ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT ĐỂ SẢN SUẤT BIOGAS

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN

VI SINH VẬT HỌC
ĐỀ TÀI

ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT ĐỂ
SẢN SUẤT BIOGAS

1


GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH MAI
1.PHẠM THỊ MỸ PHÚ: 2008100231
2. NGUYỄN THỊ CHI: 2008100096
3. TRƯƠNG THỊ MỸ LUÔN: 2008100261
4. LÊ THẠCH KỲ: 2008100197

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1
NỘI DUNG ......................................................................................................2
1. KHÁI NIỆM BIOGAS ..................................................................................2
1.1 Khái niệm ..................................................................................................2
1.2 Sự tham gia của các vi sinh vật trong bể Biogas.......................................3
1.2.1 Nhóm vi sinh vật thuỷ phân và lên men các hợp chất hữu cơ ..........3

1.2.2 Nhóm vi khuẩn tạo acid............................................................... 4
1.2.3 Nhóm vi khuẩn sinh khí metan .....................................................4

2

CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH KHÍ BIOGAS NHỜ VI
SINH VẬT...................................................................................................4
2.1 Cơ chế .......................................................................................................4
2.2 Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí .......9

3

CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC VỀ NHÓM VI SINH VẬT SẢN XUẤT

BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS ..........................................12
3.1 Ứng dụng của nhóm vi sinh vật..................................................................12
3.2 . Xử lý biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong...................................13
KẾT LUẬN................................................................................................................20
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................21
2


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa-hiện đại hóa. Song
song với việc phát triển công nghiệp là nguy cơ ô nhiễm môi trường cao, bên cạnh
đó là sự thiếu hụt năng lượng nghiêm trọng đang rất cần một hướng giải quyết phù
hợp. Các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam đã và đang phát triển nghiên cứu
các nguồn năng lượng sinh học rẻ tiền và hạn chế sự ô nhiễm môi trường. Nhiều
nghiên cứu cho thấy trong quá trình sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật
đã tạo ra các sản phẩm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đằng sau
những con vi sinh vật nhỏ bé này có gì bí ẩn mà có thể được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực đến thế. Sau đây chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về nhóm vi sinh vật sản
xuất biogas qua bài tiểu luận “ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất biogas” để cùng

tìm hiểu xem bằng cách nào mà vi sinh vật đã biến những hợp chất hữu cơ phức
tạp thành khí sinh học tạo ra nguồn năng lượng mới đồng thời làm giảm nguy cơ ô
nhiễm môi trường.

3


NỘI DUNG
2. KHÁI NIỆM BIOGAS
2.1.
Khái niệm

Biogas là khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những
hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là
kỵ khí).
Các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí sẽ bị phân hủy thành
các chất hòa tan và các chất khí. Quá trình này có hàng ngàn phản ứng trong đó
phần lớn carbon, hydro, oxy bị chuyển hóa chủ yếu thành methane và khí
carbonic. Một phần nhỏ các nguyên tố canxi, phosphor, nitơ cũng bị thất thoát khi
qua sự phân hủy trong hầm biogas.
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành
phần của Biogas như sau:
Methane (CH4)
Carbon dioxide (CO2)
Nitrogen (N2)
Hydrogen (H2)
Hydrogen Sulphide (H2S)

55,65%
35,45%

0 ¸ 3%
0 ¸ 1%
0 ¸ 1%

CH4 có số lượng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khí đốt. Khí CH 4 là
1 chất khí không màu, không mùi nhẹ hơn không khí CH 4 ở 200C, 1atm, 1 m3 khí
CH4 có trọng lượng 0,716 kg. Khí đốt hoàn toàn 1 m 3 khí CH4 cho ra khoảng 5500
– 6000 kcal. Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân hủy sinh học. Phụ
thuộc loại phân, tỉ lệ phân nước, nhiệt độ môi trường, tốc độ dòng chảy… trong hệ
thống phân hủy khí sinh học kỵ khí.
Khí biogas có trọng lượng riêng khoảng 0,9 – 0,94 Kg/ m 3 trọng lượng
riêng này thay đổi do tỉ lệ CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp lượng H 2S
chiếm 1 lượng ít, có mùi hôi, tạo thành acid H 2SO4 khi tác dụng với nước gây độc
cho người và làm hư dụng cụ đun nấu.
2.2.

