Xử lý phân yếm khí (hệ thống biogas)

- Chất thải lỏng: nước tiểu, nước tắm cho gia súc, nước rửa chuồng, nước thải từ các lò mổ…

b. Xử lý phân yếm khí (hệ thống biogas)

*Khái niệm:Quá trình lên men các hợp chất hữu cơ và vô cơ phân tử trong chất thải rắn và lỏng nhờ VSV trong điều kiện không có oxy để tạo thành các chất khí CH4, NH3, H2S, CO2và các sản phẩm trung gian như axit hữu cơ, các phân tử có mùi như indol, scatol. Các C mạch dài, không phân hủy được trong đường tiêu hóa động vật như lignin, pectin, hemicellulose sẽ bị phân hủy bởi VSV yếm khí trong quá trình ủ.

* Nguyên lý hoạt động của hệ thống biogas:

Chuẩn bị nguyên liệu cho hệ thống biogas: phân gia của vật nuôi, xác động vật chết hoặc các chất thải rắn khác. Phân cần được làm lỏng, các chất thải rắn có kích thước lớn cần được băm/thái.. nhỏ

Sự phân hủy chất thải rắn trong điều kiện yếm khí diễn ra qua 4 giai đoạn với sự tham gia của nhiều chủng loại VSV:

- Giai đoạn 1 (giai đoạn thủy phân-hydrolysis): VSV trong bể biogas lên men phân hủy các hợp chất C, N phức tạp thành các hợp chất hữu cơ đơn giản (đường, axit amin, axit béo..) và các khí CO2, H2.

- Giai đoạn 2 (giai đoạn sinh axit- Acidification): VSV sinh axit sẽ chuyển hóa axit amin, axit béo được hình thành ở giai đoạn 1 thành các axit hữu béo bay hơi mạch ngắn (axit axetic, axit propionic, axit butyric, axit formic, axit lactic) + rượu và một số khí như H2, NH3…. Giai đoạn này do hình thành một hàm lượng axit lớn nên pH môi trường giảm.

- Giai đoạn 3 (Axeton hóa): Các axit béo bay hơi sẽ được các vi khuẩn axeton hóa chuyển hóa thành axit axetic và H2

-Giai đoạn 4 (Methan hóa -hình thành khí methan): VK methane hóa chuyển hóa H và axit axetic thành khí methan và CO2. Phương trình tổng quát: + CO2+4 H2CH4+ H2O

+ Khử cacboxyl của axit axetic: CH3COOH → CH4+ CO2

Tóm tắt các giai đoạn của quá trình lên men yếm khí

* Các vi sinh vật tham gia quá trình lên men yếm khí

- Nhóm VSV tham gia quá trình thủy phân các hợp chất hữu cơ có trong phân:

+ Phân giải protein:Bacteroides, Butyrivibrio, Clostridium, Fusobacterium, Selenomonas, Streptococcus

+ Phân giải lipid:Clostridia, cácmicrococci

+ Các axit amin tạo thành được chuyển hóa thành axit béo: acetate, propionate, butyrate và thành NH3nhờ các vi khuẩn:

Clostridium, Peptococcus, Selenomonas, campylobacter, Bacteroides.

- Nhóm vi khuẩn axeton hóa: Syntrophobacter wolinii, Sytrophomonos wolfei, Clostridium formicoaceticum

- Nhóm vi khuẩn sinh methane: trực khuẩn (methanobacterium, methanobacillus, Methanosaeta); cầu khuẩn (methanococcus, methanosarcina)yếm khí bắt buộc

*Các loại hầm biogas:

- Hầm biogas nắp cố định: bộ phận chứa khí và bể phân hủy được gắn với nhau thành một bể kín.

- Biogas dạng túi: Bể phân hủy là một túi bằng chất dẻo hoặc cao su. Phần dưới là bể phân hủy,còn phần trên là nơi chứa khí. Hầm biogas phủ bạt HDPE (High Density Polyethinel): Có dung tích lớn tùy ý, có thể lên tới hàng nghìn m3. Chính vì vậy có thể áp dụng được cho các trang trại chăn nuôi lớn; Giá thành rẻ tính cho một đơn vị dung tích. Tuy nhiên, loại này tốn diện tích mặt bằng, dễ chịu tác động bởi nhiệt độ, kém bền so với hầm xây gạch, ximang; dễ thủng

Hầm xây nắp cố định Hầm xây nắp trôi nổi

Hầm dạng túi

*Hạn chế:

+ Chi phí đầu tư xây dựng cao; đòi hỏi kỹ thuật nghiêm ngặt để tránh rò rỉ khí

+ Lượng chất thải phải đủ để hệ thống vận hành tốt. Trong thực tế sản xuất không phải lúc nào cũng ổ định mà phụ thuộc vào qui mô chăn nuôi

+ Tốn chi phí chuyển từ động cơ điện/diesel sang động cơ hoạt động bằng khí methane

+ Vấn đề xử lý nước thải sau biogas

5.2.3. Phương pháp xử lý chất thải lỏnga. Xử lý hiếu khí a. Xử lý hiếu khí

*Nguyên lý:Là phương pháp xử lý nước thải nhờ quá trình oxy hóa khử của VSV hiếu khí để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước thải thành sản phẩm cuối cùng là CO2, H20 và một lượng khá lớn bùn hoạt tính. Ngòai ra còn có một lượng nhỏ NH3và H2S được hình thành do quá trình phân hủy các axit amin chứa lưu huỳnh hay axit amin có cấu trúc mạch vòng. Trong các hệ thống xử lý hiếu khí, oxy có thể được cung cấp bằng phương pháp sục khí

*Các phương pháp xử lý

- Xử lý nhân tạo: Bể lên men hiếu khí (Aerotank); Lọc sinh học hiếu khí (biofilter); Đĩa quay sinh học RBC (rotating biological contactor) - Xử lý tự nhiên: cánh đồng tưới; hồ sinh học hay dùng thực vật các vùng đất ngập nước…

Bể lên men hiếu khí (Aerotank): Chất thải lỏng sau khi để lắng có chứa các chất hữu cơ hòa tàn và các chất lơ lửngđi vào Aerotank: các vk lên men hiếu khí bám vào các bông cặn lơ lửng trong nước, phát triển thành sinh khối bùn hoạt tính: cặn bông màu nâu sẫm có hoạt tính phân giải các chất hữu cơlàm trong nước

Ưu điểm: tiết kiệm diện tích, hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí đầu tư lớn

Lọc sinh học hiếu khí: (màng vsv)

Một số vsv có khả năng bám dính trên bề mặt giá thể do sinh các polyme sinh học như chất keo nhầy, bám dính trên giá thể tạo thành lớp màngLớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ/cặn lơ lửng, trứng giun sán… trong nước thải chăn nuôi