MỤC LỤC Trang MO DAU | 629.4 2604» 1 Đặt vẫn đề - cách HH1 111011 11g11 11x11 11151111 cExcrte 5 2 Muc tiéu va ndi dung nghién CW cece cccceseceseescesscesseneesssesseeneens 6 2.1 Mục tiêu nghiên Cir ccc ccccccsccsscscssccssceseesessssscesccssssesesstersesseseeees 6
"N0 020.0 0n 6
3 Y nghĩa khoa học, kinh tế — xã hội s- c+xecrxervzrerkrsrvee 6
Chuong I
TONG QUAN VE CHAT THAI GIAU DAU THUC VAT TAI
NHA MAY SAN XUAT Mi AN LIEN UNI PRESIDENT VIETNAM
A pe es a ˆ e A A ` , 2 Ặ - eA
1.1 Chât thải giàu dâu thực vật tại một sô nhà máy sản xuât mì ăn liên ở Việt Nam -Q- ĐG QQHHHH HH TH ng HH TH TH HT TH HH TH ng Hư §
1.1.1 Quy trình chế biến mì ăn liền hiện nay . 2- 5+ sec re 8 1.1.2 Tinh chat nước thải từ công nghiệp chế biến mì ăn liền §
1.1.3 Hệ thống xử lý nước thải hiện hữu tại nhà máy chế biến mì ăn liền 10
1.1.4 Tình hình thải bỏ hỗn hợp chất nổi nhiều dầu thực vật thu gom từ hệ thông xử lý nước thải của nhà máy mì ăn liền
UNI PRESIDENT VIETNAM - Á SH xS HH 11x ray 11 1.1.5 Các tác động môi trường gây ra do hỗn hop chat thải dầu thực vật 12 1.2 Các phương pháp xử lý hỗn hợp giàu dầu thải hiện nay ở Việt Nam
và trên thế giới - ch 111111011121211111 11111111111 re 13
1.2.1 Trộn với thức ăn Ø1a SÚC - 2G SH S1 ng ng 13
1.2.2 Chén lấp cùng rác thải .rrveccee 14
Trang 4
DAU MO
2.1 Lược sử phát triển quá trình và xu hướng hiện nay 17 2.2 Hóa sinh học các giai đoạn của quá trình phân húy kị khí chất thải
- hữu cơ nhiều dầu thực vật s 2222222222212 18
2.2.1 j;00(v ¡00 ái 8n 19
2.2.2 €8 40.0 20
2.2.3 Gai đoạn acetat hÓa - ccscesccsssccssccesssssessesssessssessscssscsssenesenes 22
2.2.4 j0 nnr 08/0 ÔỎ 23
2.3 Vi sinh vật học các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí chất
thải hữu cơ nhiều dầu thực vật - 5 c2 2n nen re 24
2.3.1 it; 0, 10 24
2.3.2 Giai đoạn axI{ hÓa - G < LH 1 HH HH HH ng HH ng g1 gsep 25
2.3.3 ¡i0°0nŸ; vai 80:0 PP 25
2.3.4 Giai đoạn sinh Metann - - sk c TH HH HH ng HH cay 26
2.4 Các yếu tố ảnh hướng quá trình phân hủy kị khí chất hữu cơ 27 T7 ẽ
2.4.2 0.0 28
2.4.3 Tính chất của chất nêền csvreceiierrrriiiiirrerrrre 28
2.4.4 Men giống và tỉ lệ men giỗng/chất nên . -5-c<+- 29 2.4.5 Các chất đinh đưỡng đại lượng và vi lượng . - 29 2.4.6 Khuây đảo hỗn hợp phân hủy 5-52 Set crecererrrrkee 30
2.4.7 Tốc độ nạp chất nên sec Ek22121321121171711111 12111 ecr 30
Trang 5
của nhà máy mì ăn liên ni President Vietnam 35
3.2.2 Bun men giống +ck tt SE 20111111121 erve 36
3.2.3 Thiết bị, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm -c-c-cccccce: 36
3.3 Phuong pháp nghiên CỨU - SG c1 SH HH TH n HH nh ngư tr 36 3.3.1 Sơ đỗ thực nghiỆm - HH1 ST ng ng 36 3.3.2 Các thông số cần quan trắc và phương pháp đo đạc trong
quá trình thực nghiỆm cv 2211111111181 81 41 101111 xec 38
3.3.3 Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm ¿5s se cszee 39 Chương IV KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 4.2 4.3 4.4 Thể tích khí tạo thành liên quan đến yếu tố pH -2-ccc:¿ 40 Tốc độ sinh khí s2 Sscct St 1212112111211 121E112110211221111151.e xe 41
Thể tích khí tạo thành và tỉ lệ men giống/cơ chất . cc- 41
Trang 7
MỞ ĐẦU
1 ĐẶT VÁN ĐÈ
Trong số các ngành công nghiệp mũi nhọn hiện nay, công nghiệp chế biến thực phẩm có tốc độ tăng trưởng khá cao với nhiều sản phẩm phong phú, đa dạng chiếm tỉ trọng hàng đầu trong kim ngạch xuất khẩu công nghệ phẩm của Việt Nam Trong số đó, ngành sản xuất mì ăn liền là ngành thu hút sự quan tâm của nhiều nhà quản lý và nghiên cứu về môi trường vì mức độ ô nhiễm lớn trong nước thải và khí thải, đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ Một số nhà máy quy mô lớn đã đầu tư xây dựng các hệ thống xử lý ô nhiễm nước thải, khí thải nhưng hiệu quả xử lý còn hạn chế, chưa triệt đề Một thực tế cần quan tâm trong dịch thải ở những nhà máy chế biến mì ăn liền là hàm lượng dầu thực vật rất cao do ri đầu từ thiết bị chứa và trung chuyển, do hoạt động tác nghiệp của người vận hành, thao tác vệ sinh chảo dầu đã qua sử dụng nhiêu lần Lượng dầu này theo nước thải đi vào hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Ở đây một hỗn hợp chất thải (hỗn hợp dạng bùn sệt lẫn nước) nổi lên trên bề mặt bể tiếp nhận gồm dầu cùng với một số chất rơi vãi theo dâu ở các khâu khác nhau trong quá trình sản xuất như bột nêm, sa tế, mì vụn Khối lượng hỗn hợp chất thải nỗi này được tích tụ theo thời gian trong bể tiếp nhận của hệ thông xử lý nước thải và
định kỳ được thu gom vào phuy chứa Sau đó chúng có thể được giải quyết xử lý / tái
sử dụng bằng các biện pháp sau:
1 Chôn lấp hỗn hợp cùng với rác thải Phương thức này rất phố biến ở nhiều nước cũng như ở Việt Nam Cùng với quá trình chôn lấp đồng thời cũng là quá trình gây ô nhiễm môi trường bởi hỗn hợp thải nhiều đầu này So với các chất thải
rắn nguồn gốc hữu cơ khác, thời gian phân hủy của dầu mỡ dài hơn trong khi độc tính của các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy dầu đôi khi cao hơn của bản thân dầu phân hủy Trong khoảng thời gian tồn lưu của các chất trung gian này, chúng sẽ gây ô nhiễm tiêu cực đến môi trường và các loài sinh vật
2 Ú hiếu khí hỗn hợp có gia nhiệt và bổ sung xúc tác Phương pháp này hiện đang được nghiên cứu rộng rãi bởi một sô Viện nghiên cứu uy tín trên thế giới vì có nhiều ưu điểm như tốc độ phân hủy nhanh, mức độ phân hủy cao (nêu có bố sung xúc tác ở nồng độ thích hợp) Nhưng quá trình đòi hỏi tiêu thụ năng lượng rất cao do phải gia nhiệt đến 55-60°C và cung cấp Oxy dưới dạng suc khí liên tục Khác với những hướng đi trên, công nghệ xử ly | lựa chọn của đề tài là ‘phan huy ky khí áp dụng riêng đối với hỗn hợp chất thải nỗi nghiên cứu nhằm thu khí sinh học Khí sinh học thu được có thể dùng trực tiếp dé nau bép hoặc thắp sáng, hoặc sử dụng gián tiếp làm nhiên liệu đốt trong cho các động cơ Trong bối cảnh giá nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu ) ngày càng đắt đỏ như hiện nay thì nguồn năng lượng này càng trở nên có ý nghĩa Tuy công nghệ phân hủy ky khí có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn ít
nghiên cứu áp dụng công nghệ này dé xử lý đối tượng chất thải giàu dầu mỡ, bởi vì
Trang 8
chúng thường được coi là chất khó phân hủy do hàm lượng dầu béo cao gây ức chế lên các loại vi sinh vật khác nhau trong suốt quá trình phân hủy Nhưng xét trên phương diện năng lượng thu hồi bằng sự chuyển hóa các chất thái hữu cơ bao gồm chất béo (lipid), chất đạm (protein) và các hydratcacbon trong điều kiện phân hủy ky khí thì năng lượng (nếu có khả năng thu hồi được) tính trên một đơn vị khối lượng từ chất béo là lớn nhất Do vậy, nghiên cứu xử lý hỗn hợp chất nổi trong đó dầu thực
vật có thành phần lớn bằng phân hủy kị khí dé tạo khí sinh học là một hướng đi có
nhiều triển vọng vì vừa thu hồi được năng lượng từ phế thải lại vừa giảm ô nhiễm môi trường đặc biệt đối với một đối tượng khó phân hủy sinh học như hỗn hợp lipid — phê thải của lĩnh vực sản xuất mì ăn liền
Trong quá trình phân giải ky khí chất hữu cơ, rất nhiều các yếu tổ bên ngoài có thé tác động vào hệ thống và quyết định đến tính thành bại của hệ thống, trong đó đối với các chất thải có hàm lượng răn (TS) cao thì quan trọng nhất phái kể đến các yếu tổ
pH và men giống ban đầu [45] Do đó, dé tai “NGHIEN CUU ANH HUONG CUA
pH VA TI LE MEN GIONG/CO CHAT DEN SU PHAN HUY KI KHi HON HOP
DAU THAI THUC VAT TU HE THONG XU LY NUGC THAI CUA NHA MAY
MÌ ĂN LIÊN” đã được hình thành với mong muốn khảo sát khả năng xử lý hỗn hợp chất thải chứa dầu thực vật với nồng độ cao, đồng thời xem xét các yếu tố quan trọng nhất có ảnh hưởng đến quá trình
2 MỤC TIỂU và NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu nghiên cứu -
* Khảo sát ảnh hưởng các yếu tổ pH và tỉ lệ men giống/chất nền tác động đến quá trình
phân hủy ky khí hỗn hợp giàu dầu thải thực vật từ đó kết luận về giá trị /khoảng thích
hợp của các yếu tô trên khi thực hiện quá trình trên mô hình phòng thí nghiệm 2.2 Nội dung nghiên cứu
+ Khao sat, phan tich va đánh giá hiện trạng thải bỏ hỗn hợp bùn nổi nhiều dầu thực
vật thải thu gom từ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy mì ăn lién UNI PRESIDENT VIETNAM tai KCN Song Thần II, tỉnh Bình Dương Xác định
thành phần và tính chất của hỗn hợp này
+ Tổng quan về các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ nhiều dầu thực vat — Hóa sinh học và vi sinh học mỗi giai đoạn Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy ky khí
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tỉ lệ men giếng/cơ chất tác động đến qua trình phân hủy ky khí dầu thực vật hình thành khí sinh học Đánh giá hiệu quả phân hủy của cơ chất
3 Ý NGHĨA KHOA HỌC, KINH TÉ - XÃ HỘI
Ý nghĩa khoa học
Trang 9
Kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học ky khí để xử lý chuyên biệt một đối tượng chất gây ô nhiễm là hỗn hợp bùn thải có hàm lượng dầu thực vật cao vốn vẫn được coi là khó phân hủy kị khí sẽ góp thêm dẫn liệu khoa học và công nghệ vào các bài giảng về quản lý nước ô nhiễm/Hóa học Môi trường
Ÿ nghĩa kinh tế xã hội
Kết quả thu được góp phần mở ra khả năng làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các chất thải, đồng thời tạo ra được một nguôồn nhiên liệu thường xuyên là khí sinh học có thể được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau mà đặc biệt có ý nghĩa khi tình hình khủng höỏang nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng gia tăng
Trang 10
CHUONG |
TONG QUAN VE CHAT THAI GIAU DAU THUC VAT TAI NHA MAY SAN XUAT MI AN LIEN
UNI PRESIDENT VIETNAM
1.1 CHAT THAI GIAU DAU THUC VAT TAI MOT SO NHA MAY SAN
XUAT Mi AN LIEN O VIET NAM
