PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY CHẤT THẢI LÊN MEN KỴ KHÍ

KN: Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ và vô cơ phân tử trong điều kiện không có oxy phân tử bởi các vi sinh vật kị khí. Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình trong tự nhiên: 1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo. 2. Lên men các amino acid và đường. 3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols). 4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic). 5. Hình thành khí methane từ acid acetic. 6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.

PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY CHẤT THẢI LÊN MEN KỴ KHÍ I Giới thiệu: K/N: Q trình phân hủy kỵ khí trình phân hủy sinh học chất hữu vơ phân tử điều kiện khơng có oxy phân tử vi sinh vật kị khí Phân hủy kỵ khí chia làm q trình tự nhiên: Thủy phân polymer: thủy phân protein, polysaccaride, chất béo Lên men amino acid đường Phân hủy kỵ khí acid béo mạch dài rượu (alcohols) Phân hủy kỵ khí acid béo dễ bay (ngoại trừ acid acetic) Hình thành khí methane từ acid acetic Hình thành khí methane từ hydrogen CO2 Các q trình họp thành giai đoạn, xảy đồng thời q trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ: - Thủy phân: giai đoạn này, tác dụng enzyme vi khuẩn tiết ra, phức chất chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành phức đơn giản chất hòa tan (đường, amino acid, acid béo) Quá trình xảy chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt đặc tính dễ phân hủy chất Chất béo thủy phân chậm - Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa chất hòa tan thành chất đơn giản acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S sinh khối Sự hình thành acid làm pH giảm xuống 4.0 - Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa sản phẩm giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 sinh khối - Methane hóa (methanogenesis): Đây giai đoạn cuối trình phân huỷ kỵ khí Acetic, H2, CO2, acid fomic methanol chuyển hóa thành methane, CO2 sinh khối Trong giai đoạn thuỷ phân, acid hóa acetic hóa, COD không giảm, COD giảm giai đoạn methane Sơ đồ q trình vi sinh hóa lên men metan, sau: Phương trình phản ứng sinh hóa điều kiện kỵ khí biểu diễn đơn giản sau: b- Quá trình phản ứng vi sinh hóa xảy q trình sản xuất Biogas (CH4) chia/ phân làm giai đoạn: + Giai đoạn 1: (Giai đoạn thủy phân) Phân nạp vào BSK, bắt đầu trình lên men vi sinh Dưới tác dụng loại men khác nhiều loại vi sinh vật tiết (vi khẩn Closdium, bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus), chất hữu phức tạp hydratcacbon, protein, lipit dễ dàng bị phân hủy thành chất hữu có đơn giản, dễ bay etanol, axit béo axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic khí CO2, H2 NH3 Q trình tương ứng phân tươi nạp vào, lên men kỵ khí diễn nhanh chóng, “túi khí” tạo thành, phao, làm cho nguyên liệu nhẹ lên, thành váng lớp + Giai đọan 2: (Giai đoạn Axit hóa) giai đoạn lên men, hay giai đoạn đầu trình bán phân hủy, nhờ vi khuẩn Acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng hợp axetat), chuyển hóa hydrater carbon sản phẩm giai đoạn Albumozpepit, Glyxerin