VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ

VAI TRÒ CỦA VI SINH
VẬT TRONG QUÁ TRÌNH
PHÂN HỦY KỴ KHÍ
ĐỀ TÀI 3:
LỜI MỞ ĐẦU:

Hiện nay, Nước ta đang ở thời kì Công Nghiệp Hóa - Hiện
Đại Hóa đất nước.

Song song với việc phát triển nền công nghiệp của đất nước là
nguy cơ ô nhiễm môi trường rất cao.

Bên cạnh đó là sự thiếu hụt năng lượng và sinh khối. Nếu
chúng ta tìm ra được những nguồn năng lượng mới, thì vừa đỡ
chi phí tốn kém, vừa lấp được lỗ trống về sự thiếu hụt năng
lượng và sinh khối hiện nay.

Nghiên cứu cho thấy rằng có rất nhiều loài vi sinh vật nhỏ bé
với các quá trình phân hủy của chúng, sẽ ứng dụng được trong
rất nhiều lĩnh vực. Có 2 quá trình chính trong quá trình phân
hủy là: quá trình phân hủy kỵ khí và quá trình hiếu khí.
NỘI DUNG:
I/Tổng quan về Vi Sinh Vật Kỵ Khí – Quá trình phân hủy kỵ khí:
-Vi sinh vật kỵ khí là những vi sinh vật (VSV) sinh trưởng, phát triển và
hoạt động trong môi trường không có Oxy.
-Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình sử lý sinh học xảy ra khi vắng
mặt Oxy.
-Ưu điểm:

Sử dụng CO2 làm chất nhận điện tử, không cần Oxy.


Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm thiểu.

Sản sinh khí có ích là Mêtan.

Thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng.

Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ trọng tải cao.

Hệ thống kỵ khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp như
hydrocacbon béo có Clo và một số hợp chất thiên nhiên khó phân hủy.
-Nhược điểm:

Quá trình kỵ khí diễn ra chậm.

Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc.

Quá trình khởi động cần nhiều thời gian

Quá trình kỵ khí đòi hỏi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao.
II/ Các quá trình phân hủy kỵ khí:
II.1/Phương pháp lên men kỵ khí:

-Phương pháp này chủ yếu dùng cho lọai nước thải có nồng độ chất
hữu cơ cao, có nhiều cặn.

-Quy trình làm sạch chất thải được tiến hành trong một bể kín lớn,
kỵ khí, có cánh khuấy. Người ta cho vào đó các chất cặn bã hữu cơ.

-Quy trình phân hủy chất hưu cơ sẽ xảy ra trong bể với điều kiện kỵ
khí do vi sinh vật kỵ khí tiến hành…


-Quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ rất phức tạp, liên hệ đến
hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian.Tuy nhiên, người ta
thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây:

Chất hữu cơ CH4 + CO2+ H2 + NH3 + H2S
Kỵ khí
Lên men
-Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh
học hay Biogas. Thành phần của Biogas như
sau:
Methane (CH4) 55 ¸ 65%
Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45%
Nitrogen (N2) 0 ¸ 3%
Hydrogen (H2) 0 ¸ 1%
Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1%
-Hệ vi sinh vật trong nhiên liệu phế thải gồm
một số lòai đặc trưng là:Methannocoseus van
niellii, Baccereus.
II.2/Các giai đoạn phân hủy kỵ khí:

-Quá trình phân hủy kỵ khí được chia làm 3 giai đoạn
sau:
1. Phân hủy các chất hửu cơ phân tử:

Giai đoạn thủy phân:

-Giai đọan phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như
:protein, cellulose,lignin,lipids thành những đơn phân tử
hòa tan như axit amin, glucozo, axit béo và glyxerol


-Quá trình này xảy ra chậm và có thể giới hạn khả năng
phân hủy kỵ khí của một số chất thải nguồn gốc xelulo,có
chứa lignin.