1.1.1 Quy trình chế biến mì ăn liền hiện nay
Nguyên liệu chính để sản xuất mì ăn liền là bột lúa mì được nhập khẩu và phối trộn với các loại phụ liệu khác như dầu chiên, bột ngọt, muối, đường, tôm, cua, thịt bò, heo gà, tiêu hành, tỏi, ớt Tùy theo từng loại mì ăn liền, mỗi nhà sản xuất có công thức pha trộn riêng giữa các phụ liệu khác nhau với nguyên liệu để tạo ra các sản phâm khác nhau Cũng có sự khác nhau ở một số khâu (ví dụ làm chín mì có thể bằng cách luộc hoặc hấp mì và sau đó làm khô mì bằng nhiệt sây hay nhúng mì qua dầu chiên) trong quy trình sản xuất các loại mì Kết quả tìm hiểu tại một số nhà máy mì ăn liền ở các tỉnh thành phía Nam nhu Vifon Acecook, Uni President, Miliket cho thấy quy trình chế biến nói chung rất giống nhau và được giới thiệu trong Hình 1.1 Trong hình cũng ghi chú các khâu có phát sinh chất thải ảnh hưởng đến môi trường
1.1.2 Tính chất nước thải từ công nghiệp chế biến mì ăn liền
Nói chung nước thải từ công nghiệp chế biến mi ăn liền có độ ô nhiễm khá cao, vượt _ xa tiêu chuẩn thải cho phép Tính chất ô nhiễm của nước thải công nghiệp chế biến mì ăn liền có đặc trưng cơ bản khác với các ngành chế biến thực phẩm khác ở độ ô nhiễm cao gây ra bởi thành phần đầu mỡ (chủ yếu là các loại dầu thực vật sử dụng trong quá trình chiên mì)
Trang 11Khí thải, bụi Nước thải (BOD, SS, dâu mỡ) Khí thải, bụi f SAN XUAT GOI NEM \ Nước thải (BOD, SS, dau mỡ) PHA TRON NGUYEN LIEU Hình 1.1 So dé téng quát
quy trình chế biến mì ăn
Trang 12Bảng 1.1 Kết quả phân tích nước thải cong ty UNI PRESIDENT VIETNAM (KCN Sóng Thần II, Bình Dương) Kết quả phân tích
TT | Chitiêu | Donvi Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3
(lấy T6/2009) | (lấy T9/2009) | (lấy T12/2009) 1 pH 7,0 6,8 7.6 2 SS mg/l 998 873 790 3 BODs mg/l 789 714 678 4 COD mg/l 1.335 1.489 1.345 5 | Daumo | mg/l 918 976 843 (Nguồn: Cong ty TNHH Uni President Vietnam, 2009) Bảng 1.2 Kết quả phân tích nước thải Xí nghiệp mì ăn liền MILIKET (quận 12, TpHCM) Kết quả phân tích x âu 2 a âu 4 TT | Chiưtiêu | Đơnvi | Maui | "âu (xưởng (xưởng bột Mau3 | (xưởng Mẫu (chung) ` ^ ì giấy) nêm) mì) I BOD; mg/l 1.092 760 1.092 1.520 2 sCOD mg/l 1.408 896 1.248 2.260 3 N-TKN mg/l 404,74 | 1.053,74 950,74 18,06 4 Độ màu Pt/Co 1.890 462 © 2.255 2.523 5 SS mg/l 327 504 1.518 656 6 Dầu mỡ mg/l 2.244 2.273 3.985 1.468 (Nguon: CEFINEA, 7/1996)
1.1.3 Hệ thống xử lý nước thải hiện hữu tại nhà máy chế biến mi ăn liền
Với hàm lượng ô nhiễm cao bởi các chất hữu cơ hòa tan, dầu và mỡ, việc xả thắng nước thải ra môi trường là điều không thể chấp nhận Trong thời gian gần đây, các vấn đề liên quan đến môi trường và ô nhiễm môi trường trong quá trình phát triển sản xuất của nhà máy xí nghiệp thuộc bất cứ ngành nghề nào cũng được các Cơ quan chức năng quan tâm nhiều hơn Ý thức của cộng đồng và chủ doanh nghiệp về môi trường và bảo vệ môi trường cũng không ngừng được cải thiện Trong bối cảnh đó, lần lượt các nhà máy chế biến mì ăn liền đã tiến hành khảo sát, thiết kế và lắp đặt hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, đảm bảo nước thải sau xử lý năm trong mức cho phép Hình 1.2 giới thiệu hệ thống xử lý nước thải công ty UNI PRESIDENT
Trang 13VIETNAM là hệ thống hoạt động có hiệu quả và ồn định Toàn bộ nước thải sản xuất của nhà máy từ tất cả các công đoạn tập trung về hệ thống này đề xử lý trước khi thải ra ngồi mơi trường Nước thải sinh hoạt được tách và được thải theo đường ống riêng Tuy nhiên, người vận hành hệ thông cho biết đôi khi nước thải sinh hoạt cũng được thải chung với nước thai san xuat Máy nén khí Chat nỗi được Khí nén vớt định kỳ peeveseanenseenecennnentusnnnassegqnnsnnnnnnnansseneneeneteeten i đem chôn lap i i Polymer Phèn Nhôm | ff Bé tiép Bể Bẻ Bé nhan điều hòa »ị Đông/keo tụ 1T] tuyển nồi y Nước thải : ‡ Bình áp lực Bùn ^ Ấ+ kê <kÁ 2 Ty 3 3x, 4A cặn ; Công suât hệ thông xử lý: 200m /ngày đêm Khí nén nỗi/ , i lang :
Xã à Bề nước Bê lắng ly Bê :
ảranguôn 4—T sau xử lý | tâm Aeroten : 3 Bùn tuần hòan Bùn ép chở Thiết bị Be |g: dén bai rac “4 ép bùn chứa bùn La ee eee Ốc Nước tách bùn
Hình I2 Quy trình công nghệ hệ thông xử lý nước thải công ty UNI PRESIDENT VIETNAM (KCN Song Than II, Bình Dương)
(Nguén: Céng ty TNHH UNI PRESIDENT VIETNAM)
1.1.4 Tình hình thải bỏ hỗn hợp chất thải nhiều dầu thực vật trong hệ thống xử
lý nước thải của nhà máy mì ăn liền UNI PRESIDENT VIETNAM
Tại công ty ƯNI PRESIDENT, chất nổi giàu dầu thực vật (đối tượng nghiên cứu) được vớt bỏ định kỳ từ bể tiếp nhận khoảng I lần sau mỗi 2 tuần và sau đó được chứa trong các phuy với khối lượng mỗi phuy khoảng 170-180kg để được chở đến
1]
Trang 14
bãi chôn lắp rác bởi địch vụ thu gom rác thải Đây là hỗn hợp nổi tự nhiên trong nước thải theo tỉ trọng Khối lượng vớt bỏ hàng tháng khoảng 70 phuy Qua khảo sát tại công ty, nguồn gốc của hỗn hợp này chủ yếu là dầu thực vật có tỉ lệ nhỏ mỡ bò bị thất thoát trong công đoạn chiên mì (khi máy hất mì đã chiên ra thì mì rơi xuống sàn thao tác tiếp theo và cuốn theo lượng dầu trong đó Mì được để ráo và dầu chảy qua
khe hở của sàn thao tác rơi xuống hồ thu) và vệ sinh thiết bị chiên (định kỳ toàn bộ
hệ thống chiên mì được vệ sinh bằng hơi nước nóng và chất tây rửa một lần/tuần) Thêm vào đó, định kỳ 2 ca thì dầu cặn (bị đen do oxy hóa) được xả bỏ hết khỏi chảo chiên trước khi đồ dầu mới vào chiên và khối dầu cặn này thông thường vẫn bị các công nhân xả trực tiếp xuống hồ thu (mặc dầu theo quy định, lượng dầu cũ đồ bỏ sẽ phải được thu gom riêng) Thực tế tất cả lượng dầu cũ đỏ bỏ cũng như nước thải ra từ công tác vệ sinh chảo dầu đều được thải vào hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
Ngoài ra, tại bộ phận nau dau dé lam gói nêm trong các gói mì nhỏ (độc lập với bộ phận chiên mì), dầu ở đây có lẫn các phụ gia như hành, sa tế Công tác vệ sinh chảo dầu và các nội chứa, máy chiết được thực hiện 2 lần/ngày Tất cả các phần này đều có tiếp xúc với dầu và lượng nước vệ sinh thải bỏ khá lớn Tất cả dầu cũ cũng như nước thải vệ sinh đều thải vào hệ thông xử lý
1.1.5 Các tác động môi trường gây ra do hỗn hợp chất thải dầu thực vật
Thành phan chủ yếu của hỗn hợp chất thải đầu thực vật trong một số nhà máy chế biến mì ăn liền, như tên gọi của nó, là dầu thực vật, cụ thể hơn là dầu cọ Trong sản xuất mì ăn liền bằng công nghệ làm khô mì qua dầu thực vật, dầu cọ là loại dầu được ưa chuộng hơn cả vì một số ưu điểm của nó so với các loại dầu khác như: tính kháng
oxy hóa tốt (ở nhiệt độ phòng) vì thành phần axit béo không no nhiều nối đôi thấp do
đó sợi mì đã qua dầu cọ chiên được bảo quản lâu hơn; giá thành tương đối thấp; thành phần hóa học cân bằng giữa các axit béo no, không no một nối đôi và không no nhiều nối đôi tương tự như thành phần trong các mô mỡ cấu tạo cơ thể một người khỏe mạnh
Trong hỗn hợp chất thải chứa dầu là đối tượng nghiên cứu tại công ty UNI
PRESIDENT, hàm lượng dầu biến động trong khoảng từ 4% đến 9% (theo một khảo
sát trước đó) Các tác động môi trường gây ra bởi thành phần dầu có trong hỗn hợp
chất thải khi bị thải không kiểm sốt ra mơi trường bao gồm:
+ Thâm nhập vào các đường ống dẫn nước, gây nghẹt và tắc ống, làm giảm hiệu quả hoạt động của các thiết bị dẫn nước như bơm
+ Dầu có thể phủ lên lơng của các lồi chim cũng như các loài động vật khác khiến lông bị sắp xếp vô trật tự, làm mất tính cách nhiệt, gây nên sự giảm
nhiệt độ cơ thể chúng Bộ lông bị thấm nước, cơ thể nặng hơn, khả năng di
Trang 15
+ Lớp dầu nổi phủ lên mặt nước sông suối rõ ràng làm giảm sút các quá trình hòa tan oxy tự nhiên vào nước và quang hợp của thực vật nước Nồng độ Oxy trong nước giảm là nguyên nhân khiến các thủy sinh thiếu oxy và nghẹt thở
Các vi sinh vật và tảo khi bị bao phủ bởi dầu chìm xuống đáy hồ cùng với chất
lơ lửng lại tiếp tục đe dọa đời sống của các sinh vật đáy Dầu có thể qua lông chim mà tiếp xúc với trứng ấp, lap kin các lỗ trên bề mặt vỏ trứng, làm giảm khả năng trao đối không khí của trứng và là nguyên nhân làm hư hỏng trứng Dầu có thể gây mùi ôi khó chịu và khi cá ăn phải sẽ gây ra chứng nhuận tràng, làm thương tôn ruột cá
+ Tiêu thụ thức ăn có lẫn nhiều dầu qua thời gian dài có thể thúc đây phát triển nhưng gây nên béo phì, tuổi thọ ngắn và làm giám khả năng sinh sản ở một số loài động vật Khả năng mắc bệnh ung thư của các động vật nảy tăng cao + Có thể tồn lưu trong môi trường qua thời gian dài, khi điều kiện phân hủy
không may thuận lợi (pH, nhiệt độ, oxy không khí, tỉ lệ dinh dưỡng, nồng độ chất nên .) Khi bị oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ cao, có thé tạo ra một số chất độc ngay cả ở nồng độ thấp (monomer mạch vòng, aldehyde, ketone ) Các chất này gây độc cho tim, hồng cầu, ảnh hưởng đến hệ miễn
dịch của cơ thể, tác động lên quá trình trao đổi chất, làm giảm khả năng sinh
sản, làm thay đổi cấu trúc hồng cầu, rối loạn nhịp tim, gây chết phôi
+ Nông độ cao của dầu gây ức chế quá trình lên men và tiêu hóa của động vật
nhai lại |
+ Dầu bị ôxy hóa và thủy phân trong tự nhiên gây nên mùi khét khó chịu
1.2 CAC PHUONG PHAP XU LY HON HOP GIAU DAU THAI HIỆN NAY
O VIET NAM VA TREN THE GIOI |
Trong số các chất thải rắn thải ra từ các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người, ngoại trừ các chất thải đặc biệt có độ nguy hại cao (chất thải đễ cháy nổ, chất thải kim loại nặng, chất thải nhiễm phóng xạ ) loại chất thải nguồn gốc hữu cơ chứa nhiều dầu mỡ cho đến nay vẫn là bài toán hóc búa cần giải quyết đối với các nhà quản lý cũng như nghiên cứu về môi trường, vì những ô nhiễm môi trường chúng có thể gây ra Một số biện pháp đã được đưa ra nhằm xử lý hỗn hợp hay tái sử dụng
