Xử lý sinh học yếm khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÀI BÁO CÁO XỬ LÝ SINH HỌC YẾM KHÍ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC GVHD: Dương Nguyên Khang Nhóm sinh vien thực hiện: Nhóm VI – DH11SM TP.Hồ Chí Minh 3/2014 DANH SÁCH NHÓM VI – DH11SM Hoàng Thị Tố Quyên Nguyễn Thị Mỹ Trang 11172148 11172181 Phạm Thị Loan 11172021 Huỳnh Thị Hường 11172242 Hồ Thị Diệu 11172229 Hà Thị Nhung 11172132 Huỳnh Thị Điệp 11172235 Phạm Thị Minh Ngọc 11172128 Huỳnh Minh Phong 11172138 Lương Thị Thanh Tâm 11172154 I MỞ ĐẦU Ở nước ta vừa qua, Cục Chăn nuôi (Bộ Nông Nghiệp Phát Triền Nông Thôn) vừa đưa số đáng “giật mình” tổng khối lượng chất thải chăn nuôi từ gia súc, gia cầm thải môi trường hàng năm khoảng 73 triệu tấn, 90% khối lượng chất thải rắn sản xuất nông nghiệp chưa xử lý, thải môi trường hàng năm chưa có phương án xử lý triệt để nguồn ô nhiễm Đa số đốt bỏ thu tro làm phân bó Việc đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng sương mù quang hóa độc hại, đặc biệt vùng ven thành phố lớn dọc đường cao tốc làm giảm tầm nhìn dễ dẫn đến tai nạn giao thông, tăng đột biến lượng bệnh nhân bệnh mắt, phổi sau vụ thu hoạch, lãng phí lượng chất hữu có giá trị sử dụng lĩnh vực khác dùng làm giá thể trồng loại nấm, ủ làm phân bón… Chính vậy, vấn đề cấp bách phải tìm phương pháp xử lý vừa hiệu vừa thân thiện với môi trường Công nghệ xử lý chất thải nông nghiệp sử dụng nhiều phương pháp như: phương pháp lý học, hóa học, sinh học Theo nhà khoa học, phương pháp xử lý phổ biến có hiệu cao phương pháp sinh học, cụ thể xử lý công nghệ sinh học yếm khí sản xuất khí sinh học II TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tổng quan xử lý sinh học yếm khí 1.1 Khái niệm Xử lý nước thải phương pháp sinh học dựa hoạt động sống vi sinh vật, chủ yếu vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có nước thải Xử lý sinh học kỵ khí trình phân hủy sinh học chất hữu điều kiện oxy Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng, xây dựng tế bào, sinh trưởng sinh sản nên sinh khối chúng tăng lên, từ làm giảm COD, BOD nước thải 1.2 Quy trình xử lý khí sinh học yếm khí Quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu trình sinh hóa phức tạp tạo hàng trăm sản phẩm trung gian phản ứng trung gian Hầu hết tất dạng nước thải công nghiệp, với nồng độ chất độc hại cao, hệ thống xử lý kỵ khí sử dụng để xử lý Hệ thống xử lý kỵ khí có hiệu suất xử lý cao nước thải sinh hoạt nước thải cống rãnh Xử lý sinh học kỵ khí chia làm trình: Thủy phân polymer: thủy phân protein, polysaccaride, chất béo Lên men amino acid đường Phân hủy kỵ khí acid béo mạch dài rượu Phân hùy kỵ khí acid béo dễ bay Hình thành khí methane từ acid acetic Hình thành khí methane từ hydrogen CO2  Phương trình phản ứng sinh hóa điều kiện kỵ khí: Vi sinh vật Chất hữu -> CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào  Xảy theo giai đoạn : - Giai đoạn 1: Thủy phân - Giai đoạn 3: Acetate hóa khử hydro ; - Giai đoạn 4: Methane hóa Các chất thải hữu chứa nhiều chất hữu cao phân tử proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,… giai đoạn thủy phân, cắt mạch tạo thành phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy Các phản ứng thủy phân chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, chất béo thành acid béo Trong giai đoạn acid hóa, chất hữu đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 CO2 Các acid béo dễ bay chủ yếu acetic acid, propionic acid lactic acid Bên cạnh đó, CO H2, methanol, rượu đơn giản khác hình thành trình cắt mạch carbohydrat Vi sinh vật chuyển hóa methane phân hủy số loại chất định CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines CO Phức chất hữu Acid hữu H2 Acetic acid CH4 4% 76% 20% 24% 52% 28% 72% Giai đoạn thủy phân Giai đoạn acetate hóa khử hydro Giai đoạn methane hóa Hình 5.1 Giai đoạn phân hủy kỵ khí 1.3 Phân loại, chế hoạt động ứng dụng vi sinh vật hệ thống xử lý sinh học yếm khí  Ba nhóm vi sinh vật tham gia vào trình là: − Nhóm vi sinh vật phân hủy chất hữu Clostridium spp.,Hydrolitic bacteria, Thermocellem − Nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm loài Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus Escherichia coli a) Nhóm vi sinh vật phân hủy chất hữu Clostridium spp b) Nhóm vi sinh vật tạo acid Escherichia coli Peptococcus anaerobes Bifidobacterium spp c) Nhóm vi sinh vật sinh methane Dạng que: Meth anobacterium (khoahoc.com Dạng cầu: Methanosarcina (kenh14.vn) Methanobacillus(totha.vn) Cơ chế hoạt động vi sinh vật hệ thống xử lí chất thải yếm khí sản xuất khí sinh học: − Một nhóm vi sinh vật thuỷ phân hợp chất hữu phức tạp: protein, xenlulô, gỗ mỡ thành hợp chất hữu đơn giản có trọng lượng nhẹ : : axit amin, glucô, axít béo glycerin Các đơn phân tử sẵn sàng làm thức ăn cho nhóm vi khuẩn Sự thủy phân phân tử phức hợp xúc tác enzym ngoại bào như: cellulases, proteases, lipases Tuy nhiên giai đoạn thủy phân tương đối chậm bị giới hạn trình phân hủy chất thải yếm khí chất thải xenlulô thủy phân thô, có chứa chất gỗ − Nhóm vi khuẩn tạo axít (Acidogenic) chuyển đường, axít amin, axít béo thành axít hữu (như axít acetic, propionic, formic, lactic, butyric, succinic), rượu ketone (như ethanol, methanol, glycerol, acetone), acetate, CO 2, H2 Acetate sản phẩm trình lên men cácbon hydrát Các sản phẩm tạo thay đổi tùy theo loại vi khuẩn điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, độ pH, khả ôxy hóa khử ôxy) Nhóm vi sinh vật đòi hỏi H2 để chuyển hóa acid béo thấp cần giám sát nồng độ H2 − Nhóm vi khuẩn tạo metan chuyển hoá hydro acid acetic thành khí mêtan carbonic Nhóm vi khuẩn thường gọi mêtan focmơ, chúng cớ nhiều dày động vật nhai lại Vai trò quan trọng nhóm vi khuẩn tiêu thụ hydro acid acetic , chúng tăng trưởng chậm trình xử lý yếm khí chất thải thực khí mêtan carbonic thoát khỏi hỗn hợp.Nhóm tạo thành vi khuẩn gram âm gram dương với hình dạng khác Các vi sinh tạo mêtan sinh trưởng chậm nước thải, chu kỳ sinh từ ngày 35 0C 50 ngày 10 0C Khoảng 2/3 mêtan tạo từ chuyển hoá acetate nhóm vi khuẩn 1/3 lại giảm CO2 tạo hydro − Ngoài có vi khuẩn tạo Aceton chuyển axít béo (như: axít propionic butyric) rượu thành acetate, hydro, and CO2, chất sử dụng nhóm vi khuẩn tạo metan Nhóm đòi hỏi nồng độ hydro thấp để chuyển hoá axít béo cần phải theo dõi sát nồng độ hydro Dưới điều kiện nồng độ hydro cục cao, tạo thành acetate giảm chất chuyển thành axít propionic, butyric ethanol thay metan 2 Một số hệ thống xử lý sinh học yếm khí Quá trình xử lý sinh học kỵ khí nhân tạo Hệ thống xử Đặc điểm lý sinh học yếm khí Ưu điểm, nhược điểm Quá trình xử lý nước thải bể UASB -Ưu điểm: Không tốn nhiều lượng;không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp;tạo lượng bùn có hoạt tính cao, giảm chi phí xử lý;loại bỏ chất hữu với lượng lớn, hiệu quả, xử lý số chất khó phân hủy;có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh từ hệ thống; -Nhược điểm:Cần diện tích không gian lớn để xử lý chất thải;quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian khó kiểm soát Cấu tạo bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý hệ thống tách pha Nước thải phân phối từ lên qua lớp bùn kỵ khí, diễn trình phân hủy chất hữu vi sinh vật khống chế vận tốc phù hợp (v[...]... hủy yếm khí đòi hỏi nồng độ chất nền ban đầu cao III HỆ THỐNG XỬ LÝ SINH HỌC YẾM KHÍ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC: BIOGAS 1 Khái niệm Biogas hay còn gọi là khí sinh học (KSH), là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự phân huỷ những chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí Trong đó thành phần chủ yếu là khí mêtan (CH4) 2 Khí sinh học được sinh ra như thế nào? Để sản xuất khí sinh học, ... 