Sự tham gia của các vi sinh vật trong bể Biogas

4


Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân
sử dụng và điều kịên nhiệt độ. Có 3 nhóm vi sinh vật tham gia trong bể biogas
như sau: Nhóm vi khuẩn thuỷ phân và lên men các hợp chất hữu cơ, nhóm vi sinh
vật tạo acid và nhóm vi sinh vật sinh khí metan.
2.2.1.

Nhóm vi sinh vật thuỷ phân và lên men các hợp chất hữu cơ

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). Theo A.R.Prevot, chúng có
mặt trong các họ: Clostridium, Bacillus, Staphylococus,... Chúng thuỷ phân và lên
men trong điều kiện yếm khí cho ra các hợp chất đơn giản hơn như monosacarit,
amino axit hoặc các muối khác.

Bacteriodes là vi khuẩn gram âm, kị khí, có dạng hình
que, có lớp màng bên ngoài, 1 lớp peptidoglycan
và màng tế bào. Là vi khuẩn trong đường ruột.

Là một chi của vi khuẩn Gram dương, thường xuất
hiện từng cụm

Nhóm vi khuẩn tạo acid
Chủ yếu là Bacillus cereus, Bacillus knolkampi, Clostridium spp,

2.2.2.

Bifidobacterium spp, Lactobacillus, E.coli,Corynebacterium,...

Bifidobacterium spp là vi khuẩn gram
dương, kị khí, có dạng hình que nhánh.
Trong ruột, lên men đường để sản xuất
acid lactic.

5


Vi khuẩn Gram dương, có dạng hình que.

2.2.3.

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).
Họ Methanobacteriaceae có thành tế bào
cấu tạo từ pseudomurein, vì thế bắt mầu Gram
dương. Họ Methanobacteriaceae gồm có ba chi là
Methanobacterium,
Methanosphaera.

Methanobrevibacter
Các

loài

thuộc

và
chi

Methanobacteriumcó tế bào hình que hoặc hình
sợi, đôi khi tạo nhóm gồm nhiều tế bào. Tất cả các
loài thuộc chi này đều có khả năng sinh methane từ
H2+CO2.
Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng
một số chất nhất định. Do đó việc lên men kỵ khí bắt
buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan. Có như
vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để.
Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển mạnh là phải có lượng CO 2

đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ C/N =
1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon.
Trong quá trình lên men kỵ khí các loài VSV gây bệnh bị tiêu diệt không
phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có
mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh dinh
dưỡng,..Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến
100%.
6


3. CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH KHÍ BIOGAS NHỜ VI SINH

VẬT
Cơ chế

3.1.

Sự tạo thành khí sinh học là một quá trình lên men phức tạp xảy ra rất nhiều
phản ứng, cuối cùng tạo ra khí CH4 và CO2 và một số chất khác. Quá trình này
được thực hiện theo nguyên tắc phân huỷ kỵ khí, dưới tác dụng của vi sinh vật
yếm khí đã phân huỷ từ những chất hữu cơ dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn
giản, một lượng đáng kể chuyển thành khí và dạng chất hoà tan. Sự phân huỷ kỵ
khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian với sự tham gia
của các loại vi sinh vật đa dạng. Đó là sự phân huỷ protein, tinh bột, lipit để tạo
thành axitamin, glyein, acid béo, acid béo bay hơi, methylamine, cùng các chất
độc hại như: tomain (độc tố thịt thối), sản phẩm bốc mùi như: indol, scatol. Và
cuối cùng là liên kết cao phân tử mà nó không phân huỷ được dễ dàng bởi vi
khuẩn yếm khí như lignin, cellulose.
Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ là một quá trình phản ứng sinh hoá
rất phức tạp bao gồm những phản ứng và sự tham gia của các hợp chất khác nhau,

mỗi một hợp chất được thuỷ phân bởi một enzym cụ thể hoặc một chất xúc tác
riêng biệt. phản ứng đơn giản của quá trình này là:
Các hợp chất hữu cơ

