xử lý váng mỡ nhà hàng bằng phương pháp hóa học và sinh học ứng dụng trong trường hợp nhà hàng Phương Nguyên, Tây Hồ Hà Nội

1

Mở ðầu
Ô nhiễm môi trường ñược xem là vấn ñề bức xúc hiện nay, không chỉ riêng ở
Việt Nam, mà cả trên Thế giới. Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta tiêu thụ và sử
dụng một lượng lớn các nhiên liệu, nguyên liệu, sản phẩm từ thiên nhiên, từ sản
xuất ñể tồn tại và phát triển ñồng thời cũng thải vào môi trường tự nhiên các phế
thải, rác thải. Khi nền kinh tế càng phát triển, dân số tại các vùng ñô thị, trung tâm
công nghiệp càng tăng nhanh thì phế thải, rác thải càng nhiều làm ô nhiễm môi
trường xung quanh, ảnh hưởng tới sức khỏe cộng ñồng và làm giảm ñi vẻ ñẹp cảnh
quan thiên nhiên.
Chất thải rắn nói chung và rác thải sinh hoạt nói riêng ñang là một vấn ñề nổi
cộm ở Việt Nam, ñặc biệt là các ñô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh. Do
nhu cầu ăn uống ở các nhà hàng, khách sạn ngày càng tăng ñặc biệt trong các dịp lễ,
tết, cưới xin và những ngày cuối tuần. Vì thế có một lượng lớn thức ăn thừa giàu
dinh dưỡng ñược thải ra. Với chất thải thô có thể sử dụng làm thức ăn cho gia súc
nên các cơ sở chăn nuôi nhỏ lẻ ñã cố gắng thu gom nhưng không triệt ñể và ñôi khi
còn gặp khó khăn do không ñảm bảo vệ sinh trong chăn nuôi, dễ gây bệnh cho gia
súc gia cầm nên phần nhiều vẫn ñược thu gom ñể chôn lấp. Với chất thải khác dạng
vụn, lỏng theo nước rửa tới hệ thống cống ngầm. Sau một thời gian các chất thải
này kết hợp với nhau tạo thành lớp váng mỡ dày nổi lên trên mặt nước. ðây là vấn
ñề nhức nhối không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây ách tách dòng chảy
trong các cống thoát ñối với các nhà hàng, khách sạn, các cơ sở sản xuất dầu ăn,
giết mổ gia súc gia cầm và ñôi khi cả ở các gia ñình.
Vì thế trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi ñã tập trung nghiên cứu xử lý
váng mỡ nhà hàng bằng các phương pháp hóa học và sinh học. ðối tượng nghiên
cứu là váng mỡ ở nhà hàng Phương Nguyên Tây Hồ Hà Nội.

2

Chương 1.Tổng quan
1. Chất thải nhà hàng ăn uống
1.1. Sự phát sinh chất thải
ðể nấu các món ăn, các gia ñình, các bếp nấu nhà hàng, khách sạn phải vứt
bỏ ñi các loại lá, vỏ, hạt của rau củ qủa, các phế thải từ thịt, trứng…Sau khi ăn xong
thì bỏ ñi ñồ ăn thừa như vỏ hoa qủa, lá gói bánh, xương xẩu…Thức ăn thừa thường
ñược ñổ chung ñến khu tập kết rác thải rắn.
Ngoài ra, trong qúa trình chế biến thức ăn, rửa bát ñĩa một phần thức ăn tươi
và thức ăn thừa như mỡ, bột, nước mắm, vụn thịt,…cùng với chất tẩy rửa theo nước
tới hệ thống xử lý nước thải của nhà hàng. Như vậy thành phần của hỗn hợp này
gồm các huyền phù, nhũ tương của lipit, gluxit, protein, các chất tẩy rửa và các
thành phần khác.
Hàm lượng các chất trên khác nhau tùy theo thời gian trong ngày, trong tuần
và tùy theo mùa, nhưng thành phần chủ yếu là dầu ăn. Trong qúa trình chiên, rán
chỉ một lượng nhỏ dầu ăn là bám vào thức ăn còn lại dính vào dụng cụ chế biến, bát
ñĩa chúng ñược cuốn theo nước rửa. Vì có tỉ khối nhẹ hơn chúng kéo theo một phần
các chất khác nổi lên trên mặt nước tạo thành một lớp váng mỡ dày. Theo thời gian
các thành phần dễ phân hủy yếm khí như protein, gluxit làm tăng COD, sinh ra mùi
khó chịu gây ô nhiễm môi trường nước và khu vực lân cận. ðây là vấn ñề nhức nhối
với các nhà hàng, chính vì vậy phải có biện pháp thu gom nhanh, triệt ñể và xử lý
hiệu qủa lớp váng mỡ.
1.2. Thành phần chính của váng mỡ
1.2.1. Lipit
1.2.1.1. ðịnh nghĩa và phân loại [1]
- ðịnh nghĩa: Lipit là những hợp chất của axit béo với ancol hoặc
aminoancol
- Phân loại: Lipit ñược chia làm hai loại: lipit thuần và lipit tạp.

+ Lipit thuần: triglixerit (gilixerit), sterit, xerit (sáp)
Glixerit: este của axít béo với glixerin
3

Sáp: Este của monoancol phân tử khối lớn với axit béo phân tử khối lớn là
chất rắn ở ñiều kiện thường (sáp ong…)
Sterit: Este của axit béo có phân tử khối lớn với monoancol ña vòng có phân
tử khối lớn (gọi chung là sterol) là chất rắn không màu, không tan trong nước.
+ Lipit tap:
Photpholipit: có chứa thêm một gốc axit photphoric, thông thường có kèm
theo các bazơ nitơ và các nhóm thế khác.
Ví dụ: Glixerophotpholipit: ancol là glixerin và ñối với Shingophotpholipit:
ancol là sphingozin
Glicolipit (glicosphingolipit): có chứa một axit béo, sphingozin và ñường
Các lipit phức tạp khác: sunfolipit, aminolipit, lipprotein.
1.2.1.2. Khái niệm chất béo
Chất béo là trieste của glixerin với các axit monocacboxylic có số chẵn
nguyên tử C (thường từ 12C ñến 24C) không phân nhánh, gọi chung là triglixerit.
Khi thủy phân chất béo thì thu ñược glixerin và axit béo (hoặc muối).
Chất béo có công thức chung là:

(R
1
, R
2
, R
3
là các gốc hiñrocacbon no hoặc không no, không phân nhánh, có
thể giống nhau hoặc khác nhau).
- Axit béo no thường gặp là:

C
15
H
31
COOH (axit panmitic, tnc = 63
0
C)
C
17
H
35
COOH (axit stearic, tnc = 70
0
C)
- Axit béo không no thường gặp là:
C
17
H
33
COOH (axit oleic hay axit cis-octañeca-9-enoic, tnc = 13
0
C)
C
17
H
31
COOH (axit linoleic hay axit cis,cis-octañeca-9,12-ñienoic, tnc = 5
0
C)
4

- Tristearin (glixerin tristearat) có tnc = 71.5
0
C; tripanmitin (glixerin
panmitat) có tnc = 65.5
0
C; triolein (glixerin trioleat) có tnc = - 5.5
0
C.
1.2.1.3. Tính chất của chất béo
Tính chất vật lí
- Các chất béo không tan trong nước do gốc hiñrocacbon lớn của các axit béo
làm tăng tính kị nước của các phân tử chất béo.
- Dầu thực vật thường có hàm lượng axit béo chưa no (ñều ở dạng –cis) cao
hơn mỡ ñộng vật làm cho nhiệt ñộ nóng chảy của dầu thực vật thấp hơn so với mỡ
ñộng vật. Thực tế, mỡ ñộng vật hầu như tồn tại ở trạng thái rắn còn dầu thực vật tồn
tại ở trạng thái lỏng.
Tính chất hóa học
Phản ứng thủy phân trong môi trường axit:

Triglixerit Glixerin Axit béo
Phản ứng xà phòng hóa:

Triglixerit Glixerin Xà phòng
- Khi ñun nóng chất béo với dung dịch kiềm thì tạo ra glixerin và hỗn hợp
muối của các axit béo. Muối natri (hoặc kali) của axit béo chính là xà phòng.
- Phản ứng xà phòng hóa xảy ra nhanh hơn phản ứng thủy phân trong môi
trường axit và không thuận nghịch.
5

- ðể xác ñịnh chất lượng của chất béo người ta thường dựa vào một số chỉ số
sau:
+ Chỉ số axit: là số miligam KOH ñể trung hòa hoàn toàn các axit tự do có
trong 1 gam chất béo.
+ Chỉ số xà phòng hóa: là tổng số miligam KOH ñể xà phòng hóa chất béo
và axit tự do có trong 1 gam chất béo.
+ Chỉ số este: là hiệu của chỉ số xà phòng hóa và chỉ số axit.
+ Chỉ số iot: là số gam iot có thể cộng vào liên kết bội trong mạch cacbon
của 100 gam chất béo.
Phản ứng hiñro hóa:

Triolein (lỏng) Tristearin (rắn)
Phản ứng hiñro hóa chất béo làm tăng nhiệt ñộ nóng chảy của chất béo.
Phản ứng oxi hóa:
Nối ñôi C=C ở gốc axit không no của chất béo bị oxi hóa chậm bởi oxi
không khí tạo thành peoxit, chất này bị phân hủy thành anñehit có mùi khó chịu. ðó
là nguyên nhân của hiện tượng dầu mỡ bị ôi thiu.
1.2.1.4. Vai trò của chất béo trong cơ thể
Chất béo là thức ăn quan trọng của con người. Ở ruột non, nhờ tác dụng xúc
tác của các enzim như lipaza và dịch mật, chất béo bị thủy phân thành axit béo và
glixerol rồi ñược hấp thụ vào thành ruột. Ở ñó, glixerol và axit béo lại kết hợp với
nhau tạo thành chất béo rồi ñược máu vận chuyển ñến các tế bào. Nhờ những phản
ứng sinh hóa phức tạp, chất béo bị oxi hóa thành CO
2,
nước và cung cấp năng lượng
cho cơ thể. Chất béo chưa sử dụng ñược tích lũy vào các mô mỡ. Vì thế trong cơ thể
chất béo là nguồn cung cấp và dự trữ năng lượng. Chất béo còn là nguyên liệu ñể
6

tổng hợp một số chất khác cần thiết cho cơ thể. Nó còn có tác dụng bảo ñảm sự vận

chuyển và hấp thụ các chất hòa tan ñược trong chất béo.
1.2.2. Protein
1.2.2.1. Khái niệm và phân loại
Khái niệm: Protein là một polime sinh học của L - α - aminoaxit kết hợp với
nhau bằng liên kết peptit. Có khoảng 20 aminoaxit này ñược mã hóa trong gen và
ñược hợp nhất trong protein.
Phân loại: Protein ñược phân thành 2 loại
- Protein ñơn giản: ñược tạo thành chỉ từ các α-aminoaxit
Thí dụ một số enzyme của tụy bò như ribonucleaza gồm hoàn toàn amino
axit nối với nhau thành một chuỗi polypeptit duy nhất (có 124 gốc aminoaxit, khối
lượng phân tử 12.640 ñvc), chymotripsin gồm toàn aminoaxit nối với nhau thành
chuỗi polypeptit (có 241 gốc aminoaxit, khối lượng phân tử 22.600 ñvc) v.v
- Protein phức tạp: là những protein mà thành phần phân tử của nó ngoài các
α- aminoaxit như protein ñơn giản còn có thêm thành phần khác có bản chất không
phải là protein còn gọi là nhóm ngoại (nhóm thêm). Tuỳ thuộc vào bản chất của
nhóm ngoại, người ta chia các protein phức tạp ra các nhóm nhỏ và thường gọi tên
các protein ñó theo bản chất nhóm ngoại:
- Lipoprotein: nhóm ngoại là lipit.
- Nucleoprotein: nhóm ngoại là axit nucleic.
- Glycoprotein: nhóm ngoại là gluxit và dẫn xuất của nó.
- Photphoprotein: nhóm ngoại photphat, ví dụ casein sữa
- Cromoprotein: nhóm ngoại là hợp chất có màu.
Tuỳ theo tính chất của từng nhóm ngoại mà có những màu sắc khác nhau
như ñỏ (ở hemoglobin), vàng (ở flavoprotein)
1.2.2.2. Vai trò và chức năng của protein
Protein là thành phần không thể thiếu của tất cả các cơ thể sinh vật, nó là cơ
sở của sự sống. Không những thế, protein còn là một loại thức ăn chính của con
người và nhiều loại ñộng vật dưới dạng thịt, cá, trứng…
Tám chức năng quan trọng của protein là:
7

+ Xúc tác
+ Vận tải
+ Vận ñộng
+ Bảo vệ
+ ðiều hoà
+ Truyền xung thần kinh
+ Cấu trúc
+ Dự trữ.
1.2.2.3. Tính chất của protein
Tính chất vật lý
a) Hình dạng:
- Dạng sợi: như keratin (trong tóc, móng sừng), miozin (trong cơ bắp),
fibroin (trong tơ tằm, mạng nhện).
- Dạng cầu: như albumin (trong lòng trắng trứng), hemoglobin (trong máu).
b) Tính tan:
Protein hình sợi không tan, protein hình cầu tan trong nước tạo thành các
dung dịch keo như albumin (lòng trắng trứng), hemoglobin (máu).
- Albumin: tan trong nước, bị kết tủa ở nồng ñộ muối (NH
4
)
2
SO
4
khá cao
(70-100%).
- Globulin: không tan hoặc tan ít trong nước, tan trong dung dịch muối loãng
của một số muối trung tính như NaCl, KCl, Na
2
SO

4
,và bị kết tủa ở nồng ñộ muối
(NH
4
)
2
SO
4
bán bão hoà.
- Prolamin: không tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng, tan trong
etanol, isopropanol 70-80%.
- Glutein: chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc axit loãng.
- Histon: là protein có tính kiềm dễ tan trong nước, không tan trong dung
dịch amoniac loãng.
c) Sự ñông tụ:
Là sự ñông lại của protein và tách ra khỏi dung dịch khi ñun nóng hoặc thêm
axit, bazơ, muối.
8

Tính chất hóa học
a) Phản ứng thủy phân:
- ðiều kiện thủy phân: xúc tác axit hoặc kiềm và ñun nóng hoặc xúc tác enzim
- Sản phẩm: các α-aminoaxit.
b) Phản ứng màu:
Albumin (protein có trong lòng trắng trứng)
HNO
3
ñặc Kết tủa màu vàng (do sản phẩm có nhóm NO
2
)