phân dầu trong hỗn hợp bao gồm:
1.2.1 Trộn với thức ăn gia súc
Một số nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp cho gia cầm và gia súc sử dụng loại dầu mỡ bỏ đi để làm nguồn cung chất béo trong sản phẩm Đề thực hiện,
dầu mỡ thải được đun nóng và lọc để bỏ bớt tạp chất đồng thời tận diệt bớt vi khuẩn
Trang 16
Ưu điểm: tận dụng tối đa được phần năng lượng tồn trữ dưới dạng chất béo trong dầu thải, cung cấp một số axit béo cần thiết cho gia cầm và gia súc Giảm được ô nhiễm
môi trường gây ra bởi hỗn hợp dầu thải
Nhược điểm: tiêu thụ năng lượng dé nau va loc dau thai Hon nữa, dau da qua nhiét độ cao thường có chứa một số chất độc (aldehyd, keton, chất bão hòa mạch nhánh ) Căn bệnh bò điên vài năm trước tại châu Âu bị nghi ngờ là có liên quan đến những biến đổi trong tế bào động vật do sử dụng dâu thải có các chất độc qua thời gian dài nên hiện nay, việc tận dụng dầu thải như trên đã bị cắm ở châu Âu từ năm 2003 [10]
1.2.2 — Chôn lấp cùng rác thải
Đây đã và đang là phương thức phổ biến nhất áp dụng hiện nay với các loại dầu mỡ thải thu gom từ hệ thông xử lý nước thải tập trung của các khu dân cư, khách sạn, khu công nghiệp tại nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam
Ưu điểm: Chi phí xử lý thấp vì công nhân vệ sinh tiến hành thu gom đông thời dầu mỡ thải cùng với rác thải sinh hoạt và rác thải công nghiệp Việc chôn lấp tại bãi chôn lấp cũng được tiến hành đồng thời với rác thải đô thị
Nhược điểm: sau khi được chôn lấp, dầu mỡ sẽ thực hiện quá trình oxy hóa phân hủy tự nhiên nhờ vi sinh vật So với các chất thai ran nguồn gốc hữu cơ khác, thời gian phân hủy của dầu mỡ dài hơn trong khi độc tính của các sản phẩm trung gian của quá
trình phân hủy dầu (axit béo, hydropeoxit, gốc tự do ) đôi khi cao hơn của bản thân
dầu Các chất trung gian này sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến đời sống của các loài sinh vật trong thời gian tồn lưu của chúng Một số nước như Pháp và một số bang ở Mỹ như Carolina từ năm 1998 đã nghiêm cấm việc chôn lắp dầu mỡ thải với rác thải sinh hoạt
1.2.3 Phân hủy hiếu khí hỗn hợp có gia nhiệt
Chất hữu cơ (dầu mỡ béo) trong chất thải rắn có lẫn nước và một số chất khác thu gom từ hệ thông xử lý nước thải được phân hủy bởi các vi sinh vật trong điều kiện có Ôxi tạo thành CO;, nước và phân có thê được sử dụng trong nông nghiệp Phương pháp này hiện đang được nghiên cứu rộng rãi bởi một số Viện nghiên cứu uy tín trên thế giới và cho kết quả khá khả quan Ví dụ hỗn hợp chất thải đậm đặc dầu mỡ thu gom từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thực phẩm được phân hủy hiểu
khí ở 60°C và bổ sung chất dinh dưỡng cho kết quả phân giải chất béo khá cao trên
70% với hàm lượng chất béo trong mẫu ban đầu lên tới 98% chỉ trong vòng 5 ngày
đêm [42] Trong một nghiên cứu khác, khả năng phân hủy hiểu khí của chất nổi thu
gom từ bề tuyển nổi của hệ thống xử lý nước thải lò mỗ gia súc trộn chung với lõi
bắp và rác thải sinh hoạt ở nhiệt độ 60-70°C cho thây tỉ lệ đầu mỡ phân hủy đạt khá
cao khoảng 80% [18]
Ưu điểm: Cho phép tiến hành phân hủy khi hàm lượng dầu mỡ chiếm tỉ trọng cao trong hỗn hợp (có thể đến hơn 70%) Thời gian phân hủy ngắn (trung bình khoảng 10
Trang 17
ngày) Quá trình được tiến hành ở nhiệt độ nóng nên hơn 90% các vi khuân gây bệnh có thể bị tiêu diệt, do đó có ích lợi cao về môi trường Lượng dầu mỡ phân hủy tương
đối cao (trung bình 60-70%) [31]
Nhược điểm: quá trình phải tiến hành ở nhiệt độ nóng (nhằm giảm bớt độ nhớt và sự hóa rắn của dầu mỡ) và sự thôi khí liên tục vào hỗn hợp đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng, chi phí vận hành cao để duy trì sự én định của hệ thông Chất lượng của compost nói chung không cao Khoảng 60% lượng cacbon tổn trữ trong chất nền ban đầu bị oxy hóa thành khí cacbonic là khí không hữu ích về mặt năng lượng
1.2.4 Phân hủy kị khí sinh Metan
Là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong môi trường không có ôxi ở điều kiện nhiệt độ am (30 — 40°C) hoặc nóng (50 — 65°C) bởi tập hợp các vi sinh vật khác nhau để tạo ra sản phẩm là khí sinh học với thành phần chủ yeu 1a CH, va CQ), co thể được sử dụng như một nguồn năng lượng sạch và bùn đã được ồn định vé mặt sinh học có thể sử dụng như nguồn bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng
Trong khoảng 3 thập kỷ gần đây, xu hướng én định chất thải rắn đô thị nói chung bằng phương pháp phân hủy ky khí trước khi đem chôn lấp và thu năng lượng dưới dang khí sinh học được phát triển mạnh và áp dụng rộng rãi, thậm chí ở cả các nước phát triển như Đức và Đan Mạch Đặc biệt là từ chất phân hủy giàu dầu mỡ khả năng thu hồi năng lượng lại càng cao vì trong khi 1g hydratcacbon hay protein chỉ giải phóng trung bình 4Kcal thì với mức tương đương, lipid giải phóng 9Kcal khi bị oxy
hóa hoàn toản
Ưu điểm [5 1]:
+ là quá trình tiêu hao ít năng lượng cho sự tạo ra sinh khối Phần lớn năng
lượng được biến đổi về thành phần có ích là khí sinh hoc
+ giảm được khối lượng chất thải phải xử lý tiếp theo sau phân hủy ky khí
(thường là chôn lấp) tương đối nhiều do sinh khối tạo thành ít
+ chất thải ban đầu có thể được én định hoàn toàn và sản phẩm cuối cùng sau khi đã ồn định hồn tồn nói chung khơng nặng mùi
+ chi phí vận hành giảm do không phải cung cấp năng lượng dưới dạng oxy như khi lên men hiểu khí trong các aerotank
+ Không tạo và phát tán mùi khó chịu như khi chôn lấp
+ So với phương pháp nhiệt, giảm ô nhiễm môi trường gây ra bởi các hợp chất hữu cơ mạch vòng chứa clo (dioxnn)
Nhược điểm [51]:
+ các vi sinh vật sinh Metan tương đối nhạy cảm với các chất hóa học trong thành phần chất thải ban đầu Trong một số trường hợp phải nuôi thích nghỉ các vi sinh vật đó trước khi ủ và thời gian thích nghỉ tương đối dài (vài tháng) + Không thực hiện được quá trình nitrat hóa các hợp chất chứa Nitơ
Trang 18+ Téc độ quá trình phân hủy tương đối chậm (nhất là ở điều kiện nhiệt độ thấp) do đó đòi hỏi nhiều thời gian so với phân hủy hiểu khí
+ San phâm sau quá trình tạo ra một số hợp chất khử như NH¡, H;S (tùy thuộc
vào thành phan ban đầu của chất thải) là chất không có lợi về môi trường
Trang 19
CHUONG II
TONG QUAN VE QUA TRINH PHAN HUY KI KHI CHAT HUU CO GIAU DAU MO
2.1 LƯỢC SỬ PHÁT TRIÊN QUÁ TRÌNH VÀ XU HƯỚNG HIỆN NAY
Quá trình phân hủy kị khí (anaerobic digestion) là một trong những kỹ thuật ứng dụng cỗ xưa nhất Khí sinh học đã được sử dụng để làm nóng nước tăm ở Assyria (Iraq ngay nay) tu thế kỷ thứ 10 trước công nguyên Cho đến thế kỷ 17, quá trình mới bắt đầu được nghiên cứu một cách khoa học Năm 1776, Count Alessandro
Volta đã khẳng định có mối liên hệ giữa lượng chất hữu cơ phân hủy và lượng khí
cháy được tạo thành Sau đó, năm 1808, Sir Humphry Davy đã chứng minh được sự thành tạo của khí Metan qua quá trình phân hủy kị khí phân gia súc [33]
Quá trình được ứng dụng mang tính công nghiệp đầu tiên là một nhà máy xây đựng ở Bombay, An d6 vao nam 1859 để sau đó nó bắt đầu thâm nhập vào Anh năm 1895 Những tiến bộ của ngành vi sinh vật học khi đó có tác dụng hỗ trợ phát triển kỹ thuật này trong đó đáng kế là nghiên cứu của Buswell những năm 1930 đã đặt nên móng cho việc định danh các loài vi khuẩn kị khí và các điều kiện thúc đây sự sinh khí [34]
Khi những hiểu biết về quá trình đầy đủ hơn, các kỹ thuật áp dụng trong vận hành và điều khiển ngày càng hoàn thiện với sự ra đời của những bể ủ kín cùng các thiết bị hâm nóng và khuấy đảo Tuy nhiên, vì lúc đó giá than đá khá rẻ và trữ lượng dầu mỏ còn rất lớn cộng thêm sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thông phân hủy hiểu khí nên
khí sinh học và hệ thống phân hủy ky khí tại các nước phát triển nhìn chung không
được quan tâm Quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa nhanh chóng cùng với giá điện rẻ đã dẫn tới kết quả là các kỹ thuật phân hủy hiếu khí chế bién compost va chén lấp trở thành sự lựa chọn để xử lý chất thải cho tới ngày nay Trong khi đó các hệ thống lên men kỊị khí cỡ nhỏ mọc lên rất nhiều tại các nước chậm phát triển hơn như Trung Quốc, Ấn độ với mục đích chủ yếu đề thu khí sinh học nấu ăn và thắp sáng trong hộ gia đình từ các phụ phẩm nông nghiệp và chất thải sinh hoạt
Rồi hai cuộc khủng hoảng năng lượng năm 1973 và năm 1979 đã phát động trở lại mỗi quan tâm tới kỹ thuật phân hủy kị khí thu Metan làm năng lượng, nhất là tại Án Độ, Trung Quốc và Đông Nam Á và sau đó là Bắc Mỹ, Châu Âu và Liên Bang Xô
Viết Tuy nhiên, những hiểu biết về quá trình còn hạn chế đã dẫn tới sự thất bại của 50% hầm ủ ở An độ, Trung Quốc và 80% hầm ủ ở Mỹ và châu Âu Tuy nhiên, đó lại
chính là động lực thúc đây sự nghiên cứu sâu hơn về quá trình Cùng với thời gian,
kỹ thuật phân hủy ky khí không chỉ được áp dụng để xử lý chất thải nông nghiệp hay
chăn nuôi mà thậm chí để xử lý chất thải đô thị hay công nghiệp (chế biến hóa chất,
Trang 20
sản xuất thực phẩm các loại ) [34] Gần đây, kỹ thuật phân hủy kị khí càng được lựa chọn nhiều hơn dưới áp lực của giá dầu mỏ cao và những quy định ngày càng chặt chẽ về mơi trường để kiểm sốt khôi lượng phần chất hữu cơ trong chất thải đem chôn lấp Điển hình là 2 quốc gia Đức và Đan Mạch đã tăng sản lượng khí sinh học sản xuất gấp đôi vào năm 2000 và gấp ba vào năm 2005