CH4+ CO2 +H2+NH3+H2S

Một cách tổng thể, quá trình phân huỷ yếm khí gồm những giai đoạn sau
đây:
•
•
•

Bẻ gãy những liên kết polymer hay sự hoá lỏng
Hình thành acid
Hình thànhCH4

7


•

Giai đoạn 1: Bẻ gãy những liên kết polymer hay sự hoá lỏng
Chất thải hữu cơ có những hợp chất polymer hữu cơ như protein, chất béo,
carbohydrate, cellulose, lignin,.. và một số khác tồn tại ở những dạng rắn không
hoà tan. Trong giai đoạn này, các polymer bị bẻ gãy các liên kết do các enzym đặc

biệt được hình thành bởi các vi khuẩn thuỷ phân
• Thông thương rất khó phân biệt giai đoạn 1 và giai đoạn 2 bởi vì một số loại tế
•

bào được hấp thụ và phân huỷ ngay trong nội tại tế bào
Phản ứng thuỷ phân trong giai đoạn này sẽ biến đổi protein thành mono acid,
carbohydrate thành đường đơn giản và các chất béo thành acid dạng chuỗi. quá
trình hoá lỏng xenlulose và một số hợp chất phức tạp khác thành monomer đơn
giản chỉ xảy ra chậm tại giai đoạn 1 và diễn ra nhanh trong giai đoạn 2 và 3. Tốc
độ thuỷ phân phụ thuộc vào chất dinh dưỡng và nồng độ vi sinh vật cũng như các
yếu tố khác là nhiệt độ và pH..

•

Giai đoạn
2:

hình

thành acid
Các
monomer
được

hình
8


thành trong quá trình thuỷ phân trong giai đoạn 1 sau đó được biến đổi thành
CH3COOH ( acid acetic, acetats), H 2, CO2, bằng các vi sinh vật hình thành acid.
Các acid béo bay hơi hình thành được coi là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao
đổi chất của vi sinh vật đối với protit, chất béo, carbohydrate, mà các acid như
acetic, propionic, lactic là sản phẩm chính. Khí CO 2 thải trong quá trình dị hoá
carbohydrate, với các rượu CH3OH2 và các rượu đơn giản và các sản phẩm trung

gian trong việc phá vỡ carbohydrate

CH3CH2COOH + 2H2O → CH3COOH + CO2 + 3H2
Axit prifionic
CH3CH2CH2COOH + 2H2O → 2CH3COOH + 2H2
Axit butinic
•

Giai đoạn 3: hình thành CH4
• Các sản phẩm trong giai đoạn hai cuối cùng biến đổi thành CH 4 do nhóm vi sinh
vật gọi là methogen thực hiện. Vi khuẩn methogen phát triển trong điều kiện yếm
khí, tốc độ tăng trưởng chậm so với các vi khuẩn trong giai đoạn 1 và giai đoạn 2
• Vi khuẩn methogen sử dụng các acid acetic, CH 3OH (methanol), hoặc CO2 và H2
để sản xuất CH4. Acid acetic đóng vai trò quan trọng như là chất dinh dưỡng để
hình thành CH4, khoảng 70% hình thành từ acid acetic, còn lại được sản xuất từ
CO2 và H2. Một số chất cũng tham gia hình thành CH 4 như acid focmic nhưng
đóng vai trò không quan trọng trong quá trình lên men yếm khí.
• Vi khuẩn methogen cũng phụ thuộc vào vi khuẩn trong giai đoạn 1 và 2 vì chúng
cần nguồn dinh dưỡng thích hợp. ví dụ, hợp chất nitơ phải được khử thành
ammonia và thích hợp cho việc sử dụng hữu dụng của vi khuẩn lên men CH4
• Các nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc lên men kiềm (chủ yếu là các loại vi khuẩn lên
men metan như methanosarcina và methanothrix) đã chuyển hóa axit axetic và
hydro thành CH4, CO2.
• Cơ chế của sự tạo thành khí metan
Cơ chế 2 giai đoạn:
•

Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO 2, H2 và các sản
phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:
CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2

9


•

Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
CO + 3H2 → CH4 + H2O
4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2
4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O
4CH3OH

→ 3CH4 + 2H2O + CO2

CH3COOH → CH4 + H2O
Như vậy biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng của
enzym cellulosase và nhóm vi khuẩn metan, trong đó vai trò của enzym
cellulosase là phân hủy các chất hữu cơ thành các chất có phân tử thấp hơn, các
chất này nhờ nhóm vi khuẩn metan tác dụng với nhau tạo thành khí metan có khả
năng đốt cháy sinh năng lượng.
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí

3.2.

Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng
nếu như chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa
vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp
cho hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 5 → 10%, 90 → 95% còn lại là nước.
•

Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến

tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Thông thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến
trong quá trình xử lý yếm khí:
25 → 400C: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm.
50 → 650C: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt.
Nói chung khi nhiệt độ tăng tốc
độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ
trong khoảng 40→450C thì tốc độ sinh
khí giảm vì khoảng nhiệt độ này
không thích hợp cho cả hai loại vi
khuẩn, nhiệt độ trên 600C tốc độ sinh
khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 650C trở lên.
10


•

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ
Ở các nước vùng ôn đới nhiệt độ môi trường thấp; do đó tốc độ sinh khí

chậm và ở nhiệt độ dưới 10oC thể tích khí sản xuất được giảm mạnh. Để cải thiện
tốc độ sinh khí người ta có thể dùng Biogas đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun
nước nóng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm
ủ. Ngoài ra người ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên
trong tấm nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 5  10 oC, hoặc thiết kế
cho phần trên hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức
xạ mặt trời, hoặc tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng cách phủ phân compost
hoặc lá cây lên hầm ủ.

•

Ảnh hưởng của pH và độ kiềm
pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 → 7,6 tối ưu trong khoảng

7 → 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng
vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn
6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố
trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp
này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết
các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới
nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngoài ra người ta có thể
dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ
•

Ảnh hưởng của độ mặn

Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. Người ta đã tìm hiểu
khả năng sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho
thấy vi khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích
nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng
sinh khí không bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm
khí tại các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều
•

Các chất dinh dưỡng
Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để

đạt được tỉ số C/N từ 25/1 → 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn
11

sử dụng đạm từ 25 → 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan
trọng đối với quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định.
•

Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp
Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau:
Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày
Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT
Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở

giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi
khuẩn methane.
•

Ảnh hưởng của các chất khóang trong nguyên liệu nạp
Các chất khóang trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực

đến quá trình sinh khí methane. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình
sinh khí. Các chất khóang này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng.
Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có
mặt một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của
một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác.
•

Khuấy trộn
Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh

quá trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy

hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ.
CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC VỀ NHÓM VI SINH VẬT SẢN XUẤT

4.

BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS
Ứng dụng của nhóm vi sinh vật
Trong điều kiện tự thoáng khí Xenlulose có thể bị phân giải dưới tác dụng

4.1.

của nhiều vi sinh vật hiếu khí. Ngoài ra, còn có một số vi khuẩn kỵ khí có khả
năng tham gia tích cực vào quá trình phân giải xenlulose. Các loài vi sinh vật như:
Cytophaga, Cellulomonas, giống Bacillus, giống Clostridium, Aspergillus,…
•

Các nhà khoa học thuộc Trung tâm nghiên cứu và phát triển bền vững (Đại học
Nông nghiệp Hà Nội) đã sản xuất thành công phân hữu cơ sinh học từ rác th ảii
sinh hoạt và rác thải nông nghiệp.

12


Theo quy trình này, để sản xuất ra 1 tấn phân ủ hữu cơ sinh học cần từ 2 2,5 tấn rác thài sinh hoạt hoặc phế thải nông nghiệp, 250 - 300 lít nước và 5 lít
chế phẩm vi sinh. Sau thu gom rác thải, tiến hành phân loại, lựa chọn các vật liệu
hữu cơ như các phần loại bỏ từ rau, hoa quả, thân cây, rơm rạ, giấy loại…rồi đem
chúng đến bể ủ.
•