Cu(OH)
2
Phức chất có màu tím ñặc trưng (phản ứng biure)
1.2.3. Cacbohydrat
1.2.3.1. ðịnh nghĩa và phân loại
ðịnh nghĩa: Cacbohydrat hay saccarit là những hợp chất hữu cơ tạp chức
thường có công thức trung là C
n
(H
2
0)
m
.
Phân loai: Cacbohydrat ñược phân thành 3 nhóm chính sau.
+ Monosaccarit (ozơ, ñường ñơn): Là nhóm cacbohydrat ñơn giản nhất
không có thể thủy phân ñược.
Thí dụ: triozơ, tetrozơ, pentozơ, hexozơ, heptozơ.
+ Oligosaccarit (oligozơ, trong phạm vi từ 2 ñến 10 phân tử ñường)
Thí dụ: ðisaccarit, trisaccarit, tetrasaccarit.
+ Polisaccarit (pliozơ, trên 10 phân tử ñường):
Polisaccarit thuần (holopolisaccarit, holoozit: Polihomosaccarit (gồm một
loại ozơ trong phân tử) và poliheterosaccarit (gồm nhiều ozơ trong phân tử).
Polisaccarit tạp (heteropolisaccarit, heteroozit): N-heteropolisaccarit (ngoài
hợp chất của ozơ còn có những hợp chất của nitơ), S-heteropolisaccarit (ngoài hợp
chất của ozơ có những hợp chất của lưu huỳnh).
1.2.3.2. Chức năng
Làm nhiên liệu, cung cấp 60% năng lượng cho cơ thể sống.
Làm bộ khung cấu trúc và vỏ bảo vệ, thường có mặt ở vách của tế bào vi
khuẩn và thực vật cũng như ở mô nối và vỏ bảo vệ ñộng vật.
Liên kết với protein và lipit màng ñóng vai trò làm phương tiện vận chuyển

tín hiệu giữa các tế bào.
9

1.3. Sự biến ñổi các chất trong quá trình chiên rán [15]
Rán là cho nguyên liệu vào trong dầu ở nhiệt ñộ cao. Dầu dùng ñể rán
nguyên liệu có thể là dầu lạc, dầu bông, dầu hướng dương, dầu ñậu nành, dầu cọ.
ðối với thịt, có thể dùng mỡ ñộng vật ñể rán.
Mục ñích khi rán là
- Tăng giá trị cảm quan của sản phẩm.
- Tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
- Tiêu diệt hệ thống men và vi sinh vật.
Yêu cầu và tính chất của dầu mỡ dùng ñể rán
Có thể dùng dầu hoặc mỡ, nên dùng dầu ñã tinh chế.
Dầu rán phải ñạt các yêu cầu sau:
- Mùi vị: không ôi, khét, có mùi ñặc trưng.
- Màu sắc: trong, sáng, không lắng cặn.
- Lượng ẩm và các chất bay hơi không quá 0.3 %.
- Chỉ số axit của dầu < 0.2.
• Những biến ñổi trong quá trình rán
Biến ñổi của nguyên liệu
- Protein trong nguyên liệu bị biến tính. Rau chứa ít protein nên khi ñông,
protein chuyển thành dạng hạt rời, rồi phân hủy thành dạng bông. Sự biến ñổi của
protein bắt ñầu ở nhiệt ñộ 30 – 35
0
C, và tốc ñộ tăng dần theo nhiệt ñộ, ở nhiệt ñộ 60
– 65
0
C thì protein ñã bị biến tính. Các protein mất tính tan, các phân tử protein chứa
S bị cắt ñứt, giải phóng H
2

S.
- Gluxit bị biến ñổi, ñường và tinh bột ở lớp bề mặt bị caramel hóa.
Protopectin bị thủy phân thành pectin hòa tan, làm rau rán trở nên mềm.
- Chlorophyl chuyển thành pheophytin, caroten ít bị phân hủy, nhưng lại tan
nhiều trong dầu nóng làm cho dầu có màu da cam. Các chất hữu cơ hòa tan và các
vitamin hòa tan trong chất béo ñều chuyển vào dầu. Vitamin B1, B2 tổn thất ít.
Vitamin C bị phá hủy 7 – 18%. Các este và các chất thơm bay hơi cũng bị tổn thất khi
rán.
- Nước thoát ra làm tăng nồng ñộ chất khô.
10

Biến ñổi của dầu
Trong quá trình rán, do tác dụng của nhiệt ñộ cao và thời gian dài, do tác
dụng của nước thoát ra từ nguyên liệu và do sự hòa lẫn các chất gluxit, protein, lipit,
tạo thành nhũ tương, do tiếp xúc với không khí trên mặt thoáng và với mặt truyền
nhiệt, nên dầu bị biến tính.
- Khi rán ñộ nhớt của dầu tăng do các chất dinh dưỡng trong nguyên liệu
dịch chuyển vào dầu, dầu bị xẫm màu.
- Ở nhiệt ñộ cao, dầu tiếp xúc với hơi nước và oxi nên bị thủy phân và oxi
hóa thành axit béo, glixerin, rồi thành các chất peoxit, anñehit, xeton (có mùi ôi
khét) và acrolein (là chất lỏng, ñộc, khi rán bốc thành khói xanh thoát ra trên mặt
thoáng của dầu làm cay mắt) theo sơ ñồ sau:
ChÊt bÐo (dÇu, mì)
NhiÖt, oxi
NhiÖt
Acrolein
(G©y ®éc)
+ Axit bÐo
An®ehit, xeton
(¤i dÇu)

Oxi hãa
Glixerin

Hiện nay, biện pháp chủ yếu ñể chống hiện tượng hư hỏng dầu trong khi rán
là duy trì dầu rán trong lò rán với thời gian ngắn nhất. Người ta còn chống oxi hóa
dầu bằng cách cho chất chống oxi hóa vào dầu rán.
2. Các phương pháp xử lý váng mỡ nhà hàng ăn uống
2.1. Thu gom
Váng mỡ từ các nhà hàng ăn uống là một khối nổi trên mặt nước có thành
phần phức tạp gồm chủ yếu là mỡ, nước, ngoài ra còn có tinh bột, protein, chất hoạt
ñộng bề mặt và các thành phần khác…Như vậy cần phải thu gom nhanh triệt ñể,
tránh ñể quá trình phân huỷ sinh học làm tăng COD, mùi khó chịu gây khó khăn
cho qúa trình xử lý nước tiếp theo.
Váng mỡ có thể ñược vớt vào các bao tải ñể loại bỏ một phần nước tích tụ
trong ñó.
ðể thu gom triệt ñể hơn chúng ta có thể dùng phương pháp keo tụ hoặc tuyển
nổi.
11

2.2. Các phương pháp xử lý với chất thải sau thu gom
Hiện nay có ba phương pháp chủ yếu xử lý chất thải rắn là: chôn lấp, xử lý
bằng nhiệt và phân hủy sinh học.
2.2.1. Chôn lấp
Với váng mỡ ở nhà hàng có thể loại bớt nước, sau ñó ñóng bao tải ñể chôn lấp
Phương pháp chôn lấp hoàn toàn: ñối với các loại chất thải sinh hoạt, công
nghệ ít ñộc hại ñược thu gom sau ñó chuyển tới bãi chứa ñể tiến hành chôn lấp. ðây
là phương pháp ñơn giản nhất, rẻ tiền nhưng không vệ sinh dễ gây ô nhiễm cho các
nguồn nước ngầm, tốn diện tích ñất chứa bãi rác và dễ bị khu dân cư gần ñó lên án.
Phương án này chỉ phù hợp với các nước chưa phát triển, kinh tế còn khó khăn,
thường ñược áp dụng ở các ñô thị nhỏ trong giai ñoạn tạm thời. ðối với các chất