Ở Việt Nam, sản xuất khí sinh học đã được giới thiệu và áp dụng từ hơn 20 năm qua để thắp sáng do thiếu điện ở một số khu vực nông thôn Một loạt các hầm ủ sinh học vật liệu xi măng với thiết kế khác nhau đã được đưa vào thử nghiệm ở các vùng nông thôn dưới sự tài trợ của chính phủ Việt nam và quốc tế, từ các hầm ủ kiểu An độ đến kiểu Trung Quốc Tuy nhiên, vì hầm ủ xi măng có giá cao, khó lắp đặt và sửa chữa nên thực tê còn ít được áp dụng Sự ra đời của túi ủ hình ống bằng vật liệu PE sau đó đã giảm được đáng ké chi phí đầu tư và chi phí vận hành nên nhận được sự ủng hộ của nhiều hộ nông dân nghèo Trong vòng 10 năm trở lại đây, hơn 20.000 túi ủ như thế đã ra đời ở Việt Nam và đa phần do nông dân tự trang trải chi phí Túi ủ với giá thành rẻ cũng còn bộc lộ nhiều nhược điểm trong vận hành và bảo trì Tuy nhiên, những nghiên cứu về quá trình phân hủy đối với rác thải nông thôn Việt nam (với môt số đặc trưng riêng) để làm căn cứ khoa học và ứng dụng còn rất hạn chế [8]
2.2 HOA SINH HOC CAC GIAI DOAN CUA QUA TRINH PHAN HUY KI KHi CHAT THAI HUU CO NHIEU DAU THUC VAT
Quá trình phân hủy ki khí nói chung gồm một chuỗi các giai đoạn sinh học phức tạp
nhưng được liên kết đồng bộ và chặt chẽ với nhau để biến đổi hợp chất hữu cơ ban đầu thành khí sinh học Một yếu tố bát lợi đối với bất kỳ giai đoạn nào đều có thé gây
ra sự cô và kìm hãm cả quá trình Các giai đoạn đó có thể được mô tả bằng sơ đồ
khối trong hình 2.1 |
Trang 21Lipit Protein Hydratcacbon os THUY PHAN | a “a v Ỷ Axit béo đài | Glycerin | Axit amin Duong don — Í AXITT HOA: “4 OV Ỷ Ỷ Axitbéo bay hơi (sốC>2) |==== _ ACETAT:HÓA Ỳ "4 Ỷ Hydro, cacbonic Acetat ; “ METAN HOA | i “« —_ Ỳ Metan (CHa) Hình 2.1 Các giai đoạn của quá trình phân hủy ky khí chất hữu cơ (Nguôn: Grady va cdc cộng sự, 1999) Phản ứng tổng quát của quá trình có thể được viết:
Hợp chất hữu cơ + HạO 1 SHhVẬU vịnh khối + CHạ + CO; + NH;
2.2.1 Giai đoạn thủy phân
Trong giai đoạn này các chất hữu cơ phức tạp được thủy phân thành những chất đơn giản hơn (để có thể thâm nhập được vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của các enzym ngoại bào của các vi khuẩn thủy phân Protein bị phân hủy thành axit amin nhờ proteaza, Hydratcacbon chuyên thành đường đơn nhờ carbohydraza, và lipit, nhờ lipaza, được chuyển hóa thành các axit béo mạch dài tương ứng (LCFA) và glycerin Với mô hình cấu trúc 3 chiều của một số enzym lipaza được công bố gần đây trong những nghiên cứu hóa sinh phân tử hiện đại, người ta đã có thể giải thích cơ chế thủy phân chất béo của enzym này Enzym hoạt động mạnh ở bề mặt phân cách dầu-nước Do bản chất phân tử enzym là một chuỗi các axit amin có tính ưa dầu mỡ đã cho
phép enzym gắn chặt với các phần tử dầu Trong quá trình di chuyền từ pha nước vào
pha dầu, trung tâm hoạt động của enzym sẽ mở ra dé tiếp nhận chất nền (dầu) [12] Quá trình thủy phân chất thải dạng bùn nhiều dầu mỡ (hàm lượng chất rắn không tan cao) có một số đặc điểm khác với thủy phân nước thải và khác với chất nền không có bản chất dầu mỡ như sau:
+ Tốc độ thủy phân chất hữu cơ trong chất thải xây ra chậm hơn so với trong nước
19
Trang 22
thải Nhìn chung, kích thước và cầu trúc hình học của hạt cơ chất cho điện tích tiếp xúc giữa cơ chất và vi sinh cảng nhỏ thì nồng độ vi sinh tham gia thủy phân cơ chất càng thấp và tốc độ thủy phân càng chậm Nhiệt độ thấp hay pH thấp cũng làm giảm tốc độ thủy phân Đối với chất thải thì trong tổng số 4 giai đoạn của cả quá trình, thủy phân trở thành giai đoạn giới hạn tốc độ (tốc độ chậm nhất) [5Š] Đặc biệt khi các hạt có hàm lượng dầu mỡ cao, quá trình thủy phân xảy ra càng khó khăn do dầu mỡ tạo thành các mixen phân tán trong nước Một vài nghiên cứu ảnh hưởng của nông độ lipid trong chất nên đến sự thủy phân và thành tạo khí sinh học cho thấy giới hạn nồng độ chất béo trong chất nên để quá
trình không bị ức chế là 18% [11]
+ Cho đến nay, pH tối ưu cho giai đoạn thủy phân chất béo chưa được nghiên cứu và cho số liệu tin cậy [27] Tuy nhiên, các nghiên cứu đều cho thây duy trì độ pH trung tính (6,5-7,5) thúc đây tốc độ thủy phân [56] Chính sản phẩm thủy phân chất béo là axit béo mạch đài (LCFA) lại gây ức chế lên các vi sinh vật giai đoạn sau (vi khuẩn axit hóa, acetat hóa và metan hóa) khiến rất nhiều quá trình ủ chất thải giàu lipid bị thất bại Sự ức chế bị tác động bởi hàng loạt yêu tô: pH cao làm giảm độc tính (thấp nhất là 5,5 để tăng lượng axit ion hoa [12]) nhưng nhiệt độ càng cao thì ức chế càng mạnh Độc tính với vi sinh của các axít béo chưa bão hòa lớn hơn axít béo bão hòa [29] Mạch cacbon trong axit càng dài, ngưỡng gây ức chế càng nhỏ (khi số nguyên tử C trong mạch nhỏ hơn 11) Tinh chất vật lý, diện tích bề mặt riêng và phân bố cỡ hạt rắn của chất nền cũng có ảnh hưởng [25] về bản chất gây độc, có lý thuyết cho rằng sự hấp thụ của axit béo lên thành hay màng tế bào đã làm thay đổi tính thấm của màng, gây nên hiện tượng tiêu nguyên sinh [20] Nói chung, các vi khuẩn axit hóa và acetat hóa ít nhạy cảm với axit béo mạch đài hơn các vi sinh vật sinh Metan [28] Trong các bể lên men ky khí chất hữu cơ giàu dầu mỡ, luôn tồn tại giai đoạn thích nghỉ (lag phase) là thời gian dé vi khuẩn axit hóa chịu trách nhiệm phân giải axit béo đài thích nghỉ dần với môi
trường và phát triển lên về số lượng [25]
2.2.2 Giai đoạn axit hóa
Những hợp chất tạo ra trong giai đoạn thủy phân vẫn quá lớn để có thể được vi sinh vật hấp thu nên cần được phân giải tiếp Giai đoạn này bắt đầu bằng sự vận chuyển chất nền qua màng ngoài tế bào xuyên qua thành đến màng trong rồi vào tế bào chất với sự tham gia của các protein vận chuyền Ở đó các axit amin, đường đơn và axit béo mạch dài đều biến đổi về các axit hữu cơ mạch ngắn hon (axit propionic, axit valeric, axit acetic), rugu (ethanol), keton, mét ít khí hydro và khí cacbonic Giai đoạn này còn có tên là giai đoạn lên men
Cơ chế axit hóa các axit béo và glycerin (sản phẩm thủy phân chất béo của giai đoạn trước đó) tương đối phức tạp, có thể được tóm tắt như sau:
+ Glycerin bị phân giải thành một số sản phẩm trung gian như 1,3-propandiol dé tạo
Trang 23
thành các sản phẩm cuối cùng là propionate và acetat Sản phẩm trung gian vẫn Song song tồn tại cùng sản phẩm cuối [48]
+ Axít béo mạch dài LCFA chủ yếu bị phân giải khá phức tạp như sau [2]:
- = Axitbéo + CoA <> Acyl-CoA
Phản ứng hoạt hóa này được thực hiện nhờ enzyme acyl-CoA synthetaza năm ở màng trong tế bào vi khuẩn
- Acyl-CoA Oxy hoa Acyl-CoA mach ngăn hơn + Acetyl-CoA
| Oxy hóa § lặp
lại liên tục
Acetyl-CoA + H; + năng lượng tích lũy (ATP)
Acid acetic + CoA (Acyl ky hiéu cho nhom RCO-) Đối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yêu là acid acetic (thay vì tạo ra các axit có số C>2 như giai đoạn lên men thông thường) nên đây cũng chính là giai đoạn acetate hóa của chất nền dầu mỡ
- Đối với các axít béo chứa số C lẻ, trong sản phẩm ngoàải axit acetic là chủ yếu còn chứa cả propionic axit Tuy nhiên, trong dầu thực vật nói chung, phần axít
béo có số C lẻ không đáng kể (<0,5%)
- - Các axit béo chưa bão hòa được no hóa (ngay sau khi liên kết este được phân cắt) trước khi trải qua quá trình oxy hóa ÿ
- _ Ngoài acetic axit tạo ra từ con đường oxy hóa B, một số sản phẩm phụ của quá trình như rượu, keton, peroxit, các axit trung gian như axit butyric (C4:0), axit caprylic (C8:0), axit capric (C10:0) cũng có thể được tạo thành từ các con đường khác (oxy hóa œ, oxy hóa œ, oxy hóa “mid-chain”) bởi một số nhóm vi
khuẩn và nắm [12]
Như đã đề cập ở trên, đối với chất nền giàu lipid thì điều khó khăn nhất là sự ức chế
của các axit béo dài (phụ thuộc vào nông độ axit béo và loại axit béo) tạo thành từ giai đoạn thủy phân có ảnh hưởng đến toàn bộ các giai đoạn sau Do đó quá trình
phân giải ky khí chất béo có đặc điểm khác với quá trình phân giải chất khác (đường,
tinh bột ) ở tốc độ giai đoạn axit hóa chậm hơn [7], [50] [4] Trong các nghiên cứu liên quan, thời gian diễn ra pha lag đều tỉ lệ thuận gần tuyến tính với nồng độ axit béo đài ban đầu Sự ức chế không thể khắc phục bằng cách pha lỗng để giảm nơng độ chất nền
Trang 24
lớn khi pH càng thấp Điều này được lý giải bởi sự ức chế gây ra chủ yếu do phần axit không phân ly (pH càng thấp thì lượng không phân ly càng lớn) Khi pH bên ngoài màng tế bảo quá thấp sẽ dẫn đến sự chênh lêch lớn giữa pH trong và ngoài màng tế bào, khiến bơm proton bị ức chế và ngưng trệ quá trình trao đổi chất qua màng tế bào [19]
2.2.3 Giai đoạn acetat hóa
Các vi sinh vật tạo Metan vẫn không thể sử dụng trực tiếp các sản phâm của giai đoạn axit hóa (axit hữu cơ, rượu, keton ) ngoại trừ axit acetic, do vậy các chất này cần được phân giải tiếp thành những phân tử đơn giản hơn nữa Sản phẩm phân giải là acetic axit, khí hydro, cacbonic được tạo ra bởi vị khuẩn acetat hóa:
CH3CH,OH (cthanol) + HạO -> CH;:COO + H” + 2H;
CH3CH,COO (propionic) + 3H,O — CH;COO° + HCO; + H” + 3H; CH;(CHạ);COO' (butyric) + 2HạO -> 2CH;COO + H + 2H;
Đối với chất nên giàu dầu mỡ, do sự phân hủy axit béo mạch dài cho sản pham là acid acetic mà không phải là các axit béo mạch cao hơn nên giai đoạn acctat hóa cũng chính là giai đoạn axit hóa
Đặc điểm nỗi bật của giai đoạn acetat hóa là sự thành tạo nhiều khí hydro mà khí này ngay lập tức được vi sinh vật sinh Metan ở giai đoạn sau sử dụng như là chất nên cùng với cacbonic Mức độ phân giải các chất trong giai đoạn này phụ thuộc rât nhiều vào áp suất riêng phần của khí Hydro trong bể ky khí Nếu vì lý do nào đó mà sự tiêu thụ Hydro bị ức chế hay chậm lại, Hydro tích lũy làm áp suất riêng phan cua nó tăng lên thì sự thành tao no (bởi vi khuẩn acetat hóa) sẽ giảm mạnh Khi đó axit béo bay hơi tích tụ lại kéo theo sự không phân giải các axit béo dài tạo thành dây - chuyên Và như đã đề cập, axit béo dài tích tụ đến mức nào đó sẽ đủ lớn để ức chế các vi khuẩn axit hóa, acetat hóa và Metan hóa Ngoài ra, axit tích tụ làm pH môi trường giảm rất bất lợi cho sự tổng hợp Metan từ hydro và acetat Cứ thế, yêu tố này
