Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra nguồn nguyên liệu mới

Giảng viên: Ks. Trần Văn Chí
Sinh viên : Dương Thị Lan
Lớp : K39 - BQCB

Mục lục
Đặt vấn đề
Nội dung
1. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra khí metan
2. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra ethanol
3. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra nguồn
năng lượng mới trong tương lai
Tài lệu tham khảo

Đặt vấn đề

Nội dung

1. Ứng dụng công nghệ lên men trong sản xuất
Khí metan – Phương pháp biogas
Để sản xuất khí metan dùng để cho sản xuất người
ta thường sủ dụng phương pháp biogas. Đây là quá trình
ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn
khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản
xuất.
Thành phần Khí Biogas : CH
4
, CO
2
, N
2

,H
2
, H
2
S
…, trong đó CH
4
, CO
2
là chủ yếu.

2.1. quy trình sản xuất

Sơ đồ quá trình lên men

Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn
Chất hữu cơ,
carbohydrates ,
chất béo ,
protein .
Khối Vi khuẩn
H
2
,CO
2
Acid acetic
Acid propionic , Acid
butyric ,Các rượu khác
và các thành phần khác
Khối Vi

khuẩn
H
2
, CO
2
Acid acetic
Khối Vi
Khuẩn
CH
4
,
CO
2
Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III
Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn
Chất hữu cơ,
carbohydrates ,
chất béo ,
protein .
Khối Vi khuẩn
H
2
,CO
2
Acid acetic
Acid propionic , Acid
butyric ,Các rượu khác
và các thành phần khác
Khối Vi
khuẩn

H
2
, CO
2
Acid acetic
Khối Vi
Khuẩn
CH
4
,
CO
2
Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III
Tác dụng của vi khuẩn Vi khuẩn Vi khuẩn sinh
khí
lên men và thủy phân acetogenic Metan

Giai đoạn I :
•
Chất hữu cơ phức tạp:
•
Chất hữu cơ đơn giản
(PROTEIN, A.AMIN, LIPID)
Vi khuẩn
closdium bipiclobacterium,
bacillus gram âm không sinh bào
tử, staphy loccus.
(ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)

Ở giai đoạn I này nhờ vào vi sinh vật các

hydrates carbon  acid có phân tử lượng thấp
(C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH …) và pH
môi trường ở dưới 5 nên gây thối.

Giai đoạn II : hình thành acid (pha acid)
Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ,
CO
2
, H
2
và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới
tác dụng của enzym cellulosase:
CxHyOz → các axit hữu cơ, CO
2
, H
2
Các vi khuẩn tham gia trong pha này :

Vi khuẩn Sản phẩm (acid) tạo được
Bacillus cereus
Bacillus knolkampi
Bacillus megaterium
Bacterodies succigenes
Clostridium carnefectium
Clostridium cellobinharus
Clostridium dissolves
Clostridium thermocellaseum
Pseudomonas
Ruminococcus sp
A.axetic, A.lactic

A.axetic, A.lactic
A.axetic, A.lactic
A.axetic, A.sucinic
A.formic, A. axetic
A.lactic, Etanol, CO
2
A.formic, A.axetic
A.lactic, A.sucinic, Etanol
A.formic, A.axetic, A.lactic,
A.sucinic, Etanol
A.formic, A.axetic,A.sucinic

Hình ảnh của vi khuẩn bacillus cereus

Giai đoạn III : hình thành khí Metan
Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ
ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH
4
, CO
2
, H
2
S, N
2
,
H
2
, và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang
kiềm).

Ở giai đoạn này các axit hữu cơ, CO
2
, H
2
tiếp
tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan:
CO
2
+ 4H
2
→ CH
4
+ 2H
2
O
CO + 3H
2
→ CH
4
+ H
2
O
4CO + 2H
2
→ CH
4
+ 3CO
2
4HCOOH → CH
4

+ 3CO
2
+ 3H
2
O
4CH
3
OH → 3CH
4
+ 2H
2
O + CO
2
CH
3
COOH → CH
4
+ H
2
O
Các vi khuẩn tham gia :

Vi khuẩn Sản phẩm cơ chất
Methanobacterium
omelianskii
Methanopropionicum
Methanoformicum
Methanosochngenii
Methanosuboxydans
Methanosarcina barkerli

Methanococcusvanirielli
Methanorumin anticum
Methanococcusmazei
Methanosarcinamethanica
CO
2
, H
2
, rượu bậc I và rượu
bậc II
A.Propionic
H
2
,CO
2
, A.formic
A.acetic
Acid(butyric,valeric,
capropionic)
CO
2
, H
2
, A.acetic, Metanol
H
2
, A.formic
H
2
, A.formic

Acid( acetic, butyric )
Acid( acetic, butyric )

Các phản ứng hoá học của quá trình lên men kỵ khí
Cao p.tử  CO
2
+ H
2
+ CH
3
COO- .
+C
2
H
5
COOH + C
3
H
8
COOH
CH
3
COO- + H
2
O  CH
4
+HCO
3
- + Q
4H

2
+ HCO
3
- +H
2
O  CH
4
+ H2O + Q
Các phản ứng sinh hoá xảy ra chủ yếu trong quá
trình lên men yếm khí :

Phương trình Năng luợng
4H
2
+ H
+
+ HCO
3
-  CH
4
+ 3H
2
O
TỪ FORMIATE
4HCOOH  CH
4
+ 3HCO
3
-
+ 3H

+
HCOOH  H
2
+ CO
2
TỪ ACETATE
CH
3
COO
-
+H
2
O  CH
4
+3HCO
3
-
TỪ PROPIONATE
C
2
H
5
COO
-
+2H
2
O  CH
3
COO
-

+3H
2

. + CO
2
C
2
H
5
COO
-
+ 2H
2
O  7/4 CH
3
COO
-
+
5/4 H
2
O +3/2 H
2
O
-136
-130
-30
+80
-53

Phương trình Năng

lượng
METHANOL
4CH
3
OH + H
2
O  CH
3
COO
-
+ 3H+ + H
2
O
ETHANOL
C
2
H
5
OH +H
2
O  CHCOO
-
+ 5H
2
+ CO
2
+ H
+
C
2

H
5
OH + H
2
O  3/2CH
4
+1/2CO
2
+H
2
O
PROPANOL
C
3
H
7
OH +3H
2
O  CH
3
COO
-
+5H
2
+CO
2
+ H
+
C
3

H
7
OH +3H
2
O  9/4CH
4
+ 3/4CO
2
+ 5/2H
2
O
-314
+2
-96
+84
-118

2.2. Các vi sinh vật trong bể Biogas
Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong
bể tùy thuộc loại phân sử dụng và điều kịên nhiệt độ. Có
2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể biogas như sau:
1. Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose
2. Nhóm vi khuẩn sinh khí metan.

* Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose:
Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và
nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực
trùng, có bào tử (spore). Clostridium, Plectridium

Clostridium

* Nhóm vi khuẩn sinh khí metan:
Nhóm này rất chuyên biệt và đã được nghiên
cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA
(1997), được xếp hạng thành:
3 bộ (Order)
4 họ (Family)
17 loài (Genus)

Mét sè loµi vi khuÈn sinh khÝ mªtan

Methanothermus
Methanospirillum

Methanosarcina