thải ñộc hại thì ñáy bãi chôn lấp phải ñược xử lý ñầm nén hoặc phải dùng tấm lót
polime ñặc biệt như một cái túi chứa rác do vậy rất tốn kém.
Phương pháp chôn lấp có xử lý thích hợp: rác thải ñược thu gom và vận
chuyển ñến bãi chứa rác. Các bể này phải có xử lý ñáy thích hợp ñể bảo vệ nguồn
nước mặt và nước ngầm. Có hệ thống thu gom và xử lý nước thải rò rỉ cũng như xử
lý khí thoát ra từ quá trình phân hủy rác.
Ưu ñiểm
+ ðầu tư ban ñầu thấp
+ Chi phí bảo hành và bảo dưỡng thấp
+ Không ñòi hỏi công nghệ phức tạp và giải pháp ñơn giản nhất ñể xử lý
những nguyên liệu không thể sử dụng ñược.
Nhược ñiểm
+ Về lâu dài giải pháp này sẽ trở lên ñắt vì ñòi hỏi ñiện tích ñất tăng. Ngoài
ra bãi chôn lấp rác là nguồn gây ô nhiễm lớn ñến ñất, nguồn nước, không khí trên
phạm vi rộng. ðiều này thường ñòi hỏi những biện pháp tốn kém ñể xử lý trong quá
trình sử dụng và khi không hoạt ñộng.
+ Không tái sinh, sử dụng ñược nguồn nguyên liệu có trong rác.
Chính vì vậy ở các nước phát triển giải pháp này ñang bị thu hẹp theo thời
gian.
12

2.2.2. Xử lý bằng nhiệt
ðốt rác hoặc sản xuất thành chất ñốt
Phương pháp này hoạt ñộng theo nguyên tắc: nguyên liệu ñốt cháy dưới
nhiệt ñộ cao trên 800
0
C. Sản phẩm cháy là nhiệt lượng, tro và các khí như nitơ,
cacbonic, hơi nước.
Có nhiều công nghệ khác nhau ñể ñốt rác, thông thường một nhà máy ñốt rác
luôn có:

+ Hệ thống lò ñốt
+ Hệ thống nồi hơi và máy phát ñiện ñể biến nhiệt năng từ quá trình ñốt
thành ñiện.
+ Hệ thống xử lý khí thải
+ Bãi chôn tro và quặng
Ưu ñiểm
+ Giảm thể tích rác ñáng kể từ 70- 85%
+ Xử lý nhiều loại rác
+ Tốn ít diện tích
+ Tạo ra nhiệt lượng
Nhược ñiểm
+ Chi phí cho công nghệ, vận hành và bảo dưỡng cao
+ Chỉ áp dụng thích hợp cho các nguyên liệu có nhiệt năng cao
Như vậy xử lý bằng phương pháp thiêu ñốt không thích hợp với cơ sở sản
xuất nhỏ như khách sạn, nhà hàng ăn uống.
2.2.3. Phân hủy sinh học
Phương pháp phân huỷ sinh học ñược áp dụng với rác thải hữu cơ. Có hai
phương pháp là phân hủy yếm khí và hiếu khí. Nó ñược áp dụng chủ yếu vào hai
công nghệ compost và biogas. So với phương pháp chôn lấp và thiêu ñốt phương
pháp sinh học có nhiều ưu thế hơn, bởi sản phẩm vừa có giá trị kinh tế, vừa góp
phần hạn chế ñược tình trạng ô nhiễm môi trường.
Với thành phần hữu cơ cao, rác thải sinh hoạt rất thích hợp với phương pháp
xử lý bằng công nghệ sinh học. Nhưng với váng mỡ nhà hàng tuy hàm lượng chất
13

hữu cơ cao, song lại chứa qúa nhiều lipit là chất rất khó bị phân hủy sinh học. Vì
vậy trong khóa luận này chúng tôi ñã ñi sâu vào nghiên cứu khả năng tạo khí metan
bằng qúa trình phân hủy vi sinh yếm khí ñối với váng mỡ nhà hàng.
2.2.3.1. Nguyên lý chung
Phân hủy sinh học yếm khí gồm một chuỗi quá trình vi sinh học chuyển hoá

các hợp chất hữu cơ thành khí metan [4]. Quá trình tạo ra khí metan là một hiện
tượng thông thường trong một số môi trường tự nhiên khác nhau như: các lớp trầm
tích, ñầm lầy, dạ dày các loài ăn cỏ hay ở các giếng dầu.
Qúa trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ ñược ñơn giản hóa theo phương
trình sau ñây.
(CHO)
n
NS + Vi sinh vật yếm khí → CO
2
+ H
2
O + tế bào vi sinh + các sản phẩm dự
trữ + các chất trung gian + CH
4
+ H
2
+ NH
4
+
+ H
2
S + năng lượng.
Ở ñiều kiện yếm khí sinh khối vi sinh vật ñược tạo thành ít, ngoài các chất
trung gian có tới (70%) một sản phẩm ñược quan tâm nhiều là khí metan.
2.2.3.2. Quá trình phân hủy sinh học yếm khí
Quá trình xử lý yếm khí về mặt hóa học và vi sinh vật phức tạp hơn xử lý
hiếu khí. ðó là quá trình chuyển hóa các chất của vi sinh vật liên quan ñến sự
chuyển hóa toàn bộ vật chất hữu cơ hỗn hợp thành metan bắt ñầu với vi khuẩn thủy
phân vật chất hữu cơ phức tạp như cacbohydrat, protein, và chất béo thành
cacbohydrat ñơn giản, aminoaxit, và axit béo. ðường ñơn và axit sau ñó ñược sử

dụng ñể thu ñược năng lượng cho sự sinh trưởng bởi vi khuẩn lên men, sự sinh ra
axit hữu cơ và hiñro ở các sản phẩm trung gian. Axit hữu cơ sau ñó ñược oxi hóa
một phần bởi những vi khuẩn lên men khác, sản xuất thêm hiñro và axit axetic.
Hiñro và axit axetic là cơ chất chính ñược sử dụng bởi vi khuẩn sinh metan, ñể
chuyển chúng thành metan. H
2
ñược sử dụng như phần tử cho electron, với CO
2
như
một phần tử nhận electron ñể hình thành metan, trong khi axetat ñược tách ra (phản
ứng acetoclactic) ñể tạo thành metan từ nhóm metyl và CO
2
từ nhóm cacboxyl trong
phản ứng lên men.
. Về mặt hóa học: Quá trình phân hủy thực tế này rất phức tạp, có khả năng
liên quan ñến hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, rất nhiều trong số ñó có
14

yêu cầu bổ sung chất xúc tác, enzim hoặc chất ñiều phối. Quá trình phân giải yếm
khí xảy ra ở một trong ba khoảng nhiệt ñộ riêng biệt sau ñây:
Ưa lạnh (< 20 °C);
Ưa ấm (< 40 °C);
Ưa nóng (> 45 °C).
Vì phân giải yếm khí tỏa nhiệt kém hơn nhiều so với quá trình ủ ñống, các bãi
chôn rác thải, vùng lầy và ñầm lầy, nó tiến hành trong ñiều kiện lạnh. ðể khắc phục
những hạn chế này, bể phản ứng yếm khí ñược thiết kế thường chạy tại một hoặc
nhiều khoảng nhiệt ñộ cao hơn, nhiệt ñược cung cấp từ bên ngoài ñể nâng cao nhiệt
ñộ lên mức yêu cầu. Một loạt các nhà cung cấp công nghệ ñã phát triển hệ thống dựa
trên sự phân giải ưa ấm hoặc ưa nóng, trong ñó có các ñặc tính riêng. Một ñiều ñáng
chú ý là các ñiều kiện nội tại tỏ ra có lợi ñối với sự bổ sung vi khuẩn khác nhau và