tác động đến yếu tố kia và bản thân lại bị tác động của những yếu tố khác tạo thành
một chuỗi tác động mang tính dây chuyền Và quá trình phân hủy hoàn toàn “thất bại” [29]
Quan hệ cộng sinh giữa vi khuan sinh Hydro (vi khuẩn acetate hóa) với vi sinh vật tiêu thụ Hydro (chính là vi sinh vật tạo Metan) là vô cùng quan trọng nhăm duy trì áp suất Hydro ở mức thấp từ 10atm đến 105atm dé đảm bảo quá trình tạo Metan tiến triển bình thường [22] Điều này cũng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về nhiệt động học của các phản ứng trong giai đoạn này vi phan ing sinh acid acetic tu propionic, butyric hay ethanol (phản ứng thu nhiệt) chỉ có thể xảy ra đồng thời với các phản ứng sinh Metan trong giai đoạn metan hóa (phản ứng tỏa nhiệt) [3 5]
Trong khi acetat (sản phẩm giai đoạn acetat hóa) là cơ chất mà vi khuẩn sinh Metan sử dụng trực tiếp thì chính sự tích tụ của nó cũng sẽ gây ức chế sự phân giải của các axit béo bay hơi khác, ví dụ 15mmol acid acetic ức chế phân giải axit propionic [19]
Trang 25
và 100mmol acid acetic ức chế phân giải axit butyric [3] và do đó làm chậm tốc độ acetat hóa Bản thân axit acetic ở nồng độ quá cao (6.000mg/l) [5§] cũng khiến pH thấp và ảnh hưởng tốc độ phân giải axit béo bay hơi Nói chung, pH và nhiệt độ tôi
ưu giai đoạn này là 6,8-7,8 va 35-42°C [6]
Ngoài ra, một con đường acetat hóa khác có thể xảy ra bởi sự tham gia của nhóm vi khuẩn homoacetogen tir Hydro va cacbonic (tu dưỡng) hay từ các chất hữu cơ (di dưỡng) Tuy nhiên trong môi trường có nồng độ hydro thấp thì ái lực với hydro của vi sinh vật sinh Metan (từ Hydro) mạnh hơn của homoacetogen, nên lượng acid acetic tông hợp từ con đường này là không đáng kế [35]
2.2.4 Giai đoạn tạo metan
Đây là bước cuối cùng trong cả quá trình phân giải ky khí tạo ra sản phẩm mong muốn là khí sinh học với thành phần có ích là khí Metan bằng tô hợp các con đường sau Mỗi con đường ứng với nhóm cơ chất sử dụng và nhóm vi sinh vật sinh Metan khác nhau (trong tổng thể các cơ thé sinh Metan) [38]
Con đường |: CO; + 4H; > CH¿ + 2H;O
Loại vi sinh vật Hydrogenotrophic Methanogen sử dụng cơ chất là hydro và cacbonic Dưới 30% lượng metan sinh thành bằng con đường này
Con đường 2: CH;COOH — CO, + CH, 4CO + 2H;O -> CH¡ + 3CO;
Loại vi sinh vật Acetotrophic Methanogen chuyển hóa acetat thành metan và cacbonic Khoảng 70% lượng metan sinh ra là qua con đường này Tuy nhiên, năng lượng giải phóng từ phản ứng này tương đối nhỏ Cacbonic giải phóng ra lại được khử thành Metan bằng con đường 1 Chỉ có một số loài vi sinh vật sinh Metan sử dụng được cơ chất là cacbon monoxit
Con đường 3: CH:OH + Hạ — CH¿ + H;O
4(CH3)3-N + 6H;O — 9CH¿ + 3CO; + 4NH;
Loại vi sinh vật Methylotrophic Methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm Metyl (- CH;ạ) Chỉ một lượng không đáng kể metan được sinh thành từ con đường này
Nhiều nghiên cứu trên các cơ chất hòa tan khác nhau trước đây đã cho thấy giai đoạn này diễn tiễn khá chậm chạp và do đó từng được coi là giai đoạn giới hạn tốc độ của cả quá trình Phương trình động học Monod được coi là nên tảng cho hầu hết các nghiên cứu với giả thiết tốc độ sinh trưởng tế bào chỉ phụ thuộc vào nông độ chất nền (axit acetic) trong bể phân hủy Tuy nhiên, các mô phỏng này chỉ đặc trưng được một giai đoạn nhất định của cả quá trình hoặc chưa bao quát được tương đối đủ các yếu tố
ảnh hưởng [23], [41], [52] Trong các nghiên cứu gần đây cho thấy giả thiết trên
được coi là không còn mang tính đại diện khi một loạt các yếu tố ảnh hưởng khác được tính đến làm tiền đề cho những mô hình nghiên cứu đầy đủ hơn, cặn kẽ hơn, phức tạp hơn rất nhiều cùng với sự trợ giúp đắc lực của máy tính điện tử bao gồm nông độ chấ: nền, sự ức chế bởi các sản phẩm trung gian và cân bằng 1on của chúng,
23
Trang 26
sự tương tác giữa các nhóm vị khuẩn khác nhau của mỗi giai đoạn, cầu trúc bể phân hủy (kích thước hình học, kết cầu bể, hình thức tập hợp vi khuẩn), các thông số thủy lực (lưu lượng chất thải, ảnh hưởng của sự truyền khối cơ chất đến hoạt động của vi sinh vật và sự chuyền khí sinh học từ trong lòng hỗn hợp phân hủy ra ngoài) [40] Ngoài ra, cơ chất phân hủy trong thực tế lại là một hỗn hợp của những chất khác nhau (bao gồm cả chất béo, hydratcacbon và protein) càng đòi hỏi các nghiên cứu chỉ tiết hơn và mô phỏng chính xác hơn quá trình xây ra để từ đó dự đoán được xu hướng và diễn biến của quá trinh [5]
Tóm lại, phân tích khá chi tiết các khía cạnh quan trọng và mồi liên quan chặt chẽ lẫn nhau của từng giai đoạn ở trên cho thấy để cá quá trình phân giải ky khí có thé dién tiễn thuận lợi như mong muốn, cần duy trì một cân bằng giữa tốc độ sinh thành axit (bởi giai đoạn thủy phân, axit hóa và acetate hóa) với tốc độ tiêu thụ axit (bởi giai đoạn tạo Mectan) Sự sản xuất quá mức các axIt dẫn đến sự tích tụ của các sản phẩm lên men đến ngưỡng gây ức chế và tiến tới chấm dứt quá trình Bốn giai đoạn được phân chia như trên thực sự chỉ mang tính quy ước mà thôi Thực tế trong bể phân hủy ky khí các giai đoạn xảy ra cùng một lúc và đồng bộ với nhau để đạt đến cân bằng và hiệu quá mong muốn
2.3 VI SINH VAT HOC CAC GIAI DOAN CUA QUA TRINH PHAN HUY KI KHi CHAT THAI HUU CO NHIEU DAU THUC VAT
Công tác nghiên cứu vi sinh vật của quá trình phân hủy ky khí nhìn chung gặp phải
nhiều khó khăn đo tốc độ sinh trưởng chậm và nhiều loài thậm chí không sinh trưởng
trong môi trường thuần khiết mà chỉ tổn tai trong điều kiện cộng sinh với loài khác hoặc cho các sản phẩm khác với môi trường tự nhiên Mỗi giai đoạn trong quá trình có liên quan đến một số nhóm vi sinh vật khác nhau, mỗi nhóm gồm nhiều loài khác nhau Ngoài ra bản chất của chất nền cùng với điều kiện tiến hành phân hủy ky khí như nhiệt độ, pH, tốc độ nạp chất nên, thời gian lưu có ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và số lượng loài của khu hệ vi sinh vật Các kỹ thuật truyền thống và gần đây là các phương pháp sinh học phân tử hiện đại đã được ứng dụng để nghiên cứu ngày một sâu sắc hơn về khu hệ vi sinh vật găn liền với quá trình phân hủy ky khí Một số loại nắm và protozoa cũng đóng góp vào quá trình, nhưng vai trò phân hủy chất hữu cơ ky khí chủ yêu thuộc về các vi sinh vật nhân nguyên thủy (Procaryotes) bao gồm vi khuẩn (Bacteria) và vi sinh vật cô (Archaea)
2.3.1 Giai đoạn thủy phân
Tham gia vào giai đoạn đầu tiên của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ chủ yêu là các vi khuẩn ky khí bắt buộc xen lẫn các vi khuẩn ky khí tùy tiện Vi khuẩn thủy phân thường có hình que, nhuộm Gram dương hoặc Gram âm [39] Bản chất của chất nền rất quyết định đến chủng loại các vi khuẩn này Đối với các chất nền dễ phân hủy như hydratcacbon thì các loài Streptococcus bovis, Bacteriodes
Trang 27
amylophilus, Selenomonas ruminatium, Succinomonas amylolytica chiếm wu thé Vi khuẩn chịu trách nhiệm thủy phân đầu mỡ quan trọng nhất trong điều kiện ky khí là Anaerovibrio lipolyfica, sau đó là một sé loai thuéc giéng Clostridium nhu Clostridium botulinum, Clostridium noviy Chung đều có khả năng tiết ra enzyme lipaza ở pha logarit C?ostridium là giống vi khuẩn ky khí bắt buộc, gram đương, sinh bào tử, hình que [59] Vi khuẩn ky khí tùy tiện có khả năng thủy phân dầu cọ nhiều nhất là loài Bacillus subtilis [44] Cac vi khuân giai đoạn này có thể sống trong môi
trường có pH từ 5 đến 8, nhưng thích hợp nhất với pH 5,5 đến 6,5 [9] Chúng có thể
chịu được sự dao động về nhiệt độ môi trường trong dải rộng Ngoài ra còn một số vỉ khuân hydro hóa axit béo chưa no (axit oleic và axit linoleic là các a xit béo có nhiều trong dau cọ) như các giong Ruminococcus albus, Eubacterium, Butyrivibrio, Fusocillus [59]
2.3.2 Giai đoạn axit hóa
Khi sự axit hóa các hợp chất hữu cơ không phái là dầu mỡ (hydratcacbon, protein) thì vi khuẩn axit hóa đồng nghĩa với vi khuẩn lên men Một số các vi khuẩn lên men cũng đông thời đóng vai trò thủy phân trong giai đoạn trước Giống vi khuẩn acid hóa cơ chất protein quan trọng nhất là Clostridia
Đối với chất béo, sản phẩm giai đoạn thủy phân là glycerine và acid béo mạch dài
(LCFA) được thực hiện nhờ các vi khuẩn thủy phân Trong khi glycerine bị phân giải tiếp cũng chính nhờ vi khuẩn thủy phân đó (khi này chúng đóng vai trò là vi khuẩn lên men) thì sự phân giải tiếp theo của các LCFA lại được diễn ra bởi vi khuẩn acetate hóa bằng quá trình oxy hóa B lặp lại liên tục để tạo thành acid acetic [59] Các vi khuẩn acetate hóa này sẽ được đề cập đến ngay dưới đây
2.3.3 Giai đoạn acetat hóa
Như đã đề cập trong mục 2.2.3, vi khuẩn tham gia quá trình acetat hóa sinh trưởng cộng sinh cùng với vi sinh vật tạo Metan Áp suất khí hydro nếu tăng lên đến giới hạn nhất định có thể làm ngưng trệ hoạt động của các vi khuẩn giai đoạn này Điều đó cũng có nghĩa chúng chỉ có thể sinh trưởng và phát triển trong môi trường mà sản phẩm do chung tao ra — Hydro ~ phải luôn luôn được tiêu thụ Chính vì thé việc sống cộng sinh với vi sinh vật sinh Metan (là vi sinh vật tiêu thụ Hydro) là thực sự quan trọng Tốc độ sinh sản của vi khuẩn này tương đối chậm với thời gian thế hệ thường
từ 3-7 ngày, ngay cả khi có sự hiện diện của vi sinh vật sinh Metan pH tối ưu cho
các vi khuẩn acetat hóa nằm trong khoảng 6-7 [38] Cũng như vi sinh vật sinh Metan, chúng rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ môi trường Các giống vi sinh vật acetate hoa quan trọng gdm Syntrophus, Syntrophobacter, Syntrophomonas [35] Được nghiên cứu nhiều có Sywrophobacter wolinii là loài vỉ khuẩn phân giải propionic và Sytrophomonas wolfei là loài vì khuẩn phân giải butyric Đối với chất béo, hai loài Syntrophomonas wolfei subsp saponavida va Syntrophomonas sapovorans là những vị khuẩn quan trọng tham gia vào sự oxy hóa j các axit béo dài