axit béo thành axit có phân tử lượng thấp hơn, C2H5COOH, C3H7COOH2, CH3COOH, khí hydro khí CO2, Q trình sản sinh sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối H2S, indol, scatol , pH môi trường dịch phân hủy + Giai đoạn 3: (Giai đoạn Axetat hóa) Các vi khuẩn tạo Metan chưa thể sử dụng sản phẩm giai đoạn trước (1 2) để tạo thành Metan, nên phải phân giải tiếp tục để tạo thành phân tử đơn giản nhỏ (trừ axit acetic), nhờ vi khuẩn Axetat hóa Sản phẩm trình phân giải gồm axit acetic, H2, CO2 CH3CH2OH (ethanol) + H2O → CH3COO- + H+ + 2H2 CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O → CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2 CH3(CH2)2COO- (butyric) +H2O → 2CH3COO- + H+ + 2H2 Giai đoạn này, nhờ vi khuẩn Axetat hóa phân giải sản phẩm giai đoạn trước tạo nhiều sản phẩm H2, vi khuẩn Metan sử dụng với CO2 để hình thành Metan (CH4), bắt đầu giai đoạn phân hủy Lúc chất bã hữu phân hủy mủn thành phần tử nhỏ, lơ lửng dịch thải pH môi trường dịch bể phân hủy chuyển sang kiềm tối ưu khoảng 6,8 – 7,8 + Giai đoạn 4: hình thành khí Metan Đây giai đoạn cuối q trình phân giải kỵ khí tạo thành hỗn hợp sản phẩm, khí Metan chiếm thành phần lớn Q trình hình thành khí Metan đồng thời, đường: 1- Nhờ vi khuẩn hydrogenotrophic methanogen sử dụng chất hydro CO2: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O 2- Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan CO2 acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan CO2 Khoảng 70% lượng metan sinh đường CH3COOH → CO2 + CH4 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 3- Nhờ vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải chất chứa nhóm metyl: CH3OH + H2 → CH4 + 2H2O 4(CH3)3-N + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 Trong nghiên cứu, người ta thấy rằng: giai đoạn đầu (thủy phân, acid hóa acetic hóa) thì: (1) lượng COD không giảm COD giảm giai đoạn metan hóa, giai đoạn cuối q trình phân giải kỵ khí; (2) ngồi sản phẩm tạo metan, có sản phẩm NH3, H2S, indol, scatol, gây mùi thối Như vậy, sản phẩm tạo/ gây mùi thối tạo trình lên men bán phân hủy chất hữu cơ, bị đẩy BSK, kéo mùi thối cùng, nguyên nhân gây thối ô nhiễm môi trường thứ cấp Khí sinh học khí tao trình phân huỷ chất hữu điều yếm khí, sử dụng methan khí đốt CaHbNcOd + mH2O  nCwHxOyNz + sCO2 + mCH4 + (d-nz)NH3 + Q + bùn + TB Cơ chế q trình phân hủy yếm khí: lipid polysacarid protit axit nucleic chất thơm axit béo monosacarid axit amin axit nucleic chất thơm Sản phẩm lên men H2, CO2, HCOOH, axit Axetic,Propylic CH3COOH, CH3OH, Lactic,Butylic (CH3)3N Sacarit CH4 + CO2 Methan hóa: Các phản ứng giai đoạn methan hóa H2 + CO2  CH4 + 2H2O HCOOH  CH4 + CO2 + H2O CH3COOH  CH4 + CO2 CH3OH  CH4 + CO2 + H2O (CH3)3N + H2O  CH4 + CO2 + NH3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình phân hủy yếm khí + Ngun liệu: nhiều phân hữu phân hủy sinh học tốt, phải tách chất phân huỷ sinh học + Kích thước nhỏ  mặt tiếp xúc lớn phân hủy nhanh + Nước yếu tố quan trọng q trình phân huỷ yếm khí - Lỗng: -8% pha rắn lại nước - Đặc chiếm từ 20 -30% pha rắn phần cón lại nước + Vi sinh vật tham gia vào trình: Tất yếu tố ảnh