I. THÔNG TIN CHUNG VÊ ĐÊ TÀ
c- Các yếu tố ảnh hưởng sinh trưởng của vi sinhvật trong bể biogas
Phân hủy kỵ khí thực tế được đặt dưới kiểm soát chặt chẽ của các điều kiện môi trưòng do quá trình này đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa các nhóm vi sinh vật, đặc biệt là methanogen
vì chúng rất nhạy cảm (Speece et al., 1983).
Căn bằng dinh dưỡng
Để quá trình xử lý sinh học có thể thành công, chất dinh dưỡng vô cơ thiết yếu cho vi sinh vật cần phải được cung cấp đầy đủ và cần phải được cân bằng để đạt tỷ lệ tối ưu. Các chất thiết yếu cho hoạt động của vi sinh vật (theo mức độ giảm dần về tầm quan trọng) gồm nitơ, sulfur, phosphor, sắt, cobalt, nikel, molipden, selen, riboflavin, vitamin B12.
• N itơ là nguồn dinh dưỡng được tiêu thụ với lượng lớn cho sự phát triển cùa vi sinh vật.
Trong điều kiện kỵ khí, ammonia và nitơ hữu cơ là nguồn nitơ chính dành cho vi sinh vật phát triển. Trong bể biogas, tỷ lệ nitơ/carbon phải đạt 130:5 đối với các nguồn thải giàu
hydrat carbon và 330:5 đối với các nguồn thải giàu lipid và protein (Lettinga et a l , 1997).
• Lượng p h o sp h o r được vi sinh vật tiêu thụ trong hệ xử lý kỵ khí được xác định vào
khoảng 1/5 đến 1/7 nhu cầu về nitơ. Phần lớn vi sinh vật đều có khả năng sử dụng phospho vô cơ, hấp thụ vào các tế bào đang sinh trưởng nhờ enzyme phosphatase
(Amania et al., 2010).
• Sulfur cần thiết cho việc tổng hợp protein trong tế bào và trong môi trường kỵ khí, sulfide
(H2S) và cystein là nguồn sulfur chủ yếu cho vi sinh vật phát triển. Tuy nhiên H2S có tác
động ức chế đối với nhiều nhóm vi sinh vật, bao gồm cả methanogen (ở nồng độ > 200
ppm), do vậy sự có mặt cùa hợp chât này trong bể biogas phải được kiêm soát ở mức thấp (Bitton, 1999).
C á c y ế u t ố lý h ó a v à s in h h ọ c
• N h iệt độ: Trong các hệ xử lý kỵ khí, quá trinh sinh methane được thực hiện ờ nhiệt độ ấm (25 - 4 0 ° c , tối ưu ở 35°C) hay nhiệt độ cao (50 - 6 5 ° c , tối ưu ở 55°C), tùy thuộc vào loại công nghệ áp dụng. Do có tốc độ sinh trường chậm, methanogen rất nhạy cảm với những
thay đổi nhỏ về nhiệt độ trong môi trường (Marta-Alvarez et a i, 2000).
• T h òi gian lưu: Phụ thuộc vào đặc điểm cùa nguồn thải và điều kiện môi trường, thời gian
lưu cần được kéo dài ở mức độ thích hợp, thường trong khoảng 1 0 - 6 0 ngày (Polprasert, 1989). Thời gian lưu có thể được rút ngắn tùy thuộc vào các điều kiện hỗ trợ công nghệ, ví dụ như xử lý sơ bộ nguồn thải ban đầu hay bổ sung nguồn vi sinh vật đã được thích nghi với nguồn thài đầu vào (Sterritt, Lester, 1988).
• Đ ộ pH: Điều kiện tối ưu cho bể biogas là pH = 7,0 - 7,2, quá trình bị dừng khi pH ở mức gần 6,0. Các vi khuẩn sinh acid tạo acid hữu cơ và là nguyên nhân làm giảm độ pH trong hệ xử lý. Trong trường hợp pH của hệ xử lý giảm xuống dưới mức cho phép cần có biện pháp hỗ trợ để pH có thể phục hồi bằng cách bổ sung một số hóa chất có tính kiềm cao
như thạch cao (lime), ammonium khan, NaOH, N a H C 0 3, N a2C03 (Bitton, 1999).
• T h à n h p h ần hóa học của nguồn th ải: Nguồn nguyên liệu thải cần đưực cân bằng về
dinh dưỡng (carbon, nitơ, phospho, lưu huỳnh...) để có thể duy trì được hệ xử lý kỵ khí ở mức hiệu suất cao. Theo một số nghiên cứu, tỳ lệ C/N cho sinh khí tối ưu là 25 - 30:1 (Polprasert, 1989). Các nguyên tố vi lượng như sắt, cobalt, molypden và nickel cũng có
vai trò rất quan trọng (Speece et al., 1983).
• C ạn h tra n h giữa m ethanogen và vi kh uẩn k hử sulfate (SRB): do có cùng phổ cơ chất
để sinh trưởng với methanogen nên SRB có thể cạnh tranh đáng kể với methanogen khi
trong nguồn thải có mặt sulfate ở nồng độ cao (tỳ lệ COD/SƠ4 <2) (Choi, Rim, 1991).
• Đ ộ mặn: Đ ộ mặn có ảnh hường lớn tới quá trình phân hủy trong hệ xử lý kỵ khí. Trong các môi trường nước lợ và nước mặn quá trinh phân hủy kỵ khí do vậy mà thường không
hiệu quả hoặc tốc độ chậm (Marta-Alvarez et a i , 2000). Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho
thấy methanogen có mặt với số lượng đáng kể trong môi trường có ảnh hưởng nước biển (rừng ngập mặn, đáy biển), do vậy việc đưa những loài đã thích nghi với nước mặn này
vào bể biogas sẽ có tác dụng tích cực tới tốc độ phân hủy (Marta-Alvarez et al., 2000).
• C ác yếu tố ức chế khác: oxy hòa tan, ammonia (nồng độ > 3000 mg/L), các hợp chất
hydrocarbon chứa halogen (như chloroform), các hợp chất thơm (như benzene, toluene, phenol, pentachlorophenol), formaldehyde (nồng độ > 100 mg/L), acid béo bay hơi
(volatile fatty acid, như butyric, propionic), kim loại nặng (mức độc hại đoi với methanogen theo thứ tự Ni > Cu > Cd > Cr > Pb), một số chất độc lchác như cyanide,
sulfide, tannin và ức chế ngược do sản phẩm trao đổi chất (như H2 hay acid béo bay hơi)
(Bitton, 1999).