Trang 28
ở nhiệt độ ưa âm (30-40°C) [39] Chúng là những vi khuẩn không sinh bào tử, gram âm, thuộc loại hóa dưỡng hữu cơ, hình que hơi xoắn, đầu hơi tròn, có từ 2 dén 8 tiên mao phân bố xung quanh đọc theo bờ lõm của tế bào Khác với vi khuân gram âm thông thường, loài này có thành tế bào dày, nhiều lớp phức tạp nhưng lại nhạy cảm với Penicilin Sinh sản theo kiểu phân đôi tế bào, di chuyên chậm [37] Còn trong điều kiện ưa nhiệt (50-65°C), vi khuẩn acetat hóa tương ứng là Thermosyntropha lipolytica [S3] Các loài vì khuẩn này luôn được phân lập cùng với một hay vài loài tiêu thụ Hydro đi cặp với nó trong điều kiện phân hủy ưa âm hay ưa nóng
2.3.4 Giai đoạn sinh Metan
Trong hệ thong phân loại vi sinh vật hiện đại, vi sinh vật sinh Metan không thuộc giới vi khuẩn (Bacteria) như các vi sinh vật của ba giai đoạn trên mà thuộc giới Vi sinh vật cỗ hay vi khuẩn cổ (Archae) do có cầu tạo thành và màng tế bào khác biệt [1] Chúng đã xuất hiện từ rất lâu, được phân thành nhánh riêng trong cây phân loại
nên được nghiên cứu khá kỹ lưỡng Chuỗi phân giải ky khí chất hữu cơ được kết thúc
nhờ các vị sinh vật này Chúng có nhiều hình đạng khác nhau (que, cầu, đĩa dẹt, kết thành đám ) và có loài chuyển động được, có loài không Các giống khác nhau có thành tế bào thudc ca hai nhom gram 4m (Methanococcus) va gram duong (Methanobacterium) Đặc điểm chung của các cơ thể này là chịu được nhiệt độ khá
cao (60-80°C, tùy loài), sinh trưởng và phát triển trong môi trường có thế khử thấp (<
-300mV), rất mẫn cảm với sự biến động của các yeu tố môi trường như oxy, nhiệt độ, pH nhưng ít nhạy cảm với các chất kháng sinh như penicillin Coenzym của vi sinh vật sinh metan rất đặc biệt: coenzym M, coenzym F439 va F420 (khiến chúng có khả năng tự phát quang dưới vùng sóng tử ngoại do đó có thể dễ dàng phát hiện chúng dưới kính hiển vi trong điều kiện này) Thời gian thế hệ của chúng khá dài, khoảng 1 ngày ở 55°C đến 3 ngày ở 35°C và tới 50 ngày ở 10°C [38], [59]
Các chất có thể dùng để cung cấp nguôn cacbon và năng lượng cho vi sinh vật sinh Metan khá đơn giản Đó cũng chính là sản phẩm tạo ra từ giai đoạn acetat hóa Tuy 70% lượng khí Metan được sinh ra từ sự oxy hóa acetat, chỉ có một số loài vi sinh vật cô có khả năng phân giải acetat, trong đó các giống quan trọng là Methanosaeta, Methanosarcina, Methanococcus [35] Trong khi đó rất nhiêu loài sinh metan có khả năng tạo Metan từ Hydro và Cacbonic, trừ một nhóm chỉ phân giải acetic và một nhóm chỉ phân giải hợp chat chira Metyl Hai loai Methanosarcina barkeri va Methanococcus mazei là thường gặp nhất vì chúng có khả năng sử dụng bất cứ cơ
chất nào [32]
Ngày nay đã biết đến khoảng 83 loài vi sinh vật sinh metan, đều thuộc loại ky khí bắt
buộc Dựa vào sự khác nhau về khả năng sử dụng cơ chất để xếp loại chúng thành 3 nhóm lớn là a) 61 loài sử dụng CO; và H; tạo CHạ; b) 20 loài sử dụng hợp chất chứa Metyl (là cơ chất bắt buộc đối với 13 loài) và c) 9 loài sử dụng acetat tạo ra CH¡ (là
cơ chất bắt buộc với 2 loài) [26] Khoảng 23% số loài thuộc vi sinh vật ưa nhiệt
Trang 29
(thermophillic) Cân phải nhân mạnh rằng điều kiện vận hành phân hủy ky khí (pH, nhiệt độ, tính chất của chất nén, thời gian lưu cơ chất trong hệ thống ) sẽ quyết định loài vi sinh vật nào chiếm ưu thể Nhu cầu chất dinh dưỡng thay đổi theo các loài khác nhau Gần đây đã phát hiện một số loài còn có khả năng sử dụng Nitơ phân tử ở thể khí Biên độ pH môi trường khá hẹp, trong khoảng 6,5 - 7,6 Tuy nhiên có một số loài đặc biệt vẫn sinh trưởng được trong điều kiện pH thấp (5-5,5) hay pH cao (8-9,2) [59] Các công cụ sinh học phân tử hiện đại ngày nay cho phép phân loại vị sinh vật sinh metan chỉ tiết và tường tận hơn theo trình tự phân tử DNA trong té bao Tuy nhién, van dé van đang bỏ ngỏ hiện nay là xác lập mối liên hệ nhất định giữa loại chất đem phân hủy (type of waste) và biến động vé quan x4 vi sinh vat sinh Metan tuong ung [59]
Ngoai cac giống vi khuẩn tương ứng với từng giai đoạn, còn có thể tìm thấy vi khuẩn khử Sunfat cùng tổn tai trong bể phân hủy sinh Metan Điều kiện môi trường và hình thái tế bào cũng như cấu trúc vi khuẩn khử sunfat cũng tương tự như vi sinh vật sinh Metan Nếu có sự hiện diện của Sunfat, vi khuân khử Sunfat như loài Desufovibrio desulfuricans có thể phát triển và chúng sẽ tiêu thụ Hydro và acetat Hơn nữa, hydro và acetat được tiêu thụ dễ dàng hơn nhiều bởi vi khuẩn khử sunfat Như vậy, vi khuẩn khử Sunft có sự cạnh tranh với vi sinh vật sinh Metan Tùy thuộc vào nồng độ chất nền và nồng độ sunfat mà lợi thế có thể nghiêng về một trong hai bên [38]
2.4 CAC YEU TO ANH HUONG QUA TRINH PHAN HUY KI KHi CHAT
HUU CO 2.4.1 Nhiệt độ
Phân hủy ky khí là một quá trình phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ Có hai khoảng nhiệt độ thích hợp với vi sinh vật sinh metan là nhiệt độ ưa am (30-40°C) va nhiệt độ ưa nóng (50-65°C) với hai nhiệt độ tối ưu tương ứng là 35°C và 55°C Vùng nhiệt độ năm giữa hai khoảng đó không tương thích với cả hai loại Trong khi sự phân hủy ky
khí ở điều kiện ưa ấm được nghiên cứu khá kỹ thì sự phân hủy ở điều kiện ưa nóng
chỉ mới được nghiên cứu sâu trong thời gian gần đây So sánh giữa sự phân hủy ở hai khoảng nhiệt độ đều cho thấy một số ưu điểm cũng như nhược điểm như sau [13]:
Phân hủy ở điều kiện ưa 4m (30-40°C) Phân hủy ở điều kiện ưa nóng (50-65°C)
Thời gian lưu ngắn hơn —> thể tích bể - _ Thời gian lưu tương đổi dài — thê
tích bê phân hủy lớn phân hủy nhỏ hơn
- _ Tốc độ phân hủy chậm —> thời gian - _ Tốc độ phân hủy tăng lên —> thời gian
phân hủy đài phân hủy được rút ngắn
- Bun sau 6n dinh co độ âm cao - Bun sau ồn định có độ âm thấp hơn - Kha năng tiêu diệt vị sinh vật gây - Kha nang tiêu diệt vị sinh vật gây
Trang 30
- - Khả năng tích tụ a xit đo tốc độ phân Tốc độ phân hủy nhanh nên dễ xảy ra hủy quá nhanh ít xảy ra tích tụ axit làm giảm pH môi trường
và đòi hỏi bô sung độ kiêm
- Vị sinh vật sinh metan chịu được sự - — Vị sinh vật sinh metan trong điều kiện dao động của nhiệt độ trong khoảng này rất mẫn cảm với sự dao động của rộng (dao động cho phép + 2,8°C) nhiệt độ (dao động cho phép + 0,8”C) - _ Chỉ đòi hỏi gia nhiệt ở khu vực khí hậu Hệ thông đòi hỏi phải được gia nhiệt
lạnh thường xuyên để duy trì nhiệt độ
Chính vì còn khá nhiều nhược điểm nên chỉ khoảng 10 năm trở lại đây xu hướng áp dụng điều kiện phân hủy ưa nóng cho chất thải rắn đô thị và công nghiệp ở châu Âu mới tăng lên nhưng vẫn chỉ bằng phân nửa số hệ thống áp dụng điều kiện phân hủy ưa
âm [15]
Ngoài ra, hiện nay cũng đã có một vài nghiên cứu quá trình ở nhiệt độ ưa lạnh (15- 25°C), nhung nhìn chung hiệu quả phân hủy cũng như tốc độ phân hủy ở nhiệt độ này thấp hơn hắn nhiệt độ ưa âm
2.4.2 pH
Cũng như nhiệt độ, pH là một thông số vô cùng quan trọng để quan trắc, vận hành và dự đoán chiều hướng xảy ra của quá trình phân hủy Như đã đề cập trong mục 2.3, giá trị pH tối ưu cho các loài vi khuẩn ưu thế trong mỗi giai đoạn là khác nhau Nói chung thì các vi khuẩn không sinh metan (3 giai đoạn đầu) tồn tại trong khoảng pH rộng hơn (tu 5 đến 8,5) nhưng pH tối ưu cho chúng khoảng 5,5 đến 6,5 (tùy loài và tùy chất nền) [13] Trong khi đó, pH tối ưu cho các vi khuẩn sinh metan rất hẹp,
khoảng 6,8-7,3 [13] Độ pH trong bể phân hủy ky khí có thể bị giảm mạnh (đến 3)
nếu tốc độ sản xuất axit (bởi các vi khuẩn 3 giai đoạn đầu) vượt quá tốc độ tiêu thụ axit (bởi các vi sinh vật sinh metan) Ngược lại, độ pH cũng có thể tăng cao (đến hơn 8) nếu thành phần chất hữu cơ chứa quá nhiều Nito dẫn đến sự tích tụ NH; Cả hai trường hợp đều dẫn đến sự ức chế và có thể làm ngưng trệ quá trình Vì vậy, duy trì độ pH nằm trong khoảng tối ưu thực chất là duy trì sự cân bằng giữa tốc độ sinh axit và tốc độ tiêu thụ axit, cũng là cân bằng giữa vi khuẩn không sinh Metan va vi sinh vat sinh Metan
2.4.3 Tính chất của chất nền
Hàm lượng tổng chất rắn (TS) của mẫu ủ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân hủy Các vi sinh vật hấp thu các chất đưới dạng hòa tan và do đó nông độ chất rắn hay độ âm của mẫu là quan trọng, vì nước tham gia vào quá trình hòa tan, vận chuyên chất và nhiệt năng vào trong tế bào, cũng như đưa các chất không cần thiết ra ngoài tế bào Hàm lượng chất rắn quá cao không đủ hòa tan các chất cũng như không đủ pha loãng các chất trung gian khiến hiệu quả sinh khí giảm Ngoài ra, hàm lượng chất răn
trong mẫu quyết định đến kết cấu và thiết kế hệ thống phân hủy đề đạt được hiệu quả 28
Trang 31
mong muốn [45]
Hàm lượng tổng chat ran bay hoi (VS) cla mẫu thể hiện bản chất của chất nền, bao gồm những chất dễ phân hủy (như đường, tỉnh bột, protein, chất béo với hàm lượng thấp) và những chất khó phân hủy (như xenllulo, dầu mỡ ở hàm lượng cao) Tốc độ và mức độ phân hủy của mẫu phụ thuộc rất lớn vào phần trăm của mỗi thành phần kể
trên trong mẫu
Ngoài ra, thực nghiệm cũng cho thấy kích thước và hình dạng của hợp phần hữu cơ rắn có ảnh hưởng đến tốc độ quá trình Và như đã giải thích trong mục 2.2.1, kích thước nhỏ và câu dạng hạt phù hợp để tăng số lượng các vi khuẩn thủy phân tiết enzyme bám xung quanh hạt rõ ràng có lợi cho quá trình phân hủy chat thai [13] 2.4.4 Men giống và tỉ lệ men giống/chất nền
