Quá trình phân hủy CTR diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản phẩm trung gian. Ví dụ, quá trình phân hủy protein: protein peptides amino axits hợp chất ammonium nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3. Đối với carbonhydrat, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrat đường đơn axit hữu cơ CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn.
Những phản ứng chuyển hĩa sinh hĩa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết. Một cách tổng quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt độ cĩ thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau:
- Pha thích nghi: là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với mơi trường mới.
- Pha tăng trưởng: đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học. - Pha ưa nhiệt: là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hố sinh xảy ra trong ủ hiếu khí và phân hủy kị khí được đặc trưng bởi 2 phương trình:
COHNS + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng COHNS + VSV kỵ khí CO2 + H2S + NH3 + CH4 +sản phẩm khác + năng lượng
- Pha trưởng thành: là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ mơi trường. Trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo
VSV, dinh dưỡng, ẩm, khơng khí
Chất hữu cơ khơng đạt yêu cầu Rác hữu cơ
CTR
Loại rác
Phân hữu cơ Phân hủy hiếu khí
(ủ thành phân) Sàng phân loại
Tái chế, chơn lấp Phân
mùn (quá trình chuyển hố các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khống (sắt, canxi, nitơ…) và cuối cùng thành mùn. Ngồi ra cịn xảy ra các phản ứng nitrat hố, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxi hố sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3-):
NH4+ + 3/2 O2 NO2- + 2H+ + H2O NO2- + ½ O2 NO3-
Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hĩa diễn ra như sau: NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O
Mặt khác, trong mơ tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng cho quá trình tổng hợp:
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O C5H7NO2 + 5O2
Phương trình phản ứng nitrat hố tổng cộng xảy ra như sau:
22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- 21 NO3- + C5H7NO2 + 20 H2O + 42H+
Hình 7.8 : Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ hiếu khí
Tĩm lại, quá trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm 3 giai đoạn chính sau: • Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài trong một vài ngày.
• Giai đoạn nhiệt độ cao: cĩ thể kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng.
• Giai đoạn làm mát và ổn định: kéo dài vài tháng.
Trong quá trình phân hủy hiếu khí, ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau các lồi vi sinh vật ưu thế cũng khác nhau. Quá trình phân hủy ban đầu do các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình chiếm ưu thế, chúng sẽ phân hủy nhanh chĩng các hợp chất dễ
phân hủy sinh học. Nhiệt độ trong quá trình này sẽ gia tăng nhanh chĩng do nhiệt mà các vi sinh vật tạo ra. Khi nhiệt độ gia tăng trên 40oC, các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình sẽ bị thay thế bởi các vi sinh vật hiếu nhiệt. Khi nhiệt độ gia tăng đến 55oC và trên nữa, các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt. Khi nhiệt độ gia tăng đến 65oC sẽ cĩ rất nhiều lồi vi sinh vật bị chết và nhiệt độ này cũng là giới hạn trên của quá trình phân hủy hiếu khí.
Riêng trong giai đoạn hiếu nhiệt, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủy protein, chất béo và các hydrocarbon phức hợp như xenlulo và hemixenlulo . Sau giai đoạn này, nhiệt độ của quá trình ủ sẽ giảm từ từ và các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế trong giai đoạn cuối.