CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIOGAS doc

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIOGAS Xây dựng hầm Biogas Biogas là khí sinh h ọc, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu c ơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trư ờng yếm khí (còn gọi là kỵ khí). 1. Bản chất của phương pháp kỵ khí: Là các chất thải đư ợc phân hủy nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều kiện hoà n toàn không có oxy. Quá trình này đư ợc phân chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân t ử đư ợc VSV chuyển thành các các chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đư ờng, glyxerin, (gọi chung là hydrat cacbon) Giai đoạn 2: là giai đoạn phát tri ển mạnh các loài vi khuẩn metan để chuyển hầu nh ư toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH 4 và CO 2 . Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu c ơ nên pH gi ảm xuống rõ rệt (lên men axit). Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nitơ ti ếp tục phân hủy tạo thành các h ợp chất khác nhau và các chất khí như CO 2 , N 2 , H 2 và c ả CH 4 (bắt đ ầu lên men metan). Các VSV kỵ khí phát tri ển mạnh còn các VSV hiếu khí bị tiêu di ệt. Các vi khuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO 2 và CH 4 (giai đoạn lên men metan cò g ọi là lên men kiềm). 2. Các vi sinh vật trong bể Biogas Sự tăng trư ởng của vi khuẩn và các vi khu ẩn trong bể tùy thuộc loại phân sử dụng và điều kịên nhiệt đ ộ. Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể biogas nh ư sau: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khu ẩn sinh khí metan. Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đ ều có enzym cellulosase và n ằm rải rác trong các họ khác nhau, h ầu hết các trực trùng, có bào tử (spore). Theo A.R.Prevot, chúng có m ặt trong các họ: Clostridium, P lectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosponus. Chúng bi ến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO 2 , H 2 và một số chất tan trong nước nh ư Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine. Các chất này đều được dùng để dinh dư ỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan. Nhóm vi khuẩn sinh khí metan: Nhóm này rất chuyên biệt và đã đư ợc nghiên cứu kỹ lưỡng b ởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), đư ợc xếp hạng thành 3 bộ (Order), 4 họ (Family), 17 loài (Genus). M ỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó vi ệc lên men kỵ khí b ắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan. Có như v ậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để. Đi ều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển mạnh là phải có lượng CO 2 đầy đ ủ trong môi trường, có nguồn nitơ (kho ảng 3,5 mg/g bùn l ắng), tỷ lệ C/N = 1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon. Trong quá trình lên men k ỵ khí các loài VSV gây b ệnh bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác đ ộng tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức đ ộ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đ ổi chất, tác động cạnh tranh dinh dưỡng, Mức độ tiêu di ệt các VSV gây b ệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến 100%. (đ ối với Myobacterium ; thời gian lưu trong bể biogas từ 6-20 ngày) 3. Cơ chế của sự tạo thành khí metan Cơ chế 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân h ủy thành các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 và các s ản phẩm khoáng hóa khác dư ới tác dụng của enzym cellulosase: C x H y O z → các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 ti ếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan: CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O 4CO + 2H 2 → CH 4 + 3CO 2 4HCOOH → CH 4 + 3CO 2 + 3H 2 O 4CH 3 OH → 3CH 4 + 2H 2 O + CO 2 CH 3 COOH → CH 4 + H 2 O Như vậy biogas đư ợc hình thành trong môi trường kỵ khí dư ới tác dụng của enzym cellulosase và nhóm vi khu ẩn metan, trong đó vai trò của enzym cellulosaselà phân hủ y các chất hữu cơ thành các ch ất có phân tử thấp hơn, các ch ất này nhờ nhóm vi khuẩn metan tác d ụng với nhau tạo thành khí metan có khả năng đốt cháy sinh năng lượng. . CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIOGAS Xây dựng hầm Biogas Biogas là khí sinh h ọc, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu c ơ dưới tác động của vi khuẩn trong. ; thời gian lưu trong bể biogas từ 6-20 ngày) 3. Cơ chế của sự tạo thành khí metan Cơ chế 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân h ủy thành các axit hữu cơ, CO 2 , H 2 và các s ản. Như vậy biogas đư ợc hình thành trong môi trường kỵ khí dư ới tác dụng của enzym cellulosase và nhóm vi khu ẩn metan, trong đó vai trò của enzym cellulosaselà phân hủ y các chất hữu cơ thành