Methane Axetat, H2, CO
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phân hủy kỵ khí sinh methane
Phân hủy kỵ khí thực tế được đặt dưới sự kiểm soát chặt chẽ của các điều kiện mơi trường do q trình này địi hỏi có sự phối hợp nhịp nhàng giữa các nhóm vi sinh vật, đặc biệt là VSVSMT vì chúng rất nhạy cảm với những yếu tố môi trường (Speece et al., 1983; Lettinga, 1995; Bitton, 1999).
1.4.2.1. Cân bằng dinh dưỡng
Để q trình xử lý sinh học có thể thành cơng, chất dinh dưỡng thiết yếu cho vi sinh vật cần phải được cung cấp đầy đủ và 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 N, S, P, Fe, Co, Ni, Mo, Se, riboflavin, vitamin B12.
Nitơ (N) là nguồn dinh dưỡng được tiêu thụ với lượng lớn cho sự sinh
trưởng của vi sinh vật. Trong điều kiện kỵ khí, NH3 và nitơ hữu cơ là nguồn nitơ chính dành cho vi sinh vật sinh trưởng. Trong bể biogas, tỷ lệ cacbon/nitơ phải đạt 130:5 đối với các nguồn thải giàu hydrat cacbon (Lettinga et al., 1997).
Phospho (P) được vi sinh vật tiêu thụ trong hệ xử lý kỵ khí được xác
định vào khoảng 1/5 đến 1/7 so với 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 (S) cần thiết cho việc tổng hợp protein trong tế bào. Trong môi
sinh vật sinh trưởng. Tuy nhiên H2S có tác động ức chế đối với nhiều nhóm vi sinh vật, bao gồm cả VSVSMT (ở nồng độ 200 ppm), do vậy sự có mặt của hợp chất này trong bể biogas phải được kiểm soát ở mức thấp (Bitton, 1999).
1.4.2.2. Các yếu tố lý hóa và sinh học
Nhiệt độ: Trong các hệ xử lý kỵ khí, q trình sinh methane được thực hiện ở nhiệt độ ấm (25 ÷ 40C, tối ưu ở 35C) hay nhiệt độ cao (50 ÷ 65C, tối ưu ở 55C), tùy thuộc vào loại cơng nghệ áp dụng. Do có tốc độ sinh trưởng chậm, VSVSMT rất nhạy cảm với những thay đổi nhỏ về nhiệt độ trong môi trường (Marta-Alvarez et al., 2000).
Thời gian lưu: Phụ thuộc vào đặc điểm của nguồn chất thải và điều kiện môi trường, thời gian lưu cần được kéo dài ở mức độ thích hợp, thường trong khoảng 10 ÷ 60 ngày (Polprasert, 1989). Thời gian lưu có thể được rút ngắn tùy thuộc vào các điều kiện hỗ trợ cơng 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 thải đầu vào (Sterritt và Lester, 1988).
Độ pH: Điều kiện tối ưu cho bể biogas là pH 7,0 ÷ 7,2, q trình bị dừng khi pH ở mức gần 6,0. Các vi khuẩn sinh axit tạo axit hữu cơ 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), NaOH, NaHCO3, Na2CO3 (Bitton, 1999).
Thành phần hóa học của nguồn thải: Nguồn nguyên liệu thải cần được cân bằng về dinh dưỡng (C, N, P, S...) để có thể duy trì được hệ xử lý kỵ khí ở mức hiệu suất cao. Theo một số nghiên cứu, tỷ lệ C/N cho sinh
khí tối ưu là 25 ÷ 30:1 (Polprasert, 1989). Các nguyên tố vi lượng như Fe, Co, Mo và Ni cũng có vai trị rất quan trọng vì có mặt ở trung tâm phản ứng của nhiều enzyme (Speece et al., 1983).
Cạnh tranh giữa VSVSMT và vi khuẩn khử sulfate: do có cùng phổ cơ chất để sinh trưởng với VSVSMT nên vi khuẩn khử sulfate có thể cạnh tranh đáng kể với VSVSMT khi trong nguồn thải có mặt sulfate ở nồng độ cao (tỷ lệ COD/SO4 <2) (Choi và Rim, 1991). Do vậy việc điều chỉnh thành phần phản ứng trong giới hạn này là một trong các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của vi khuẩn khử sulfate đến phản ứng sinh methane.
Độ mặn: Độ mặn có ảnh hưởng lớn tới q trình phân hủy trong hệ xử lý kỵ khí. Trong các mơi trường nước lợ và nước mặn quá trình phân hủy kỵ khí thường khơng hiệu quả hoặc có tốc độ chậm. Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy VSVSMT có mặt với số lượng đáng kể trong mơi trường có ảnh hưởng nước biển (rừng ngập mặn, đáy biển), do vậy việc đưa những lồi 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).
Các yếu tố ức chế khác: oxy hòa tan; NH3 (nồng độ > 3000 mg/L); các hợp chất hydrocacbon chứa halogen (như chloroform); các hợp chất thơm (như benzene, toluene, phenol, pentachlorophenol); formaldehyde (nồng độ 100 mg/L); axit béo bay hơi (như butyric, propionic); kim loại nặng (mức độc hại đối với VSVSMT theo thứ tự Ni > Cu > Cd > Cr > Pb); một số chất độc (cyanide, sulfide, tannin); sản phẩm trao đổi chất (như H2 hay axit béo bay hơi) (Bitton, 1999).
1.5. NGHIÊN CỨU VỀ VSVSMT VÀ CÔNG NGHỆ PHÂN HỦY KỴ KHÍ TẠO BIOGAS Ở VIỆT NAM