sinh hoạt
Phân hủy kỵ khí xảy ra tự nhiên ở bất cứ nơi nào cĩ hàm lượng cao các chất hữu cơ ẩm được tích tụ trong trường hợp thiếu oxy hịa tan. Các vi khuẩn kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ tạo ra CO2 và CH4. Quá trình này được thực hiện bởi sự phối hợp chuyển hĩa của một vài nhĩm vi khuẩn kỵ khí. Khí CH4 cĩ thể thu gom và sử dụng như một nguồn nguyên liệu (biogas). Chất rắn ổn định cịn lại chiếm 40-60% khối lượng nguyên liệu ban đầu, cĩ thể sử dụng làm phân bĩn. Quá trình phân hủy kỵ khí rác thải sinh hoạt bao gồm 3 giai đoạn chính như sau: Thủy phân - Acid hĩa - Sinh methane.
Quá trình phân hủy rác thải bằng cơng nghệ kỵ khí cĩ thể xảy ra ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau và sản lượng khí biogas sinh ra cũng khác nhau.
• Điều kiện nhiệt độ thường (Mesophilic): 20 - 40oC.
• Điều kiện hiếu nhiệt (Thermophilic): > 45oC.
Giai đoạn thủy phân
Giai đoạn đầu của quá trình hủy kỵ khí là quá trình thủy phân: Các vi khuẩn lên mem chuyển hĩa các hợp chất hữu cơ mạch dài và phức tạp như cellulose thành các phân tử mạch ngắn nhưđường, amino acid và acid béo bay hơi. Các hợp chất phức tạp sẽ thủy phân thành các monomer, cellulose chuyển hĩa thành đường hoặc rượu, protein chuyển hĩa thành peptides hoặc amino acid bởi các enzyme thủy phân (lipases, proteases, cellulases,…). Quá trình thủy phân sẽ phân hủy phần lớn các hợp chất hữu cơ thải bỏ. Bên cạnh đĩ, việc sử dụng hĩa chất cho quá trình thủy phân sẽ làm thời gian phân hủy rác xảy ra nhanh hơn và sản lượng methane đạt được cũng cao hơn (RISE - AT, 1998). Các phản ứng của giai đoạn thủy phân:
Lipids → Acid béo bay hơi
Polysaccharieds → Monosacchrides Protein → Amino acids
Nucleic acids → Purines & pyrimidines
Giai đoạn acid hĩa
Giai đoạn acid hĩa được thực hiện bởi các loại vi khuẩn thuộc nhĩm tạo acid. Các vi khuẩn sẽ chuyển hĩa các sản phẩm của giai đoạn thủy phân thành các acid
hữu cơ, carbon dioxide và hydrogen. Các acid hữu cơ bao gồm acid Acetic (CH3COOH), acid propionic (CH3CH2COOH), acid butyric (CH3CH2CH2COOH) và ethanol (C2H5OH). Các vi khuẩn tham gia vào quá trình acid hĩa là:
syntrophobacter wolinii, clostridium spp, peptococcus anerobus, lactobacillus và actinomyces (www.biogasworks.com-microbes in AD). Các phản ứng như sau:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
Giai đoạn sinh methane
Cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí rác thải sinh hoạt là giai đoạn sinh methane. Giai đoạn sinh methane cĩ sự tham gia của các vi khuẩn sinh methane như
methanosaeta, methanosarcina, methanobacterium, methanobrevibacter, methanococcus, methanothrix, methanobacillus. Các phản ứng của quá trình sinh methane được mơ tả như sau:
CH3COOH → CH4 + CO2
2C2H5OH + CO2 → CH4 + 2CH3COOH CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O