hưởng đến phát triển VSV giống q trình hiếu khí Tỷ lệ C:N=30:1 (với tỷ lệ thích hợp cho trình phân hủy vi sinh vật yếm khí) khí biogas nước bùn nhiệt độ 500C khí chiếm 50% CH4 Ưu nhược điểm pp vi sinh: Ưu điểm:  Tiết kiệm chi phí xử lí rác thải, đem lại hiệu kinh tế cao Khắc phục tình trạng nhiễm khơng khí nước rác thải để lại, tạo nguồn lượng, xử lí tồn đọng bãi rác  Giảm diện tích đất chơn lấp chất thải, tăng khả chống ô nhiễm môi trường  Sử dụng lại 50% chất hữu có thành phần chất thải để chế biễn làm phân bón  Phân loại loại rác thải tái sử dụng phục vụ cho công nghiệp  Vận hành đơn giản Nhược điểm:  Mức độ tự động hóa công nghệ chưa cao  Việc phân loại phải thực thủ công nên ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân  Chất lượng sản phẩm chưa cao, không đồng  Vẫn chưa phổ biến rộng rãi, tập trung tái chế rác hữu Công nghệ xử lý chất thải rắn phương pháp yếm khí tùy nghi A.B.T (Anoxy Bio Technology): Các giai đoạn trình xử lý rác thải theo Công nghệ A.B.T: Giai đoạn xử lý sơ bộ: Rác thải thu gom đưa sân thao tác Xé túi nilong đựng rác để rác thoát ngồi Nhặt loại riêng rác có kích thước lớn; Phun, rải, trộn rác với chế phẩm sinh học P.MET phụ gia trước đưa vào hầm ủ Giai đoạn ủ: Rác sau trộn chế phẩm sinh học P.MET phụ gia, đưa chuyển vào hầm ủ theo lớp dày 20cm; Mỗi lớp rác 20cm phun P.MET rải phụ gia bột, làm lớp rác đầy hầm ủ Miệng hầm ủ phủ kín vải bạt không suốt; Thời gian ủ rác (28-30) ngày Trong trình ủ rác, thực phun P.MET để bổ sung vi sinh độ ẩm giúp cho vi sinh vật phân hủy chất hữu nhanh Giai đoạn sàng phân loại: Rác sau ủ (28 -30) ngày đưa lên sàng phân loại thu mùn thô Nghiền mùn thô tiến hành tách mùn hữu cơ, cát đất, đá,…bằng khí tuyển Mùn tinh thu nguyên liệu để sản xuất phân bón sản phẩm khác; Các thành phần phi hữu đem tái chế chôn lấp (tùy theo khối lượng điều kiện kinh tế) Sơ đồ công nghệ : Ưu điểm: + Tái chế chất không phân hủy thành vật liệu tái sử dụng + Không tốn đất chôn lấp chất thải rắn + Khơng có nước rỉ rác khí độc hại, khí dễ gây cháy nổ sinh q trình phân hủy hữu khơng gây ô nhiễm môi trường + Không phân loại ban đầu, khơng làm ảnh hưởng đến cơng nhân lao động trực tiếp + Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thấp + Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thường xuyên không cao Nhược điểm: Chỉ tập trung khu dân cư đông đúc, khu công nghiệp… Phạm vi áp dụng: Có thể áp dụng cho nhiều quy mơ cơng suất khác nhau, áp dụng khu vực nông thôn, thành thị Khu xử lý xây dựng khơng q xa thị khơng có nước rỉ rác khí độc hại thải  ... trình phân hủy yếm khí + Ngun liệu: nhiều phân hữu phân hủy sinh học tốt, phải tách chất phân huỷ sinh học + Kích thước nhỏ  mặt tiếp xúc lớn phân hủy nhanh + Nước yếu tố quan trọng trình phân. .. thứ cấp Khí sinh học khí tao q trình phân huỷ chất hữu điều yếm khí, sử dụng methan khí đốt CaHbNcOd + mH2O  nCwHxOyNz + sCO2 + mCH4 + (d-nz)NH3 + Q + bùn + TB Cơ chế trình phân hủy yếm khí: lipid... tương ứng phân tươi nạp vào, lên men kỵ khí diễn nhanh chóng, “túi khí tạo thành, phao, làm cho nguyên liệu nhẹ lên, thành váng lớp + Giai đọan 2: (Giai đoạn Axit hóa) giai đoạn lên men, hay