diện mạo của các phản ứng chi tiết cũng khác nhau. Do ñó, với bất kì ứng dụng nào
ñược ñưa ra, một hoặc hơn có thể là ñặc biệt phù hợp, phụ thuộc vào ñặc trưng
nguyên liệu ñược xử lý và yêu cầu tổng thể ñể xử lý.
Quá trình phân hủy yếm khí gồm ba giai ñoạn.
• Thủy phân
ðường, xenlulozơ, protein và chất béo bị phân hủy thành các chất hữu cơ ñơn
giản, dễ tan trong nước bởi các enzim ngoại bào (enzim hydrolaza) ñược sản xuất
bởi vi khuẩn thủy phân. Protein bị phân hủy thành các aminoaxít, chất béo thành axit
béo mạch dài và ñường thành ñường ñơn giản, trong ñó các chất tan có bậc tỉ lệ giới
hạn trong sự phân hủy. Tốc ñộ thủy phân phụ thuộc vào cấu tạo và tính chất của chất
nền, tập hợp vi khuẩn, nhiệt ñộ và pH.
• Sinh axit
Ở giai ñoạn này, dưới tác dụng của các vi khuẩn sinh axit, các monome ñược
giải phóng bởi sự thủy phân, cùng với các axit béo dễ bay hơi nhận ñược từ các
thành phần protein, chất béo, ñường của nguyên liệu ñược xử lý biến ñổi thành các
axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như
axetic, lactic, propionic axit,… Metanol
và các rượu ñơn giản khác, cacbon ñioxit và hiñro cũng ñược sinh ra trong suốt
quá trình này. pH giảm do sự tăng lên của các chất này. Tỉ lệ chính xác của các
15

sản phẩm phụ phụ thuộc vào loại vi khuẩn và ñiều kiện môi trường trong bể phản
ứng. Một số tác giả chia giai ñoạn này thành
acidogenesis và
acetogenesis ñể làm
nổi bật tầm quan trọng của axit axetic, nguyên liệu chủ yếu chiếm tới 75% metan
ñược sinh ra trong bậc tiếp theo.
•
Sinh metan

ð
ây là giai
ñ
o
ạ
n quan tr
ọ
ng nh
ấ
t c
ủ
a quá trình. D
ướ
i tác d
ụ
ng c
ủ
a các vi
khu
ẩ
n sinh metan, các axit h
ữ
u c
ơ
và các ch
ấ
t
ñơ
n gi
ả

n khác
ñượ
c chuy
ể
n hóa thành
khí CH
4,
CO
2
, H
2
S,…V
ớ
i s
ự
y
ế
m khí b
ắ
t bu
ộ
c, vi khu
ẩ
n sinh metan có t
ố
c
ñộ
sinh
tr
ưở

ng chung ch
ậ
m h
ơ
n so v
ớ
i t
ố
c
ñộ
sinh tr
ưở
ng c
ủ
a vi sinh v
ậ
t ch
ị
u trách nhi
ệ
m
giai
ñ
o
ạ
n tr
ướ
c
ñ
ó, giai

ñ
o
ạ
n cu
ố
i cùng này liên quan
ñế
n s
ả
n xu
ấ
t metan t
ừ
nguyên
li
ệ
u thô
ñượ
c t
ạ
o ra tr
ướ
c
ñ
ó. Trong s
ố
này, axit axetic và axetat có vai trò quan tr
ọ
ng
nh

ấ
t, vì lý do
ñ
ã
ñề
c
ậ
p
ở
trên. Có các ch
ấ
t khác
ñượ
c t
ạ
o thành do vi khu
ẩ
n y
ế
m khí.
S
ự
t
ạ
o thành CH
4
có th
ể

ñượ

c tóm l
ạ
i trong ba ph
ươ
ng trình ph
ả
n
ứ
ng chính nh
ư
sau:
Axetic axit:
CH
3
COOH
→
CH
4
+ CO
2

Metanol:
CH
3
OH + H
2

→
CH
4

+ H
2
O
D
ướ
i tác d
ụ
ng c
ủ
a vi khu
ẩ
n, m
ộ
t ph
ầ
n CO
2
b
ị
kh
ử
thành CH
4
:
CO
2
+ 4H
2

→

CH
4
+ 2H
2
O
Vi khu
ẩ
n sinh metan gi
ữ
vai trò quan tr
ọ
ng trong quá trình phân h
ủ
y t
ổ
ng th
ể
,
do s
ự
chuy
ể
n hóa axit béo d
ễ
bay h
ơ
i thành metan, ho
ạ
t
ñộ

ng c
ủ
a chúng làm pH
trong b
ể
gi
ả
m. V
ớ
i s
ự
cân b
ằ
ng axit/baz
ơ
t
ự
nhiên
ñượ
c
ñ
i
ề
u ch
ỉ
nh trong cách này,
b
ấ
t c
ứ

kh
ả
n
ă
ng c
ả
n tr
ở
vi khu
ẩ
n nào b
ở
i s
ự
axit hóa c
ũ
ng
ñượ
c s
ử
a ch
ữ
a có hi
ệ
u qu
ả
.
ð
i
ề

u này
ñặ
c bi
ệ
t quan tr
ọ
ng
ñố
i v
ớ
i vi khu
ẩ
n sinh metan, b
ở
i vì chúng phát tri
ể
n
m
ạ
nh trong kho
ả
ng pH t
ươ
ng
ñố
i h
ẹ
p t
ừ
6.6 – 7.0, d

ầ
n d
ầ
n tr
ở
nên suy y
ế
u khi pH
gi
ả
m xu
ố
ng 6.4. Trong bi
ế
n c
ố
này, tính b
ề
n c
ủ
a axit béo d
ễ
bay h
ơ
i có kh
ả
n
ă
ng
tác

ñộ
ng nghiêm tr
ọ
ng
ñế
n s
ự
s
ử
d
ụ
ng cu
ố
i cùng ho
ặ
c s
ự
s
ử
d
ụ
ng các nguyên li
ệ
u
nh
ậ
n
ñượ
c.
16

Có bốn nhóm chính liên quan ñến phân giải yếm khí, với một số ví dụ ñiển
hình, ñược chỉ ra dưới ñây:
Vi khuẩn lên men thủy phân
-
Clostridium
và
Peptococcus.

Vi khu
ẩ
n
Acetogenic - Syntrophobacter
và
Syntrophomonas
.
Vi khuẩn lên men
metan acetoclactic - Methanosarcina
và
Methanothrix
.
Vi khuẩn lên men
metan hydrogenotrophic - Methanobacterium
và
Methanobrevibacterium.