Sản xuất phân bón và xử lý môi trường nhờ các vi sinh vật thuỷ phân và lên men

kỵ khí:
+Xử lý chất thải hữu cơ
+Men xử lý hầm cầu (bể phốt).
• Vi khuẩn Clostridium góp phần vào quá trình cố định nito
Vi khuẩn Clostridium đồng hóa tốt tất cả các nguồn thức ăn nitơ vô cơ và hữu cơ,
cứ 1 gam đường gluco thì đồng hóa được 5 – 12 mgN.
Quá trình cố định nitơ phân tử là quá trình đồng hóa nitơ của không khí thành đạm
amôn dưới tác dụng của một số nhóm vi sinh vật có hoạt tính Nitrogenaza.
Là quá trình đồng hóa nitơ của không khí dưới tác dụng của các chủng giống vsv.
Thuộc về nhóm này có tới hàng nghìn chủng vsv khác nhau.
•

Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium. Đây là những thực khuẩn, cầu
khuẩn không tạo bào tử và hầu hết không di động, hô hấp tuỳ tiện. Chúng có khả
năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nên người ta sử dụng chúng để
làm sữa chua

Trong trường hợp này acid pyruvic được tạo thành theo sơ đồ. Sau đó
pyruvic sẽ tạo thành acid lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase

13


•

Ngày nay con người đã sử dụng các vi sinh vật để sản xuất men tiêu hoá cho vật
nuôi: Người ta đã sản xuất các men tiêu hoá cho vật nuôi bằng cách sử dụng
những vi khuẩn có lợi cho hệ tiêu hoá như vi khuẩn Bacillus
4.2.

Xử lý biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong
Để sử dụng nhiên liệu biogas cho động cơ cần phải giải quyết được các vấn
đề sau:
• Khí biogas không còn lẫn nhiều H2S: vì đây là thành phần có hại đến
động cơ đốt trong và con người. Khí này còn có mùi rất khó chịu, là mùi trứng
thối.
• Tách nước hoàn toàn ra khỏi hỗn hợp khí, đặc biệt trong những ngày
mưa thì lượng nước có trong hỗn hợp này rất cao, làm động cơ không phát huy hết
tính năng.
• Loại bỏ khí NH3 ra khỏi hỗn hợp khí: vì đây là thành phần gây mùi rất
khó chịu cho người sử dụng.
• Loại bỏ các tạp chất từ phân đi theo trong hỗn hợp.
• Tỷ lệ hoà trộn hỗn hợp phải đúng khi sử dụng cho động cơ đa nhiên
liệu.

14


Phương pháp loại bỏ H2S bằng cách cho khí này tác động trực tiếp vào
dung dịch kiềm, lúc này sẽ xảy ra phản ứng:
2NaOH+ H2S = Na2S + 2H2O
Muối Na2S kết tủa thu được có màu trắng đục, lắng xuống đáy bình. Sau
đó, cho khí biogas đi qua than hoạt tính để hút ẩm và dẫn tiếp biogas qua lưới lọc
nhằm tách hợp chất hữu cơ.

Hình 9. Sơ đồ nguyên lý lọc khí Biogas
1. Ống dẫn khí, 2. Máy nén khí, 3. Dung dịch NaOH, 4.Than hoạt tính, 5. Lưới
lọc, 6. Bình lọc

Thử nghiệm khí biogas trên động cơ

Nguyên lý mô hình chuyển đổi hệ thống nhiên liệu xăng sang sử dụng
biogas cho động cơ theo nguyên tắc tự hòa trộn với tỉ lệ tương thích
15


Hình 10. Nguyên lý hệ thống nhiên liệu khí biogas
Theo [4], hòa khí nạp vào xylanh được tính toán theo công thức:
BIC = (Vh.n)/(3456.ηv)
Trong đó:
BIC: Lượng biogas nạp vào xylanh.
Vh: Thể tích công tác của động cơ.
n: Số vòng quay động cơ.
ηv : Hiệu suất nạp của động cơ.