35.906 kJ/m3= 8.576 kcal/m3 b Khí cacbonic Thành phần chủ yếu thứ hai của khí sinh học là khí cacbonic (CO 2) Khí này không màu, không mùi, không cháy được, không duy trì sự sống, nặng gấp rưỡi không khí Tỷ lệ cacbonic cao sẽ làm giảm chất lượng của khí sinh học c Khí hiđro sunfua Khí hiđrosunphua (H 2S) là khí không màu, có mùi hôi như mùi “trứng thối”, khiến cho khí sinh học cũng có mùi hôi, giúp ta... TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Công nghệ xử lý nước thải UASB, http://www.congnghemoitruong.net/cong-nghe-xuly -sinh- hoc-ky-khi-uasb.html 2 NCS TÔN THẤT LÃNG,MÔ HÌNH XỬ LÝ KỴ KHÍ TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI, http://www.dostbinhdinh.org.vn/HNKH7/T_luan52.htm 3 Quá trình xử lí khí sinh học, http://luanvan.net.vn/luan-van/qua-trinh-xu-ly -sinh- hoc-ky- khi-59546/ 4 Bể yếm khí tầm sôi UASB,http://www.zun.vn/tai-lieu/de-tai-be-yem-khi-tang-soi-uasb-... thuộc vào tốc độ phân hủy COD đầu vào Yêu cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống xử lý kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí Có khả năng chịu được tải trọng cao (thích hợp cho chất thải có độ ô nhiễm cao): những hệ thống kỵ khí hiện nay có thể xử lý với hiệu suất từ 85-90% COD với tải trọng hữu cơ đầu vào khoảng 30g COD/L/ngày... III.2 Tính chất của khí sinh học: Khí sinh học là một khí ướt vì nó chứa hơi nước bão hoà bay hơi từ dịch phân giải Hơi nước sẽ ngưng tụ trong đường ống và cần được tháo đi Vì thành phần của khí sinh học thay đổi, nên các tính chất của nó cũng thay đổi theo Tỷ lệ phổ biến của khí sinh học với tỷ lệ 60% CH 4 và 40% CO2 có khối lượng riêng là 1,2196kg/m 3 và tỷ trọng so với không khí là 0,94 Sự có mặt... (6.000đ/kg – 350 kg/cây/vụ): 420 triệu đồng V KẾT LUẬN Việc giảm giá thành của xử lý nước thải mà vẫn đảm bảo chất lượng xử lý là một mục tiêu thúc đẩy các nhà công nghệ môi trường tìm kiếm những công nghệ mới Ngày nay, việc áp dụng các công nghệ sinh học trong xử lý chất thải đã có nhiều triển vọng, đặc biệt xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí Giảm thiểu các vấn đề về ô nhiễm môi trường trong nông nghiệp, chi... xuất khí sinh học, người ta xây dựng hoặc chế tạo các thiết bị khí sinh học. Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học là những chất hữu cơ như phân động vật, các loại thực vật như bèo, cỏ, rơm rạ Nguyên liệu được nạp vào các thiết bị khí sinh học. Thiết bị giữ kín không cho không khí lọt vào nên nguyên liệu bị phân huỷ kỵ khí và tạo ra khí sinh học  Việc nạp nguyên liệu được thực hiện theo 2 cách chủ yếu... giải sinh ra khí 5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản sinh khí sinh học 1 Mức độ kỵ khí Những vi khuẩn sinh khí mêtan chỉ sống trong môi trường tuyệt đối không có oxy Vì vậy, đảm bảo cho môi trường tuyệt đối kỵ khí là yếu tố quan trọng đầu tiên 2 Nhiệt độ Trong điều kiện tự nhiên, nhiệt độ thích hợp nhất đối với chúng là 30 – 40°C Nhiệt độ thấp và thay đổi đột ngột đều làm cho quá trình sinh khí. .. thải.Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra lượng bùn thấp hơn (từ 3 đến 20 lần so với quá trình hiếu khí vì năng lượng do vi khuẩn yếm khí tạo ra tương đối thấp) dẫn đến việc giảm chi phí xử lý bùn thải Hầu hết năng lượng rút ra từ sự phân hủy chất nền là từ sản phẩm cuối cùng đó là CH 4 Lượng bùn thải trong quá trình xử lý kỵ khí phụ thuộc nồng độ phốtphát trong nước thải Lượng bùn kỵ khí này dễ ổn định hơn... loãng gọi là bã thải 3 Thành phần và tính chất của khí sinh học 3.1 Thành phần: Khí sinh học là một hỗn hợp của nhiều chất khí nên thành phần tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu tham gia vào quá trình phân giải và các điều kiện trong quá trình đó như nhiệt độ, độ pH, chất lượng nước Nó cũng tuỳ thuộc cả vào các giai đoạn phân giải a Khí Mêtan Trong khí sinh học, mêtan (CH4) là thành phần chủ yếu, chiếm tỷ