PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY CHẤT THẢI LÊN MEN KỴ KHÍ
I.

Giới thiệu:

K/N: Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ và
vô cơ phân tử trong điều kiện không có oxy phân tử bởi các vi sinh vật kị khí.
Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình trong tự nhiên:
1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo.
2. Lên men các amino acid và đường.
3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols).
4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic).
5. Hình thành khí methane từ acid acetic.
6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.
Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình
phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
- Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra,
các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa
thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid
béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích
thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
- Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan
thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol,
CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH
giảm xuống 4.0.
- Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai
đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
- Methane hóa (methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ
kỵ khí. Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane,
CO2 và sinh khối mới. Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa,
COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane.

Sơ

đồ

quá trình

vi

sinh hóa

lên

men

metan,

như

sau:

Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn
giản
như
sau:

b- Quá trình các phản ứng vi sinh hóa xảy ra trong quá trình sản xuất
Biogas (CH4) có thể được chia/ phân làm 4 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: (Giai đoạn thủy phân) Phân mới nạp vào BSK, bắt đầu quá trình

lên men vi sinh. Dưới tác dụng của các loại men khác nhau do nhiều loại vi sinh
vật tiết ra (vi khẩn Closdium, bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh
bào tử, staphy loccus), các chất hữu cơ phức tạp như hydratcacbon, protein, lipit
dễ dàng bị phân hủy thành các chất hữu có đơn giản, dễ bay hơi như etanol, các
axit béo như axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic.... và các khí
CO2,
H2
và
NH3.
Quá trình này tương ứng khi phân tươi mới nạp vào, sự lên men kỵ khí được
diễn ra nhanh chóng, các “túi khí” được tạo thành, như là chiếc phao, làm cho
nguyên liệu nhẹ và nổi lên, thành váng ở lớp trên.
+ Giai đọan 2: (Giai đoạn Axit hóa) là giai đoạn lên men, hay giai đoạn đầu của


quá trình bán phân hủy, nhờ các vi khuẩn Acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng
hợp axetat), chuyển hóa các hydrater carbon và các sản phẩm của giai đoạn 1
như Albumozpepit, Glyxerin và các axit béo thành các axit có phân tử lượng
thấp hơn, như C2H5COOH, C3H7COOH2, CH3COOH, một ít khí hydro và khí
CO2,...
Quá trình này sản sinh các sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối như
H2S, indol, scatol...., pH của môi trường dịch phân hủy ở dưới 5.
+ Giai đoạn 3: (Giai đoạn Axetat hóa) Các vi khuẩn tạo Metan chưa thể sử dụng
được các sản phẩm của các giai đoạn trước (1 và 2) để tạo thành Metan, nên
phải phân giải tiếp tục để tạo thành các phân tử đơn giản nhỏ hơn nữa (trừ axit
acetic), nhờ các vi khuẩn Axetat hóa. Sản phẩm của quá trình phân giải này
gồm
axit
acetic,
H2,

CO2.
CH3CH2OH (ethanol) + H2O → CH3COO- + H+ + 2H2
CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O → CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2
CH3(CH2)2COO- (butyric) +H2O → 2CH3COO- + H+ + 2H2
Giai đoạn này, nhờ các vi khuẩn Axetat hóa phân giải các sản phẩm của giai
đoạn trước tạo nhiều sản phẩm H2, và nó được vi khuẩn Metan sử dụng cùng
với CO2 để hình thành Metan (CH4), bắt đầu giai đoạn phân hủy. Lúc này các
chất bã hữu cơ phân hủy mủn ra thành các phần tử nhỏ, lơ lửng trong dịch thải.
pH của môi trường dịch bể phân hủy chuyển sang kiềm và tối ưu ở khoảng 6,8 –
7,8.
+ Giai đoạn 4: hình thành khí Metan. Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình
phân giải kỵ khí tạo thành hỗn hợp sản phẩm, trong đó khí Metan chiếm thành
phần lớn. Quá trình hình thành khí Metan được đồng thời, bằng 3 con đường:
1- Nhờ vi khuẩn hydrogenotrophic methanogen sử dụng cơ chất là hydro và
CO2:
CO2
+
4H2
→
CH4
+
2H2O
2- Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và
CO2. acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2. Khoảng
70%
lượng metan
sinh
ra bằng
con
đường

này.
CH3COOH
→
CO2
+
CH4
4CO
+
2H2O
→
CH4
+
3CO2
3- Nhờ vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm
metyl:
CH3OH
+
H2
→
CH4
+
2H2O
4(CH3)3-N
+
6H2O
→
9CH4
+
3CO2
+

4NH3
Trong các nghiên cứu, người ta thấy rằng: trong 3 giai đoạn đầu (thủy phân,


acid
hóa
và
acetic
hóa)
thì:
(1) lượng COD hầu như không giảm. COD chỉ giảm trong giai đoạn metan hóa,
giai đoạn cuối cùng của quá trình phân giải kỵ khí;
(2) ngoài các sản phẩm chính tạo metan, còn có các sản phẩm NH3, H2S, indol,
scatol,...gây
mùi
thối.
Như vậy, các sản phẩm tạo/ gây mùi thối chỉ tạo ra trong quá trình lên men và
bán phân hủy chất hữu cơ, nếu bị đẩy ra ngoài BSK, kéo mùi thối ra cùng, là
nguyên nhân gây thối và ô nhiễm môi trường thứ cấp.
Khí sinh học là khí được tao ra trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều
yếm khí, trong đó chúng ta sử dụng methan là khí đốt.
CaHbNcOd + mH2O  nCwHxOyNz + sCO2 + mCH4 + (d-nz)NH3 + Q + bùn +
TB mới
Cơ chế quá trình phân hủy yếm khí:
lipid

polysacarid

protit


axit nucleic

chất thơm

axit béo

monosacarid

axit amin

axit nucleic

chất thơm

Sản phẩm lên men

H2, CO2, HCOOH,

axit Axetic,Propylic

CH3COOH, CH3OH,

Lactic,Butylic

(CH3)3N

Sacarit
CH4 + CO2

Methan hóa:

Các phản ứng của các giai đoạn methan hóa


H2 + CO2  CH4 + 2H2O
HCOOH  CH4 + CO2 + H2O
CH3COOH  CH4 + CO2
CH3OH  CH4 + CO2 + H2O
(CH3)3N + H2O  CH4 + CO2 + NH3
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí.
+ Nguyên liệu: càng nhiều phân hữu cơ phân hủy sinh học càng tốt, phải
tách các chất không thể phân huỷ sinh học ra.
+ Kích thước càng nhỏ  mặt tiếp xúc càng lớn do đó phân hủy càng
nhanh.
+ Nước là một yếu tố quan trọng đối với quá trình phân huỷ yếm khí.
- Loãng: 4 -8% pha rắn còn lại là nước.
- Đặc thì chiếm từ 20 -30% pha rắn và phần cón lại là nước.
+ Vi sinh vật tham gia vào quá trình: Tất cả những yếu tố ảnh hưởng đến
sự phát triển của VSV giống đối với quá trình hiếu khí.
Tỷ lệ C:N=30:1 (với tỷ lệ này thích hợp nhất cho quá trình phân hủy của các vi
sinh vật yếm khí).
khí biogas

nước

bùn
nhiệt độ
500C

khí này chiếm 50%
là CH4



Ưu nhược điểm của pp vi sinh:
Ưu điểm:
 Tiết kiệm được chi phí xử lí rác thải, đem lại hiệu quả kinh tế cao. Khắc
phục được tình trạng ô nhiễm không khí và nước do rác thải để lại, tạo
nguồn năng lượng, xử lí sự tồn đọng ở các bãi rác.
 Giảm diện tích đất chôn lấp chất thải, tăng khả năng chống ô nhiễm môi
trường.
 Sử dụng lại được 50% các chất hữu cơ có trong thành phần chất thải để
chế biễn làm phân bón.
 Phân loại được các loại rác thải có thể tái sử dụng phục vụ cho công
nghiệp.


Vận hành đơn giản

Nhược điểm:
 Mức độ tự động hóa của công nghệ chưa cao.


Việc phân loại vẫn phải thực hiện thủ công nên ảnh hưởng đến sức khỏe
của người công nhân.



Chất lượng sản phẩm chưa cao, không đồng đều.

 Vẫn chưa được phổ biến rộng rãi, chỉ tập trung tái chế rác hữu cơ.


Công nghệ xử lý chất thải rắn bằng phương pháp yếm khí tùy
nghi A.B.T (Anoxy Bio Technology):
Các giai đoạn trong quá trình xử lý rác thải theo Công nghệ A.B.T:


Giai đoạn xử lý sơ bộ: Rác thải thu gom được đưa về sân thao tác. Xé các túi
nilong đựng rác để rác được thoát ra ngoài. Nhặt loại riêng rác có kích thước
lớn; Phun, rải, trộn đều rác với chế phẩm sinh học P.MET và phụ gia trước khi
đưa vào hầm ủ.
Giai đoạn ủ: Rác sau khi đã trộn đều cùng các chế phẩm sinh học P.MET và
phụ gia, được đưa chuyển vào hầm ủ theo từng lớp dày 20cm; Mỗi lớp rác 20cm
đều được phun P.MET và rải phụ gia bột, làm các lớp rác như vậy cho đến khi
đầy hầm ủ. Miệng hầm ủ được phủ kín bằng vải bạt không trong suốt; Thời gian
ủ rác (28-30) ngày. Trong quá trình ủ rác, thực hiện phun P.MET để bổ sung vi
sinh và độ ẩm giúp cho các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ nhanh.
Giai đoạn sàng phân loại: Rác sau khi ủ (28 -30) ngày được đưa lên sàng
phân loại thu được mùn thô. Nghiền mùn thô rồi tiến hành tách mùn hữu cơ, cát
đất, đá,…bằng khí tuyển. Mùn tinh thu được là nguyên liệu để sản xuất phân
bón và các sản phẩm khác;
Các thành phần phi hữu cơ được đem tái chế hoặc chôn lấp (tùy theo khối lượng
và điều kiện kinh tế).
Sơ đồ công nghệ :

Ưu điểm:
+ Tái chế các chất không phân hủy thành những vật liệu có thể tái sử dụng
được.
+ Không tốn đất chôn lấp chất thải rắn.
+ Không có nước rỉ rác và các khí độc hại, khí dễ gây cháy nổ sinh ra trong quá
trình phân hủy hữu cơ do đó không gây ô nhiễm môi trường.



+ Không phân loại ban đầu, do đó không làm ảnh hưởng đến công nhân lao
động trực tiếp.
+ Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
+ Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thường xuyên không cao.
Nhược điểm: Chỉ tập trung ở các khu dân cư đông đúc, khu công nghiệp…
Phạm vi áp dụng: Có thể áp dụng cho nhiều quy mô công suất khác nhau, có
thể áp dụng ở các khu vực nông thôn, thành thị. Khu xử lý có thể xây dựng
không quá xa đô thị do không có nước rỉ rác và các khí độc hại thải ra.