Bảng 1.1. Một số loại vi khuẩn sinh metan
Tên vi khuẩn pH Nhiệt ñộ (°C) Axit bị chuyển hóa
Methanobacterium omelianskii
6.5 – 8

37 – 40
CO
2
, H
2
, rượu I và II
Methanopropionicum

Axit propionic
Methanoformicum

H
2
, CO
2
, axit focmic
Methanosochngenii

Axit axetic
Methanosuboxydans

Axit butyric, valeric
caprionic
Methanoruminanticum

H
2
, axit focmic
Methanococcus vanirielii

1.4 – 9


Axit focmic, H
2

Methanococcuss mazei
30 – 37
Axit axetic, butyric
Methanosarcina methanica
35 – 37
Axit axetic, butyric
Methanosarcina barkerli
7 30
CO
2
, H
2
, axit axetic,
metanol

Trong thực tế, ñây là những loại không chỉ xuất hiện trong một bể phân hủy,
mặc dù các giai ñoạn trước ñã miêu tả tượng trưng các phản ứng hóa sinh chính,
số lượng các vi khuẩn bổ sung và các con ñường hóa sinh chiếm một vai trò quan
trọng trong quá trình phân hủy tổng thể. ðây là sự tác ñộng qua lại giữa các cơ thể
khác nhau này.
17

2.2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình sản sinh khí sinh học
Môi trường yếm khí

Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong ñó
các vi khuẩn sinh metan là những vi khuẩn quan trọng nhất, chúng là những vi
khuẩn yếm khí bắt buộc. Sự có mặt của oxi sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi khuẩn
này, vì vậy phải ñảm bảo ñiều kiện yếm khí tuyệt ñối của môi trường lên men. Sự
có mặt của oxi hoà tan trong dịch lên men là một yếu tố không có lợi cho quá trình
phân huỷ yếm khí.
Nhiệt ñộ
Hoạt ñộng của vi khuẩn sinh metan chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt ñộ. Trong
ñiều kiện vận hành ñơn giản, nhiệt ñộ lý tưởng vào khoảng 35°C. Sản lượng khí
giảm rõ rệt khi nhiệt ñộ môi trường giảm. Dưới 10°C quá trình sinh metan hầu như
ngừng hẳn. ðồ thị ở hình 1 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñối với sản lượng khí
với thời gian phân hủy 120 ngày với các loại phân.





Hình 1.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñối với sản lượng khí [16]
Các vi khuẩn sinh metan không chịu ñược sự thăng giáng nhiệt ñộ quá nhiều
trong ngày. ðiều này sẽ làm giảm sản lượng khí. Vì vậy vào mùa ñông cần phải giữ
ấm cho thiết bị, thậm chí ñối với những vùng lạnh cần phải ñảm bảo cách nhiệt tốt
cho quá trình lên men. ðôi khi ở những quá trình lên men nhanh người ta phải gia
nhiệt cho dịch lên men ñể giảm thời gian lưu trong các thiết bị lên men.

18

ðộ pH
Hầu hết các vi khuẩn tạo metan hoạt ñộng trong phạm vi pH từ 6.7 ñến 7.4,
tối ưu là từ 7.0 ñến 7.2, sự phân hủy có thể thất bại nếu pH gần ở mức 6.0. Vi khuẩn
tạo axit tạo ra những axit hữu cơ có khuynh hướng làm giảm ñộ pH trong bồn phản

ứng. Dưới ñiều kiện bình thường sự giảm pH này sẽ ñược giảm ñi do chất ñệm
(bicarbonate) tạo ra bởi nhóm vi khuẩn tạo metan. Trong những ñiều kiện môi
trường khắc nghiệt, khả năng tạo chất ñệm có thể không xảy ra và cuối cùng làm
ngưng việc tạo ra metan. Axit gây cản trở nhiều hơn cho nhóm vi khuẩn tạo metan
so với nhóm vi khuẩn tạo axit. Sự tăng axit dễ bay hơi như thế sẽ là dấu hiệu cho
thấy hệ thống không còn hoạt ñộng hiệu quả. Theo dõi tỷ lệ tổng mức axit dễ bay
hơi (như axit acetic) so với tổng ñộ kiềm (như cacbonat canxi) ñể bảo ñảm rằng tỷ
lệ này luôn dưới 0.1.
Bề mặt dung dịch lên men bị một lớp váng bao phủ. Chúng ta có thể ñiều
chỉnh pH cho thích hợp bằng cách giảm tốc ñộ bổ sung nguyên liệu ñầu vào, tìm
cách ổn ñịnh nhiệt ñộ môi trường xung quanh, thêm vôi hoặc amoniac hay phá tan
lớp váng.
ðặc tính của nguyên liệu
a. Hàm lượng chất khô





Hình 1.2. Quan hệ giữa hàm lượng chất khô và sản lượng khí [16]
Hàm lượng chất khô thường ñược biểu thị là phần trăm. Quá trình phân huỷ
sinh metan xảy ra thuận lợi nhất khi môi trường có hàm lượng chất khô tối ưu vào
19

khoảng 7 - 9%. ðối với bèo tây hàm lượng này là 4 - 5%, còn rơm rạ là 5 - 8%.
Nguyên liệu ban ñầu thường có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị tối ưu nên khi
nạp vào thiết bị khí sinh học cần phải pha thêm nước. Tỷ lệ pha loãng thích hợp là
1-3 lít nước cho 1 kg phân tươi.
b.Tỷ lệ cacbon và nitơ của nguyên liệu
Các chất hữu cơ ñược cấu tạo bởi nhiều nguyên tố hoá học trong ñó chủ yếu

là cacbon (C), hydrô (H), nitơ (N), phôtpho (P) và lưu huỳnh (S). Tỷ lệ giữa lượng
cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu là một chỉ tiêu ñể ñánh giá
khả năng phân huỷ của nó. Vi khuẩn yếm khí tiêu thụ cacbon nhiều hơn nitơ
khoảng 30 lần. Vì vậy tỷ lệ C/N của nguyên liệu bằng 30/1 là tối ưu. Tỷ lệ này quá
cao thì quá trình phân huỷ xảy ra chậm. Ngược lại tỷ lệ này quá thấp thì quá trình
phân huỷ ngừng trệ vì tích luỹ nhiều amoniac là một ñộc tố ñối với vi khuẩn ở nồng
ñộ cao. Nói chung phân trâu bò và lợn có tỷ lệ C/N thích hợp. Phân người và gia
cầm có tỷ lệ C/N thấp. Các nguyên liệu thực vật tỷ lệ này lại cao, nguyên liệu càng
già thì tỷ lệ này càng cao. ðể ñảm bảo tỷ lệ C/N thích hợp ñối với các loại nguyên
liệu này ta nên dùng hỗn hợp nhiều nguyên liệu.
Thời gian lưu





Hình 1.3. Quan hệ giữa sản lượng khí với thời gian phân huỷ
và nhiệt ñộ [16]
Trong thực tế, quá trình phân huỷ của nguyên liệu trong ñiều kiện nhiệt ñộ khí
quyển xảy ra với tốc ñộ chậm vì ñiều kiện nhiệt ñộ không thuận lợi: Thấp hơn nhiệt
20

ñộ tối ưu (37
0
C) và thăng giáng ngày ñêm. ðối với phân ñộng vật thời gian phân
huỷ hoàn toàn có thể kéo dài tới vài tháng. ðối với nguyên liệu thực vật, thời gian
này kéo dài tới hàng năm. Tuy nhiên tốc ñộ sinh khí chỉ cao ở thời gian ñầu, càng
về sau tốc ñộ sinh khí càng giảm. Quá trình phân huỷ của nguyên liệu xảy ra trong
một thời gian nhất ñịnh.
Ta gọi thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị phân huỷ.

