VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC, TÍNH MỚI VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
2.2.2. Quá trình phân hủy sinh học TPHC trong ựiều kiện hiếu khắ
Quá trình phân hủy sinh học hiếu khắ và ổn ựịnh các TPHC nhờ hoạt ựộng của VSV hiếu khắ. Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học này bao gồm CO2, nước, NO3-, SO42-, nhiệt. Quá trình phân hủy này có thể ựược mô tả bằng phương trình tổng quát như sau:
Trong phương trình trên, tế bào VSV mới sinh ra trở thành một phần sinh khối hoạt tắnh sẽ biến ựổi các chất hữu cơ, sau ựó bị chết và trở thành một phần của phân ủ. đối với quá trình phân hủy sinh học các TPHC trong CTRSH, sản phẩm hình thành là chất mùn ổn ựịnh (phân compost). Các mục tiêu chắnh của ủ phân rác hiếu khắ là:
- Chuyển hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học thành các vật liệu bền vững sinh học ựồng thời giảm thể tắch ban ựầu của rác thải;
Proteins Amino acids Lipids Carbonhydrate Cellulose Lignin + CO2 + H2O + NO3- + SO42-+Q + O2 + Chất dinh dưỡng + VSV Phân ủ + Tế bào VSV mới
+ Tế bào VSV chết
(2-6)
- Tiêu diệt các mầm bệnh, trứng côn trùng gây bệnh và những sinh vật không mong muốn khác trong rác thải;
- Giữ lại hàm lượng các chất dinh dưỡng cao nhất;
- Tạo ra sản phẩm phân bón có thể sử dụng ựể trợ giúp cây phát triển và cải tạo ựất ựó là phân compost.
Thông thường các tắnh chất hóa học và lý học của phân compost phụ thuộc nhiều vào tắnh chất của chất thải ban ựầu, ựiều kiện môi trường và quy mô sản xuất. Một vài tắnh chất ựặc trưng của phân compost:
- Màu nâu ựến nâu ựen;
- Tỷ số cacbon/nitơ (C/N) thấp;
- Khả năng hấp thụ nước và trao ựổi ion cao;
- Tắnh chất thay ựổi liên tục do hoạt ựộng của các vi sinh vật.
Khi bón phân compost vào ựất nó có tác dụng cải tạo ựất, tăng khả năng giữ nước của ựất.
Quá trình phân hủy TPHC diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai ựoạn và tạo ra nhiều sản phẩm trung gian. Chẳng hạn như:
- Quá trình phân hủy protein:
Protein → peptides → amino acid → hợp chất ammonium → nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3 và các sản phẩm trung gian.
- đối với carbonhydrat, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrat → ựường ựơn → acid hữu cơ → CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn.
Các VSV trãi qua các giai ựoạn thắch nghi với môi trường rồi phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ ựơn giản và tạo nên năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng.
Quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong ựiều kiện hiếu khắ (do VSV hoại sinh hiếu khắ Ờ cần oxy), sản phẩm cuối cùng: CO2, H2O và năng lượng, cũng gồm 3 giai ựoạn:
1. Oxy hóa các chất hữu cơ (Hydratcacbon):
2. Tổng hợp xây dựng tế bào:
CxHyOz → Tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 + H 3. Tự oxy hóa chất liệu tế bào:
C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + H
Trong ựó H là năng lượng sinh ra hoặc hấp thu vào.
Ngoài ra còn xảy ra quá trình nitrat hóa, ammonia bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3-):
NH4+ + 3/2O2 → NO2- + 2H+ + H2O NO2- + 1/2O2 → NO3-
Kết hợp 2 phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O
Mặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng ựược tổng hợp với phản ứng ựặc trưng cho quá trình tổng hợp:
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O → C5H7NO2 + 5O2
Quá trình nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- → 21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+
Như vậy, trong quá trình phân hủy hiếu khắ, khác với quá trình kỵ khắ là ở chỗ các chất hữu cơ (NH4) chuyển hoá thành NO3.