Loại và số lượng men giống có ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy (sản lượng khí sinh học thu được trên một đơn vị trọng lượng khô của chất nền và thành phần metan trong hỗn hợp khí sinh học), tốc độ phân hủy [32] Thời gian thích nghỉ sẽ rất ngắn nêu môi trường cây men giống tương tự như môi trường chất nền Tỉ lệ men giống/chất nén (tinh theo VS) rat phu thudc vao loai chất nền và kết cầu bê phân hủy (tuần hồn chất nền hay khơng) Tỉ lệ này tăng lên theo mức độ khó phân hủy của chất nền Lượng men giống không đủ sẽ dẫn đến sự tích tụ các sản phẩm trung gian và làm ức chế quá trình Hoạt tính của men giống cũng là yếu tố không thể bỏ qua, vì hoạt tính cao giúp rút ngắn thời gian phân hủy và do đó, với kết cầu phân hủy kiểu mẻ thì thời gian ngắn cũng có nghĩa là thể tích bể giảm đi Nói chung hoạt tính với cùng một chất nền của tập hop vi sinh dang bun hat (granular sludge) cao hon cua tap hop vi sinh dang bun lo ling (suspended sludge) Điều này được giải thích do mật độ vi khuẩn trong bùn hạt (với câu trúc không gian xốp, diện tích bề mặt riêng lớn) lớn hơn trong bùn lơ lửng [43]
Đặc biệt, đối với quá trình phân hủy ky khí chất thải dưới dạng mẻ, theo Kalyuzhnyi và cộng sự, thì lượng men giống ban đâu có vai trò rất quan trọng, vì lượng men giống lớn sẽ giúp ngăn chặn được tình trạng các sản pham trung gian như các axit béo bay hơi, hydro bị tích lũy lớn đến mức vượt quá khả năng tiêu thụ chúng bởi các vi sinh vật sinh Metan [56] Ngược lại, lượng men giống quá nhiều có thể không được cung cấp đủ “thức ăn” (cơ chất) dẫn đến sự phân hủy nội bào, đồng thời làm tăng khối tích bể phân hủy Vì vây, việc xác định lượng men giống vừa đủ để quá trình phân hủy xảy ra theo chiều hướng thuận lợi là điều cần thiết không thua kém so với tầm quan trọng của pH và nhiệt độ Lượng men giống có thê được xác định dựa trên khối lượng dịch men tươi (có lẫn nước), hay khối lượng dịch men khô (VS của dịch men), hay số tế bào sống/ml dịch men
2.4.5 Các chất dinh dưỡng đại lượng và vi lượng
Các chất dinh dưỡng đại lượng cần thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển của
các vi sinh vật trong bể phân hủy ky khí gồm Nitơ (N), Photpho (P) là chủ yếu N cần
Trang 32
thiết cho sự tông hợp protein của tế bào, trong khi P có vai trò hỗ trợ quá trình sinh tông hợp các axit nucleic Tỉ lệ thích hợp được đề nghị là 20:1 đến 30:1 cho C:N
[38] và 7:1 đối với N:P [38], trong đó N và P đều phải ở dạng dễ hấp thụ bởi vi sinh
vật Quá nhiều N có thể dẫn đến sự tích tụ Amoni khiến pH tăng lên và ức chế vi sinh vật sinh metan Trái lại, quá ít NĐ khơng đủ cho vi sinh vật sinh metan tiêu thụ và sản lượng khí sinh học giảm [38]
Nông độ vừa đủ của một số kim loại có tác dụng kích thích sự trao đổi chất ở vi sinh vật sinh metan thông qua sự ảnh hưởng lên hoạt tính enzyme của chúng Các chất vi lượng cần có mặt trong enzyme bao gồm Bari (Ba), Canxi (Ca), Magié (Mg), Natri (Na), Coban (Co), Niken (Ni), sat (Fe), Sunfua (H,S) va mét số nguyên tố dạng vết như Selen (Se), Tungsten (Tu), Molybden (Mo) [38]
2.4.6 — Khuấy đảo hỗn hợp phân hủy
Khuấy đảo hỗn hợp phân hủy có tác dụng làm tăng sự phân bố đồng đều và tăng cơ hội tiếp xúc giữa vi khuẩn, chất nền và các chất dinh dưỡng với nhau đồng thời cũng có tác dụng điều hòa nhiệt độ tại mọi điểm trong bể phân hủy, giảm tình trạng nóng hay nguội cục bộ Khuay đảo giam bot tinh trang von cục của chat nén dang hat do do lam tang dién tich bề mặt riêng của chúng và kích thích tốc độ thủy phân và lên men Các tác dụng khác của sự khuấy đảo hỗn hợp bao gồm duy trì sự đồng nhất về lý tính và hóa tính của hỗn hợp, phân bố nhanh các sản phẩm trung gian sinh ra do đó tránh tình trạng ứ đọng cục bộ làm giảm hiệu quả phân hủy và ngăn ngừa sự vón kết hay phân tầng của các chất [45] Với các hệ thống quy mô lớn, để tăng tuôi thọ thiết bị khuấy đảo và giảm chi phí vận hành, khuấy đảo liên tục hỗn hợp là không cần thiết mà có thể khuấy đảo gián đoạn theo chu kỳ [38]
2.4.7 Tốc độ nạp chất nền
Trong các hệ thống phân hủy liên tục hay bán liên tục, tốc độ nạp chất nền đủ lớn sẽ giảm được khối tích bể phân hủy Thông thường đại lượng này được thé hiện là số kg chất hữu cơ ban đầu có thể đưa vào một đơn vị thê tích bể phân hủy trong một đơn vị thời gian (kgVS/m/ngày đêm hay kgCOD/m”/ngày đêm) Nếu tốc độ nạp chất nên quá lớn sẽ dẫn đến hiên tượng tích lũy các sản phẩm trung gian (như axit hữu cơ) và làm ngưng trệ quá trình Việc lựa chọn tốc độ vừa đủ để quá trình diễn tiền thuận lợi phụ thuộc vào thời gian lưu của vi sinh trong bê phân hủy (SRT) và tính chất của
chất nền ban đầu (VS, COD) [13]
2.4.8 Thời gian lưu
Thời gian lưu vị sinh vật hay tuổi của bùn (SRT) là thông số quan trọng thường được
lựa chọn làm thông số thiết kế bể phân hủy hoạt động liên tục hay bán liên tục Vì
thời gian thế hệ của các vi sinh vật sinh metan khá dài (vài ngày), giá trị SRT thông thường được chọn là 12-15 ngày Nếu thời gian lưu vi sinh vật trong bề phân hủy quá ngăn (<10 ngày), sẽ xảy ra hiện tượng “cạn kiệt” (washout) vi sinh vật sinh metan, tức là lượng vi sinh loại bỏ lớn hơn lượng vi sinh được tạo thành và hệ thống mất cân
Trang 33
bằng [38]
Thời gian lưu thủy lực (HRT) cũng là thông số quan trọng Khi thời gian lưu ngắn, áp suất riêng phần của khí hydro tăng lên, gây ức chế vi sinh vật sinh Metan và ảnh hưởng đến chất lượng khí sinh học (hàm lượng metan thấp) [17] Ngoài ra, khi HRT và/hoặc SRT thay đôi, con đường phân giải của các chất trong giai đoạn lên men axit cũng thay đổi biểu hiện ở thành phân mỗi loại axit bay hơi trong tổng số các axit sinh
ra biến đồi theo [16], [17] 2.4.9 — Các chất gây độc
Các kim loại nhẹ và cả kim loại nặng đều được coi là dinh dưỡng vi lượng nếu hiện diện với nồng độ đủ thấp và sẽ duoc coi la chat déc néu nồng độ của chúng vượt quá ngưỡng cho phép Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại lên hệ vi sinh vật bê phân hủy ky khí cho thấy các vi sinh vật sinh metan mẫn cảm hơn là các vi khuẩn 3 giai đoạn đầu {47] [i3] Độc tính của các kim loại nói chung tăng theo hóa trị và nguyên tử lượng của chúng Sự tồn tại đồng thời của nhiều kim loại với nồng độ cao hơn mức giới hạn của từng kim loại dẫn đến kết quả không có tính quy luật, một số trường hợp làm giảm độc tính (antagonism) và một số khác làm tăng độc tính (synergysm) Dạng tổn tại của các kim loại cũng ảnh hưởng đến ngưỡng gây độc, các muối kết tủa hay các phức chất không thể đi qua mang tế bào nên khả năng tác động
ít hơn các muối hòa tan [13]
Đối với chất nền chứa nhiều Nitơ, sự tạo thành và tích tụ ion Amoni (NH¿`) và
Amoniac (NH;) mang cả tính tích cực và tiêu cực Nói chung thì NH,’ c6 thé duoc vi sinh vật sử dụng như là chất dinh dưỡng, trong khi đó NH; gây ức chế và gây độc quá trình phân hủy [38]
Quá trình phân hủy ky khí có đặc điểm là các sản phẩm tạo ra từ mỗi giai đoạn, nếu
không được biến đổi kịp thời thành chất khác và tích tụ lại thì sẽ ức chế chính giai
đoạn đó như axit béo mạch dài, hydro, axit béo bay hơi Axit oleic và axit propionic là các axit có độc tính cao nhất trong số các axit được sinh thành trong bê phân hủy
ky khí với nồng độ gây độc là < 5mg/1 [24]
2.4.10 Kết cấu hệ thống |
Đơn giản nhất là các bể phân hủy theo mẻ không khuấy trộn, không gia nhiệt với thời gian lưu dài (30-60 ngày) Loại kết cầu cổ điển này cho sản lượng khí thấp và tốc độ nạp chất nên thấp vì xảy ra hiện tượng phân tầng trong bẻ Kết cầu này đơn giản, rẻ
tiền và dễ vận hành nhưng đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn vì chiều cao thấp [36] Tiến
bộ hơn là kết cầu cho phép tốc độ nạp chất nền cao, được gia nhiệt và có thời gian lưu (SRT) khoảng 15 ngày, khuấy trộn hoàn chỉnh, nồng độ chất nền (tính theo lượng
chất khô) khoảng 10-15% So với bể phân hủy cổ điển thì loại bể khuấy trộn có
những ưu điểm hơn hăn về hiệu quả phân hủy và chất lượng khí sinh học thu được [36]
Xuất phát từ hạn chế của kết câu thông thường đòi hỏi phải pha loãng chất nền
31
Trang 34
nguyên thủy dé đạt hàm lượng chất răn 5-15% (kết cầu “ướt”), kết cầu hệ thống phân hủy chất thải với hàm lượng chất ran cao 20-40% (kết cầu “khô”) đã ra đời Kết cầu “khô” cho phép đơn giản hơn trong khâu tách loại các hợp phần vô cơ thể tích bể phân hủy nhỏ hơn, tốc độ nạp chất nên cao hơn, năng lượng cần thiết dé gia nhiệt ít hơn trong khi mức độ nhạy cảm với các chất ức chế, mức độ phân hủy chất thải và sản lượng khí sinh học cũng tương đương kết cầu “ướt” Nhưng kết câu mới đòi hỏi mức độ đầu tư khá cao cho bộ phận khuấy đảo [36]
Ý tưởng tách biệt giai đoạn thủy phân và axit hóa với giai đoạn acetat hóa và metan hóa trong 2 bẻ khác nhau (2 pha) nhằm tối ưu hóa điều kiện sống phù hợp với đặc trưng của các giống vi khuẩn tương ứng đã hình thành từ những năm 70 của thé ky trước và gần đây đã được áp dụng thực tế ở các nước Âu Mỹ Kết câu phân hủy 2 pha như vậy cho tốc độ metan hóa cao hơn, sản lượng khí sinh học cao hơn, độ én dinh sinh hoc cao hon nhung doi hoi chi phi đầu tư lớn hơn, thiết kế và vận hành phức tạp hơn nên vẫn còn ít được áp dụng [36]
2.4.11 Tiền xử lý mẫu | |
Nhằm thúc đây tốc độ và hiệu quả quá trình chuyển hóa và nâng cao giá trị phân compost sau phân hủy, mẫu thải rắn có thê được tiền xử lý qua các khâu loại bỏ các chất trơ, cắt nhỏ mẫu rắn để tăng diện tích tiếp xúc giữa chất nên và vi sinh vật, áp dụng các phương pháp gia nhiệt, dùng áp suất, dùng hóa chất, sóng siêu âm Kết quả cho thấy lượng khí metan thu được tăng lên rõ rệt (có thé tang dén 75%) [14], [46], [57] Cac phuong phap nay chu yếu có tác dụng trên hợp phần hữu cơ dễ phân hủy mà thôi và việc áp dụng chúng trong các hệ thống quy mô công nghiệp đòi hỏi chi phí rất cao nên nhìn chung chỉ có các biện pháp tiền xử lý cơ học là có tính khả