ðây là khoảng thời gian dịch phân huỷ sản sinh ra khí sinh học. ðối với chế ñộ nạp
liên tục, nguyên liệu ñược bổ sung hàng ngày. Khi một lượng nguyên liệu mới nạp
vào, nó sẽ chiếm chỗ của nguyên liệu cũ và ñẩy dần nguyên liệu cũ về phía lối ra.
Thời gian lưu chính bằng thời gian nguyên liệu chảy qua thiết bị từ lối vào tới lối ra.
Thời gian này ñược tính bằng tỷ số giữa thể tích phân huỷ và thể tích nguyên liệu
nạp bổ sung hàng ngày. Trong ñiều kiện nhiệt ñộ khí quyển, nếu chúng ta lưu giữ
nguyên liệu trong bể phân huỷ cho tới khi chúng phân huỷ hoàn toàn thì chúng ta
phải xây bể phân huỷ rất lớn. Thí dụ ñể phân lợn phân huỷ hết phải mất trên 120
ngày. Nếu mỗi ngày ta nạp 10 kg phân (thể tích gần bằng 10 lít) pha với 10 lít nước
thì ta phải có bề chứa dung tích: (10 lít phân + 10 lít nước) x 120 ngày = 2400 lít =
2.4m
3
. Mặc dù thời gian lưu càng lớn thì khí thu ñược từ một lượng nguyên liệu
nhất ñịnh càng nhiều. Song như vậy thiết bị phải có thể tích phân huỷ rất lớn và vốn
ñầu tư sẽ nhiều. Vì thế người ta phải lựa chọn thời gian lưu sao cho trong khoảng
thời gian này tốc ñộ sinh khí là mạnh nhất và sản lượng khí thu ñược chiếm khoảng
75% tổng sản lượng khí của nguyên liệu. Thời gian này phụ thuộc vào loại nguyên
liệu và nhiệt ñộ môi trường. Trong ñiều kiện Việt Nam, Tiêu chuẩn ngành 10 TCN
492 - 2002 ñã qui ñịnh thời gian lưu ñối với phân ñộng vật như sau:
Bảng 1.2. Thời gian lưu ñối với phân ñộng vật theo Tiêu chuẩn ngành
Vùng Nhiệt ñộ trung bình về mùa ñông (
0
C) Thời gian lưu (ngày)
I 10 – 15 60
II 15 – 20 50
III > 20 40
21

Thời gian lưu ñối với nguyên liệu thực vật ñược qui ñịnh là 100 ngày.
Khuấy trộn

Khuấy trộn tạo ñiều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng qúa
trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng ñọng của các chất rắn xuống ñáy và
sự tạo bọt, váng trên mặt. Khuấy ñảo ñược thực hiện tốt nhất bằng cánh khuấy.
Các ñộc tố
Hoạt ñộng của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số các ñộc tố. Khi hàm
lượng của các loại này có trong dịch phân huỷ vượt quá một giới hạn nhất ñịnh sẽ
giết chết các vi khuẩn, vì thế không cho phép các chất này có trong dịch phân huỷ.
Trong thực tế các loại thuốc hoá học như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc sát trùng, các
chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn không ñược phép ñổ vào
các thiết bị khí sinh học.
Tóm tắt các ñiều kiện tối ưu cho quá trình sản xuất khí sinh học ñược cho ở
bảng dưới ñây.
Bảng 1.3. ðiều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học
TT Yếu tố ảnh hưởng Giá trị tối ưu
1. Nhiệt ñộ (
0
C) 30 - 40
2. pH 6.5 – 7.5
3. Thời gian lưu (ngày) - Phân ñộng vật 30 - 60
4. Thời gian lưu (ngày) - Thực vật 100
5. Hàm lượng chất khô (%) - Phân ñộng vật 7 - 9
6. Hàm lượng chất khô (%) - Thực vật 4 - 8
7. Tỷ lệ C/N 30/1
2.2.3.4. Phân hủy yếm khí của lipit
Phân giải của lipit và các hợp chất béo: Lipit ñược nhiều loại vi sinh vật sử
dụng làm nguồn dinh dưỡng. Lipit có nhiều trong các loại nước thải của các xí
nghiệp sản xuất dầu ăn, các lò mổ gia súc và các loại nước thải sinh hoạt. So với các
nguồn cơ chất khác lipit phân hủy chậm hơn. Bước ñầu tiên của qúa trình phân giải
22

lipit là phân giải chúng thành glixerin (hoặc các rượu ñơn chức) và các axit béo.
Lipaza của các vi sinh vật có phổ tác dụng khá rộng. Một số vi sinh vật sinh ra
enzyme photpholipaza xúc tác cho qúa trình phân giải lipit.
Sau khi phosphoril hóa thành glixerin sẽ tiếp tục chuyển hóa theo ñường
Embden – Meyerhof – Parnas và tích lũy lại năng lượng trong ATP. Các axit béo
ñược ñồng hóa nhờ quá trình β oxy hóa.
Ảnh hưởng của nồng ñộ lipit ñối với sự thủy phân và quá trình tạo khí metan
của mẫu nước thải giàu lipit ñược ñánh giá trong các quá trình phản ứng gián ñoạn
khi tăng nồng ñộ lipit từ 5% - 47% theo thành phần khối lượng, dựa trên nhu cầu
oxi hóa hóa học (COD) ñã ñược nghiên cứu [11]. Khí metan thu hồi ñược là trên
93% ñối với tất cả các thí nghiệm. Giai ñoạn ñầu của pha lag (giai ñoạn vi khuẩn
thích nghi) là khoảng 6 -10 ngày, ñược quan sát ñối với tất cả các thí nghiệm. Tốc
ñộ sản xuất khí metan ñược quan sát thấy là tương ñương nhau ñối với các thí
nghiệm sử dụng hàm lượng lipit là 5, 10, 18% (dựa vào số liệu COD). Khi hàm
lượng lipit cao hơn (31, 40, 47%), có sự ức chế mạnh ñược quan sát thấy. Tuy
nhiên, quá trình này có khả năng phục hồi từ sự ức chế. Khi nghiên cứu ảnh hưởng
của việc bổ sung enzim lipaza (thủy phân lipit), kết quả cho thấy nồng ñộ enzim cao
gây ức chế quá trình sản xuất metan. Sự có mặt của các enzim này làm tăng quá
trình thủy phân, nhưng các hợp chất trung gian sinh ra lại gây ức chế cho các bước
tiếp theo. Vì vậy, các axit béo dễ bay hơi cho thấy có xu hướng tương tự nhau trong
các thí nghiệm với các nồng ñộ lipit khác nhau, nhưng trở ngại chính cho quá trình
sản xuất khí metan là sự hình thành lên các axit béo mạch dài.
2.2.3.5. Ưu ñiểm và nhược ñiểm của các quy trình phân hủy sinh học yếm khí
Ưu ñiểm
Quá trình phân hủy yếm khí dùng CO
2
có sẵn như một tác nhân nhận ñiện tử
làm nguồn oxi của nó. Quá trình này không ñòi hỏi oxi vì việc cung cấp oxi sẽ làm
tăng ñáng kể chi phí xử lý nước thải.
Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra lượng bùn thấp hơn (từ 3 ñến 20 lần so

với quá trình hiếu khí), vì năng lượng do vi khuẩn yếm khí tạo ra tương ñối thấp.
Hầu hết năng lượng rút ra từ sự phân hủy chất nền là từ sản phẩm cuối cùng ñó là CH
4
.
23

Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra một loại khí có ích ñó là metan. Chất khí
này có chứa 90% năng lượng, có thể dùng ñể ñốt tại chỗ cho các lò phân hủy chất
thải, hay dùng ñể sản xuất ñiện năng. Khoảng 3 - 5% bị thải bỏ dưới hình thức
nhiệt. Việc tạo ra metan góp phần làm giảm BOD (nhu cầu oxi sinh hóa) trong bùn
ñã bị phân hủy.
Năng lượng cần cho xử lý nước thải cũng giảm.
Sự phân hủy yếm khí thích hợp cho chất thải có ñộ ô nhiễm cao.
Nhược ñiểm của qúa trình yếm khí
Quá trình này xảy ra chậm hơn quá trình hiếu khí.
Rất nhạy với chất ñộc.
ðòi hỏi một thời gian dài ñể khởi ñầu qúa trình này.
Thiết bị sử dụng cho qúa trình yếm khí ñòi hỏi kỹ thuật cao và phức tạp
Vì ñược coi là phân hủy sinh học các hợp chất qua một quá trình ñồng trao
ñổi chất, quá trình phân hủy yếm khí ñòi hỏi nồng ñộ chất nền ban ñầu cao.
2.2.4. Tái sinh chất thải
Khái niệm tái sử dụng rác thải của qúa trình sản xuất và sinh hoạt ñã có từ rất
lâu. Từ xưa, ông cha ta ñã tận dụng sắt vụn, ñồng vụn trong sản xuất nông cụ và vật
dụng sinh hoạt. Những hoạt ñộng tái chế sơ khai này ñã góp phần làm giảm giá
thành và giúp giải quyết vấn ñề khan hiếm nguyên liệu sản xuất thời ñó.
Ngày nay, trong bối cảnh cạnh tranh khốc liệt, vai trò của tái chế rác thải như
là nguồn cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu giá rẻ cho các công ty, xí nghiệp sản xuất
ngày càng trở nên quan trọng hơn. Nguồn nguyên liệu, nhiên liệu từ rác thải có thể
coi là vô tận vì có sản xuất là có rác thải và có cơ hội cho tái chế. Mặt khác việc tái
chế rác còn là một giải pháp hữu hiệu làm giảm chi phí cho sản xuất, giảm chi phí

xử lý chất thải và do ñó giá thành sản phẩm có thể giảm ñi. Bên cạnh ñó, tái chế rác
còn góp phần làm cho môi trường trong sạch hơn, cải thiện sức khỏe cộng ñồng và
còn là giải pháp quan trọng ñảm bảo cho sự phát triển bền vững của xã hội.
Với thành phần chủ yếu là các chất hữu cơ váng mỡ nhà hàng có thể phơi
khô hoặc nén lại ñể sử dụng làm chất ñốt.
24

Sử dụng chất thải tách lipit ñể làm ñiezen sinh học, cồn khô. Phần bã có thể
sử dụng làm thức ăn gia súc.
2.2.4.1. ðiezen sinh học
ðiezen sinh học: ðiezen sinh học ñược ñịnh nghĩa là các este mono ankyl
của các axit béo mạch dài chuyển hóa từ các nguồn nguyên liệu béo có khả năng tái
tạo như dầu thực vật.
ðể sản xuất ñiezen sinh học người ta cho ancol vào dầu thực vật và dùng
nhiều chất xúc tác khác nhau (ñặc biệt là hydroxit kali, hydroxit natri và các
ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt ñộ vào khoảng 60°C liên kết este của
glixerin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ ñược este hóa với ancol.
Chất glixerin hình thành phải ñược tách ra khỏi dầu ñiezen sinh học sau ñấy.
H
2
C
HC
H
2
C
OCOR
1
OCOR
2
OCOR

3
+ 3ROH
xúc tác
ROCOR
1
ROCOR
2
+
+
ROCOR
3
+
H
2
C
HC
H
2
C
OH
OH
OH

Triglixerit ancol este glixerin
Thông qua việc chuyển ñổi este này dầu ñiezen sinh học có ñộ nhớt ít hơn
dầu thực vật rất nhiều và có thể ñược dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu ñiezen
mà không cần phải cải biến ñộng cơ ñể phù hợp.
ðiezen sinh học có nhiều ưu ñiểm ñối với môi trường so với ñiezen thông
thường: ví dụ như ñiezen sinh học từ cây cải dầu phát sinh khí thải ít hơn rất nhiều
so với nhiên liệu hóa thạch. Bụi trong khí thải ñược giảm một nửa, các hợp chất

hyñrocacbon ñược giảm thiểu ñến 40%. ðiezen sinh học gần như không chứa ñựng
lưu huỳnh, không ñộc và có thể dễ dàng phân hủy bằng phương pháp sinh học.
ðiezen sinh học hiện nay ñược coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi
trường nhất trên thị trường.
Dầu nấu ăn thải từ các nhà hàng ở thành phố Hồ Chí Minh ñã ñược sử dụng
làm nguyên liệu ñể sản xuất ñiezen sinh học [10]. Hóa chất ñược dùng ở ñây là
ancol metylic, xúc tác là KOH. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ xúc tác, nhiệt
ñộ, tỉ lệ metanol/ khối lượng chất thải tới hiệu suất hình thành ñiezen sinh học. Kết
25

qủa hiệu suất từ 88 - 90% khi tỉ lệ metanol/khối lượng chất thải 7:1 - 8:1, nhiệt ñộ
30
0
– 50
0
C, khối lượng xúc tác là 0.75% so với khối lượng chất thải. ðiezen sinh
học và hỗn hợp của nó với ñiezen có những tính chất vật lý ñặc trưng cho nhiên liệu
ñiezen . Như vậy nếu tách ñược lipit chúng ta có thể sản xuất ñược ñiezen sinh học.
2.2.4.2. Cồn khô
Cồn khô ở dạng gel ñó là một trạng thái vật chất của một hệ keo có môi
trường phân tán ở thể rắn và chất phân tán ở thể lỏng. Chất phân tán ở ñây là ancol
etylic, môi trường phân tán là các chất rắn như C
17
H
35
COONa.
Trong thành phần của nhiên liệu cồn khô dạng gel này cũng có thể ñược trộn
vào một số chất mà vẫn không có ảnh hưởng bất lợi ñến tính chất của sản phẩm.
Các chất ñó có thể là: Thuốc nhuộm (như Phenolphtalein, Rose Bengal) dùng
ñể chỉ thị hoặc ñể gia tăng giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm; những chất dùng ñể tạo

màu ngọn lửa như muối Natri và muối Kali của Nitrat và Clorat, cũng như các muối
của Li, Bo, Cu…Những thành phần này chỉ ñược sử dụng với một lượng nhỏ,
thường thì sử dụng không vượt quá 1% khối lượng và thích hợp nhất là 0.5%.
Có rất nhiều phương pháp khác nhau dùng ñể ñiều chế cồn khô như:
2.2.4.2.1. Phương pháp ñiều chế cồn khô có sử dụng Canxi axetat bão hoà.
Khi trộn Canxi axetat bão hòa trong dung môi nước với rượu thì sẽ tạo thành
cồn khô dưới dạng keo Canxi axetat.
Kết quả trên có thể ñược giải thích bằng “phương pháp thay dung môi”: Khi
thông số trạng thái thay ñổi làm cho hóa thế cấu tử tồn tại trong môi trường phân
tán trở nên lớn hơn ở trạng thái cân bằng, do ñó xu hướng của quá trình sẽ diễn ra
theo chiều chuyển về trạng thái cân bằng, tức là pha mới ñược tạo ra [14]. Trong
phương pháp này dung môi ñược thay thế, tức là thay ñổi thành phần môi trường.
Do vậy, Canxi axetat bão hòa trong môi trường nước, nhưng nó trở thành quá bão
hoà trong môi trường rượu - nước (Canxi axetat không tan trong rượu) nên quá trình
ngưng tụ sẽ xảy ra.
2.2.4.2.2. Phương pháp ñiều chế cồn khô có sử dụng axit béo và kiềm
Trong ancol etylic nóng, axit béo ñược hòa tan tốt hơn và phản ứng nhanh
với kiềm tạo thành một tác nhân tạo gel là xà phòng axit béo và nước.