-Có các vi sinh vật như:Hydrolitic bacteria,
Clostriclicum, Thermocellem

Giai đoạn lên men axit:

-Giai dọan này có các quá trình chuyển hóa các sản phẩm của giai
đọan thủy phân tạo ra axit hữu cơ như:axetic, propionic, butyric,
lactic…; các alcol và ketol như etanol, metanol, glyxerol, axetol;
axetat,CO2 và H2.

-Axetat là là sản phẩn chính của quá trình lên men cacbonhydrat
các sản phẩm tạo thành khác nhau tùy theo lọai vi khuẩn và các điều
khiện nuôi cấy(nhiệt độ,pH, thế oxy hóa khử)

-Có sự tham gia của các vi sinh vật :
Bacteroides,Suminicola,Bifidobacterium

vi khuẩn: Bifidobacterium
2. Tạo nên các axit.
-Giai đọan chuyển hóa các axit hữu cơ, các ancol, xeton từ giai đọan 2 tạo
thành axetic.
- Phương trình phản ứng:
CH3CH2OH+H2O=>CH3COOH+2H2
CH3CH2COOH+2H2O=>CH3CH3COOH+CO2+2H2
CH3CH2CH2COOH+H2O=>2CH3COOH+2H2

-Vi sinh vật tham gia quá trình này có:syntrobacter, wolini,
syntrophowalfei
3. Tạo Mêtan:
-Là giai đọan quan trọng nhất, dưới tác dụng của vi sinh vật
axetic được chuyển thành Metan
nhóm vi khuẩn metan chia thành 2 nhóm phụ:
+ Nhóm vi khuẩn Metan hydrogenotrophic, sử dụng
hydrogen tự dưỡng chuyển hydro và cácbon thành metan:
CO2+4H2=>CH4+2H2O
+ Nhóm vi khuẩn Metan acetotrophic: còn gọi là vi khuẩn
phân giải axetat, chúng chuyển axetat thành metan và
cácbon.
CH3COOH=>CH4+CO2
Giai đoạn 1:
Thủy phân và lên men
Giai đoạn 2:
Tạo axit acetic,H2
Giai đoạn 3:
Tạo CH4
MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT THAM GIA
VÀO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ
NHÓM 1:
Thermoleophilum Ruminococcus
NHÓM 2:
Peptostreptococcus
Chromobacterium
Lactobacillus
Staphylococcus
Escherichia
NHÓM 3:

Methylococcus Methylobacterium
III/Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ
khí:
1. Nhiệt độ
2. Thời gian lưu
3. pH
4. Cạnh tranh giữa vi khuẩn Mêtan và vi
khuẩn khử Sulfate.
5. Các yếu tố gây độc

Mô tả cấu trúc của phân tử ATP?

Nêu vai trò của phân tử ATP?

Năng lượng là gì?
Enzim là gì?bản chất của enzim?
IV/Ứng dụng của quá trình phân hủy kỵ khí:

Phương pháp phân hủy kỵ khí được được áp dụng
nhiều trong đời sống của con người như:

Xử lý nước thải:
1. Hồ kỵ khí:
-Dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp
sinh hóa tự nhiên. Dựa trên cơ sở sống và họat động
của vi sinh vật kỵ khí.
-Lọai hồ này thường được dùng để sử lí nước thải công
nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, còn ít dùng để sử lí nước
thải sinh họat
2. Bể tự hoại:

Bể tự hoại cải tiến, giải pháp cải thiện chất lượng nước thải
"Bể tự hoại cải tiến (BASTAF) hay còn gọi là Bể phản ứng kỵ
khí với các vách ngăn mỏng và ngăn lọc kỵ khí.