thi trong thực tế [45] Sóc
32
Trang 35
CHƯƠNG III
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU
Do số lượng mẫu trong thí nghiệm ứng với các điêu kiện pH và tỉ lệ men giống/cơ chat thay đổi là tương đối nhiều, trong khi thời gian lưu mỗi mẫu để phân hủy kéo dài khoảng 30 ngày nên một loạt các bình ủ mô phỏng quá trình phân hủy ky khí đã được chế tạo thành một hệ thống mô hình, phục vụ công tác nghiên cứu thực nghiệm Bình ú là bình bằng nhựa dày khoảng 2mm, trong suốt, khoảng không gian bên trong bình ủ là buông phân hủy có thể tích làm việc khoảng 1,8L (kích thước bình ủ cao 140cm và chiều dài cạnh là 11,5cm) Phía trên bình là nắp nhựa có khoan lỗ thu khí và lỗ thu mẫu Khí biogas sinh ra được dẫn qua bộ phận thu gom và đo thê tích bằng một ống nhựa; lỗ thu mẫu đặt cách đáy bình ủ khoảng 4cm có nối với một ống nhựa đài Bộ phận thu và đo khí gồm 2 ống trụ úp ngược và đan khít vào nhau hoạt động theo nguyên lý khí đây nước Ống trụ lớn chứa đầy dung dịch nước muối nông độ 25g/1 và được axit hóa đến pH=2 bằng H;SO, dé giảm thiểu sự hòa tan của CO; tạo thành vào nước Trên ống trụ nhỏ có chia vạch, khoảng thê tích giữa 2 vạch kể nhau
là 100ml Thể tích khí có thể đo được lớn nhất là 2L
Các bình ủ được đặt vào một bề chứa (hoặc điều nhiệt nêu cần thiết) có kết cầu băng vật liệu nhựa gia cô sợi thủy tỉnh (FRP) và có tiết điện vuông 52cm, cao 20cm Bê
này vừa làm nhiệm vụ ồn nhiệt (nếu cần thiết) vừa là nơi đặt tấm đỡ kết cầu bằng các
ống nhựa PVC trong bể nhằm rung lắc 9 bình ủ đặt bên trong bể Tắm đỡ cùng với các bình ủ có thể đi chuyền tịnh tiễn theo chiều ngang bể nhờ được treo trên các con lăn ở 2 cạnh đối diện nhau và được điều khiển bởi một motor (hình 3 1) Hình 3.1 Mô hình thực nghiệm ilifltlilrlilililìl:|
1 Bình phân hủy 2 Bể đặt các bình ủ 3 Ông lấy mẫu
4 Ong dân khí 5 Bộ thu và đo khí sinh học 6 Mô tơ rung lắc mẫu ủ
Trang 37
Hình 3.4 Các bình thu và đo khí sinh học
3.2 VAT LIEU NGHIÊN CỨU
3.2.1 H6n hợp bùn thái giàu dầu mỡ từ hệ thống xử lý nước thải của nhà
máy mì ăn liền Uni President Vietnam
Như đã mô tả trong chương I (muc 1.1.2.4) mẫu bùn nghiên cứu được định kỳ vớt ra khỏi bể tiếp nhận khoảng 1 lần sau mỗi 2 tuần và đưa lên các phuy chứa Chúng được chứa trong phuy khoảng 10 ngày đến 2 tuần trước khi được thu dọn bởi đơn vị
thu gom rác thải công nghiệp Mẫu bùn tổ hợp đã được tiến hành thu thập để nghiên
cứu, bao gồm 4 mẫu bùn đơn lẻ được vớt trực tiếp từ 4 vị trí khác nhau trong bể tiếp nhận ra xô chứa Ở mỗi vị trí, toàn bộ bùn từ tầng mặt (tầng tiếp xúc không khí) đến tầng đáy (tầng tiếp xúc nước thải) đều được thu lây Chúng được khuấy đảo đều
trước khi lay 1 mau té hop
Mẫu thu được ở dạng bùn sệt, có mùi hôi, nhớt, lẫn nhiều nước, màu xám nhạt Các mẫu đều được đưa về Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học, trường Đại học Kỹ thuật công nghệ Tp.HCM (HUTECH) ngay sau thời điểm lấy
mẫu Các thí nghiệm cân thiết để xác định các thông số về thành phần mẫu bùn được
tiến hành ngay sau đó Trước khi phân tích, mỗi mẫu đều được trộn bằng máy khuấy trong 15 phút để có được sự đồng nhất về thành phan
Thành phần cơ bản của hỗn hợp bùn thải là đối tượng nghiên cứu của đề tài này được trình bay trong bảng 3.1
Trang 38Bảng 3.1 Thành phần đặc trưng cơ bản của hỗn hợp bùn thải
Các thông số Đơn vị Kết quả
Nhu câu oxy hóa học (COD) mgOs/I 115.000 Chất răn tông cộng (TS) g/kg 55.2 Chat ran bay hoi (VS) g/kg 49.8 Nitơ tông mg/kg 21,3 Photpho tông mg/kg 3,2
Từ các thông số trên, có thể nhận xét thấy tỉ số VS/TS trong mẫu khoảng 90% là tỉ lệ cao Tỉ lệ này cho thấy trong mẫu, ngoại trừ nước thi chất hữu cơ là chủ yếu, và trong mẫu nghiên cứu thì phần hữu cơ đó chủ yếu là dầu mỡ Điều này có thể khăng định khi nhìn vào giá trị rất lớn của thông số COD Điều này cũng cho thấy mẫu cần được ổn định hóa trước khi đưa ra môi trường (chôn lấp hay làm phân bón)
3.2.2 Bùn men giống
Men giống dùng để cấy trong tất cả các mẫu thử nghiệm ky khí là bùn lắng thu từ bể phân hủy ky khí UASB trong hệ thống xử lý nước thải xí nghiệp lợn giống Đông Á (Bình Dương) ở nhiệt độ không khí bình thường (+30°C) Trong bùn chứa men giống, vi khuẩn sinh trưởng ở trạng thái lơ lửng Trước khi đem cấy với mẫu ủ, bùn duoc dé lang khoảng 2 giờ và phần nước phía trên mặt được rút bỏ Mục đích là làm giảm độ âm và tăng nồng độ vi khuẩn trong bùn (men giống) Một vài thông số cơ bản của bùn giống phân tích được trình bảy trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Thông số cơ bản của bùn men giống
Thông số - Đơn vị Kết quả
Hàm lượng răn tông cộng (TS) g/kg 51
Hàm lượng rắn bay hơi (VS) _ g/kg 28,87
3.2.3 Thiết bị, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
Các thiết bị, hóa chất và dụng cụ trong đề tài được sử dụng trong phòng thí nghiệm Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học, trường Đại học Kỹ thuật công nghệ thành
phó Hồ Chí Minh (HUTECH)
3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3.1 Sơ đồ thực nghiệm
Thực nghiệm được tiến hành theo mẻ với thời gian ủ 30 ngày Mẻ thực nghiệm gồm
2 lô, mỗi lô gồm 8 bình ủ, kết cầu như sau:
Trang 39
các bình ủ được kiểm soát và cô định trong khoảng 6,8 — 7,3 là khoảng pH thích hợp nhất cho quá trình sinh trưởng và phát triển của các vi khuân acetat hóa và vi sinh vật sinh Metan (như đã đề cập trong chương II) Các tỉ lệ men giong/oo chat lựa chọn để thí nghiệm (bảng 3.1) cũng là các tỉ lệ cho hiệu quả sinh khí tối ưu với nhiều loại cơ chất khác nhau
-_ Lô 2: tỉ lệ men giỗng/cơ chất đối với mỗi bình ủ cũng thay đổi như lô 1, nhưng pH trong tất cả các bình ủ không được can thiệp hay tác động dưới bất cứ hình thức nào
- Ngoai ra còn một bình không chứa cơ chất mà chỉ chứa men giống (mẫu trang — mẫu B) và một bình, ngược lại, chỉ chứa cơ chất mà không chứa men giống (mẫu đối chứng - mẫu C)
Khối lượng cụ thể của cơ chất phân hủy và lượng bùn men giống trong mỗi bình ủ ở 2 lô được thể hiện trong bảng 3.3 Bảng 3.3 Sơ đồ thực nghiệm
Cơ | Men Cơ | Men ¬—=
Số | chất | giống | (VS/VS) | kiện | ` |.; 8 Điều “sé | chat | giéng | RUS | „ |(VS/VS) | kiện | DIY @) | Œ) 1} @ 106 1.1 1 | 100 | 170 1,0 Pe 100 {1701-1071 2 | 100 | 210 1,2 211001210] 12 1 7 3 | 100 | 260 1.5 n=|3 | 100 | 260 | 15 7 khong 4 | 100 | 310 1,8 Re “4 {100 | 310 | 18 | điều 5 | 100 | 380 2.2 7 3 -5 | 100 | 380 | 2⁄2 —| chỉnh 6 | 100 | 430 2,5 ” J6 J 100:| 430] 245 7.| pH: 7 | 100 | 480 2,8 | 7 | 100 | 480 | 28 | 8 | 100 | 520 3,0 8 | 100 | 520 |- 3,0 C | 100 0 - B.|:0 1500g 1]: - Ghi chu: |
Rys (VS/VS) la ti lé men giống/cơ chất + (tinh theo lượng chất khô bay hơi)
Đối với quá trình phân hủy ky khí thì vi sinh vật ky khí sẽ phát triển tốt ở tỷ lệ COD :
N:P = 500: 7: 1 [38] Vi vay voi kết quả phân tích hàm lượng Nitơ tổng và Photpho tổng như trên thì cần phải bổ sung thêm N và P vào mẫu ban đầu để đảm
bảo cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt :
N dugc bé sung vao mẫu dưới dạng dung dịch NH¿NO: 2M và P được bố sung băng dung dịch KH;POa 2M nhăm đảm bảo tỉ lệ trên được được thỏa mãn
Sau khi bỗ sung dinh dưỡng, hỗn hợp cơ chất và men giống được trộn đều băng máy
khuấy từ trong 10 phút và sau đó được đưa ngay vào các bình ủ Các bình ủ được đậy
kín ngay và đặt vào bể chứa, có rung lắc ở điều kiện nhiệt độ phòng tại thời điểm
Trang 40
nghiên cứu (30+2”C)
Như vậy với sơ đồ bố trí thí nghiệm như trên, có thể hình dung quá trình phân hủy xảy ra tuân tự qua các giai đoạn sau:
+_ Phân hủy hiểu khí cơ chât nhờ các vi khuân hiệu khí và ky khí tùy tiện có sẵn trong bình ủ và khí oxy tôn tại trong khoảng không gian bên trên hỗn hợp trong bình ủ Quá trình này diễn ra tương đôi ngắn
+ Sau khi lượng oxy đã được tiêu thụ hết, bắt đầu quá trình phân hủy ky khí cơ chất
nhờ các vi khuẩn ky khí bắt buộc, bao gồm cả các vi khuẩn thủy phân, acetat hóa và sinh Metan Đây là quá trình chủ yêu và chiếm ưu thế trong bình ủ
3.3.2 Các thông số cần quan trắc và phương pháp đo đạc trong quá trình thực nghiệm
+ Xác định thành phân cơ bản của hỗn hợp chất thải nhiều dầu thực vật: Phương pháp lay mau: theo TCVN 6663-13:2000
Các phương pháp bảo quản và phân tích mẫu theo “Standard Methods for Examination of water and wastewater, 20" Edition Published by APHA, AWWA, WEF in 1999”, bao gém cac thong số nhu cầu oxy hóa học (COP), Tổng Nitơ (N), Tổng Photpho (P), Tổng chất ran (TS), Téng chat ran bay hơi
(VS) — cdc thủ tục số tương ứng số 5220 C, 4500-N„„„ B, 4500-P B3, 2540 B,
2540 E
+ Các thông số quan trắc trong quá trình thực nghiệm bao gồm:
Thể tích khí sinh ra ở mỗi bình ủ được theo dõi và ghi nhận hàng ngày từ lúc
bắt đầu ủ mẫu cho đến khi hoàn toàn kết thúc sinh khí
pH trong các bình ủ sé 1’ đến 8' ở lô thứ hai được đo 1 lần/ngày (không điều chỉnh) Còn trong các bình ủ số I đến 8 ở lô thứ nhất, pH được đo 2-3
lần/ngày và điều chỉnh để nó luôn dao động trong khoảng 6,8 - 7.3 bằng dung
dịch NaOH 3N (nếu cần thiết)
COD: theo dõi 5 ngày/lần TS, VS: theo doi 5 ngày/lần
Các thông số COD, TS, VS được xác định theo “Standard Methods for Examination of water and wastewater, 20" Edition Published by APHA, AWWA, WEF in 1999” theo cac thu tuc trong ung Thong số pH được quan trắc bằng máy đo pH cầm tay (độ phân giải 0,1 giá trị pH)
+ Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm xét theo mỗi thông số môi trường (COD, TS, VS): Co - Cs
Hiệu quả loại bỏ (HQLB) = - x 100%
Co
Trong đó: Co là nồng độ hỗn hợp dịch ủ ban đầu (bat đầu phân hủy) xét
theo mỗi thông số môi trường như COD, TS, VS
C; là nồng độ hỗn hợp địch ủ ban đầu (sau khi phân hủy) xét