Hình 11. Đồ thị tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu [4][11].
Bằng nguyên lý trên họ đã chuyển đổi động cơ xăng dẫn động máy phát
điện hiệu KAWASAKI GA 2300-A sang sử dụng nhiên liệu biogas

16


Hình 12. Mô hình thí nghiệm động cơ biogas.
Kết quả thí nghiệm đo công suất và ô nhiễm khí thải từ động cơ trên máy
đo DITEST 5400 của hãng AVL cho kết quả trong bảng và đồ thị hình 11
Thử nghiệm động cơ dùng xăng
Bảng . Kết quả đo công suất và ô nhiễm động cơ phát ra khi sử dụng xăng
ne (v/p)

Ne (kWh)

CO (%)

NOx ppm

HC ppm

O2

(%)
3520
3000
2600
1680
1250
1220

300
600
900
1200
1500
1800

1,66
2,72
3,14
3,27
3,71
3,18

148
199
380
652
793
1001

263
298
339
350
354
330

1,21
0,7
0,5
0,52
0,46
0,42

Thử nghiệm động cơ dùng biogas
Bảng . Kết quả đo công suất và ô nhiễm động cơ phát ra khi sử dụng biogas
ne (v/p)

Ne (kW.h)

CO (%)

NOx ppm

HC ppm

O2

2720

300

4,33

88

555

1,75

2660

600

3,96

141

439

1,08

1300

900

1,99

536

333

0,97

1270

1200

1,02

428

532

4,50

(%)

17


1240

1500

2,11

1267

275

0,93

1170

1800

0,49

1830

212

1,23

1150

2100

0,38

2179

233

0.94

Trên hình 13 so sánh công suất máy phát điện khi sử dụng hai lọai nhiên
liệu xăng và biogas với các chế độ thử động cơ như nhau
.

Hình 13. Đồ thị so sánh công suất máy điện khi động cơ dùng nhiên
liệu xăng và biogas
Sử dụng khí biogas để chạy động cơ tĩnh tại dẫn động máy phát điện là giải
pháp hữu hiệu về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường ở nông thôn. Giải
pháp này giúp nâng cao đời sống sinh hoạt ở các vùng sâu, vùng xa - những nơi
mà thiếu lưới điện Quốc gia. Tuy nhiên, dùng biogas chạy động cơ biogas cho
công suất điện khỏang 5% so với khi động cơ sử dụng nhiên liệu xăng.
Khử H2S bằng kiềm (NaOH) là giải pháp đơn giản, có hiệu quả khi sử dụng
biogas từ hầm gas. Việc xử lý tạp chất chất hữu cơ và trộn mùi biogas làm nhiên
18


liệu cho động cơ đốt trong mang tính khả thi cao. Mức độ phát thải ô nhiễm, của
động cơ khi sử dụng bộ chuyển đổi nhiên liệu tự hòa trộn có HC lớn nhất là 532
ppm và 1,99 % CO, thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam về ô nhiễm khí thải..

19


KẾT LUẬN
Qua bài tiểu luận trên chúng ta thấy được vai trò vô cùng to lớn của vi sinh
vật nói chung và vi sinh vật kỵ khí nói riêng_ tuy hình thái nhỏ bé nhưng những

giá trị chúng tạo ra thì không hề nhỏ. Chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh
vực khác nhau. Ngoài việc các nhóm vi khuẩn này tham gia quá trình sản xuất
biogas còn được nghiên cứu trong các lĩnh vực khác nhau dựu vào nhóm vi sinh
vật thuỷ phân và lên men kỵ khí, tạo acid hay tạo metan.
Trong những năm gần đây đã có nhiều thành tựu về việc sử dụng các nhóm
vi sinh vật sản xuất biogas trong các lĩnh vực khác của đời sống như xử lý nước
thải, làm phân bón, tạo nguồn năng lượng sinh học, sản xuất men tiêu hoá cho vật
nuôi, làm sữa chua… vừa hạn chế ô nhiễm môi trường vừa tạo ra nhiều sản phẩm
có ích. Ngoài ra khí biogas có nhiều lợi ích cho cuộc sống hiện nay, nó có thể
dùng để sản xuất điện, sử dụng trong động cơ đốt trong,…
Những nghiên cứu về ứng dụng vi sinh vật nói chung và nhóm vi sinh vật
xản suất biogas nói riêng trong đời sống con người là rất lớn, tuy nhiên do thời
gian không cho phép và kiến thức còn hạn chế nên bài tiểu luận này chưa trình bày
hết về các nghiên cứu đó.

20


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. />2. />
biogas.536533.html
3. />4. />
biogas.293541.html
5. />6. />
21