Nguyên tắc vận hành của BASTAF: Nước thải được đưa vào
ngăn thứ nhất của bể,được lắng - lên men kỵ khí. Nhờ các vách
ngăn hướng dòng, ở ngăn tiếp theo, nước thải chuyển động theo
chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các vi sinh vật kỵ khí trong
lớp bùn ở đáy bể. Các chất bẩn hữu cơ được các VSV hấp thụ và
chuyển hoá, làm nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển của chúng.
Cũng nhờ các ngăn này, công trình trở thành một dãy bể phản
ứng kỵ khí được bố trí nối tiếp, cho phép tách riêng 2 pha (lên
men axít-lên men kiềm). Ở những ngăn đầu, các vi khuẩn tạo
axít sẽ chiếm ưu thế, trong khi ở những ngăn sau, các vi khuẩn
tạo metal sẽ là chủ yếu.
3.Bể UASB:
Dòng nước thải vào
Vách chắn
Phễu thu khí
Nước thải ra
Khí thoát ra

Hầm ủ gồm 3 phần chính: (a) phần bùn đặc ở dưới đáy
hầm ủ, (b) một lớp thảm bùn ở giửa hầm, (c) dung dịch
lỏng ở phía trên.

Nước thải được nạp vào hầm ủ từ đáy hầm,đi xuyên qua
lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Các chất rắn
trong nước thải được tách ra bởi thiết bị tách chất khí và
chất rắn trong hầm. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm

bùn.

Lúc hầm ủ mới bắt đầu hoạt động khả năng lắng của các
chất rắn rất thấp nhưng khi nó được tích trữ nhiều và tạo
thành các hạt bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ góp
phần giữ lại các chất bã. Thảm bùn là nơi VSV hoạt động.
Lớp bùn này chiếm 30% thể tích của hầm ủ UASB.
Sản xuất phân vi sinh:
Chế phẩm sinh học BioVAC là tập đoàn các chủng vi
sinh vật hữu cơ có ích tác dụng chính trong việc phân
giải các loại phế thải nông nghiệp thành phân hữu cơ
vi sinh. BioVAC bao gồm các chủng vi sinh vật chính
sau:
- Vi sinh vật phân giải lân
-
Vi sinh vật phân giải cellulose
- Vi sinh vật cố định đạm
- Vi sinh vật sinh axitlactic
Sản xuất khí sinh học:
Hầm BIOGAS:
•
Chăn nuôi ở nước ta dù nhỏ lẻ hay quy mô lớn đều gây
ô nhiễm môi trường.Nhưng người dân không nhận ra đó là
tác nhân gây bệnh truyền nhiễm và ung thư
Các nhà chuyên môn cho rằng cần tăng cường giải pháp
kỹ thuật thân thiện với môi trường, trong đó mũi nhọn là
ứng dụng hầm khí biôgas và lồng ghép chăn nuôi vào các
trang trại theo mô hình sinh thái VAC
• Vận hành theo mẻ

Trong cách vận hành này, hầm ủ được nạp đầy nguyên
liệu trong một lần, cho thêm chất mồi và đậy kín
lại.Quá trình sinh khí sẽ diễn ra trong một thời gian dài
cho tới khi lượng khí sinh ra giảm thấp tới một mức độ
nào đó. Sau đó toàn bộ các chất thải của hầm ủ được
lấy ra chỉ chừa lại 10 % làm chất mồi, nguyên liệu mới
lại được nạp đầy cho hầm ủ và quá trình cứ tiếp tục.
• Vận hành bán liên tục

Nguyên liệu được nạp vào cho hầm ủ 1 hoặc 2
lần/ngày và cùng một lượng chất thải của hầm ủ
sẽ được lấy ra ngay các thời điểm đó. Kiểu vận
hành này thích hợp khi ta có một lượng chất thải
thường xuyên. Thể tích của hầm ủ phải đủ lớn
để làm 2 nhiệm vụ: ủ phân và chứa gas. Theo
kiểu vận hành nầy thì tổng thể tích gas sản xuất
được trên một đơn vị trọng lượng chất hữu cơ
thường cao.