CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Điều kiện mơi trường ảnh hưởng đến quá trìn hủ phân compost
1.4.2. Các phản ứng hĩa sinh diễn ra trong quá trình phân hủy hữu cơ
Quá trình phân hủy bùn hữu cơ diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản phẩm trung gian.
Ví dụ:
Q trình phân hủy protein
Protein peptides amino acids Đối với carbohydrate, quá trình phân hủy:
Carbohydrate đường đơn acid hữu cơ
Những chuyển hĩa sinh hĩa diễn ra trong q trình ủ hiếu khí rất phức tạp. Căn cứ vào sự biến thiên nhiệt độ cĩ thể chia q trình ủ hiếu khí thành các pha sau:
Pha thích nghi: 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. hợp chất ammonium nguyên sinh chất của vi khuẩn và nitơ hoặc NH3 CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Pha ưa nhiệt: 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.
Đồ thị 1.1: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ hiếu khí [8]
Phản ứng hĩa sinh xảy ra trong ủ hiếu khí và phân hủy kỵ khí được đặc trưng bởi hai phương trình:
(C,O,H,N,S) + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng (C,O,H,N,S) + VSV kỵ khí CO2 + H2S +NH3 +CH4 + sản phẩm khác + năng lượng
Pha trưởng thành là giai đoạn giảm nhiệt độ bằng với nhiệt độ mơi trường. Trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trình chuyển hĩa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khống (Fe, Ca, N…) và cuối cùng thành mùn. Ngồi ra cịn xảy ra các phản ứng nitrate hĩa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxy hĩa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3-) [8]:
NH4+ + 3/2 O2 NO2- + 2H+ + H2O (1.1) NO2- + 1/2 O2 NO3- (1.2) Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrate hĩa diễn ra như sau:
NH4+ + O2 NO3- + 2H+ + H2O (1.3) Mặt khác, trong mơ tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng :
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O C5H7NO2 + 5O2 (1.4) Phương trình phản ứng nitrate hĩa tổng cộng:
22 NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- 21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+ (1.5)
Học viên cao học: Nguyễn Mai Trung
Q trình phân hủy hiếu khí bùn hữu cơ bao gồm ba 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 một vài ngày đến một vài tháng + Giai đoạn làm mát và ổn định: kéo dài vài tháng
Trong q trình phân hủy hiếu khí, ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau thì 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 những hợp chất cĩ cấu trúc phân tử đơn giản. Nhiệt độ trong quá trình này sẽ tăng nhanh chĩng do nhiệt mà các vi sinh vật tạo ra. Khi nhiệt độ gia tăng >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 ≥ 55oC, 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 tiêu diệt và nhiệt độ này cũng giới hạn trên của quá trình phân hủy hiếu khí [8].
Trong giai đoạn hiếu khí, nhiệt độ cao làm tăng quá trình phân hủy protein, chất béo và các carbohydrate phức hợp như cellulose và hemicellulose. Sau giai đoạn này, nhiệt độ của quá trình ủ sẽ giảm từ từ và các vi sinh chịu nhiệt trung bình lại chiếm ưu thế trong giai đoạn cuối.