ứng dụng của phân compost, so sánh sinh học hiếu khí và kị khí

NHÓM 2
BÀI TẬP VỀ NHÀ
Câu 1: Ứng dụng của phân compost:
−

Việc làm phân compost giúp giảm lượng rác thải hữu cơ, làm giảm diện tích chôn

lấp ở bãi chôn lấp.
− Thu hồi năng lượng từ rác thải.
− Làm mất hoạt tính của vi sinh vật: Nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy
sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus
và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì đủ thời gian diệt mầm bệnh.
Sản phẩm có thể thải bỏ an toàn trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng
cho đất.
− Cải tạo đất trồng: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng
hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình làm phân Compost các chất
này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO 3- và PO43- thích hợp cho cây
trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến Compost bổ sung dinh dưỡng cho
đất và có khả năng làm giảm thoát dinh dưỡng do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ
tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến
nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn.
− Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Trong đất bón phân vi sinh với hàm lượng
dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng không những làm tăng
năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh cho cây trồng hơn so với các loại phân
hóa học khác.
Câu 2: So sánh 2 phương pháp sinh học hiếu khí và kị khí:

Phương trình
động lực học

Hiếu khí

(1)

Kị khí
(2)

1


Sản phẩm
đầu ra
Nguyên liệu
đầu vào
Vi sinh vật

Điều kiện tối
ưu

Giai đoạn lên
men

Phân loại

Phân hữu cơ khoáng, phân hữu cơ
sinh học
Rác vườn, CTR đô thị đã được
phân loại, hỗn hợp CTR đô thị, kết
hợp bùn thải từ quá trình xử lý
nước thải
+ Vi khuẩn
+ Xạ khuẩn: Penicillium, Bacillus,

Actinomyces.
+ Nấm
+ Động vật nguyên sinh
+ Trùng roi

CO2, CH4, phân lỏng, phân khô
CTR đô thị
Rác vườn

+ VK lên men thủy phân:
Clostridium,
Eubacterium,
Peptococcus)
+
Acetogenic
Bacterria:
Desulfovibrio, Syntrophobacter,
Syntrophomonas
+
Hydrogenotrophic
methanogens: Methanobacterium,
Methanobrevibacterium
+ C/N=20:1 – 30:1
+ C/N=30:1
+ pH=6-8
+ pH= 5,5 – 8,5
0
+ Nhiệt độ: 30 -35 C trong giai + Độ ẩm: 50-60%
đoạn nhiệt độ trung bình và 50- + Độ xốp: 32 – 36%
650C trong giai đoạn hiếu nhiệt.

Có 3 giai đoạn:
3 Giai đoạn:
- Gđ 1: vài giờ đến vài ngày
- Thủy phân
(thích nghi).
- Axit hóa
- Gđ 2: vài ngày đến vài tuần
- Acetat hóa
(phân hủy, diệt khuẩn)
- Gđ 3: Vài tuần đến vài
tháng( ưa nhiệt)
Có 3 loại:
+ Phân loại theo môi trường phản
- Tĩnh (dạng đánh đống và bể)
ứng: gồm phân hủy kị khí khô và
- Dạng bán động( ủ có đảo trộn): phân hủy kị khí ướt. Phân hủy kị
Đảo trộn thành luống hình khí khô, vật liệu đầu vào có độ ẩm
thang hoặc hình tam giác, tam 60-65%, phân hủy kị khí ướt, vật
giác có hất từ trước ra sau đảo liệu đầu vào có độ ẩm 85-90%.
trộn trên cùng 1 luống hoặc + Phân loại theo chế độ cấp liệu:
dùng băng chuyền chuyển từ Mẻ( hệ thống hoạt động gián đoạn
luống 1 sang luống 2, 2 luống theo mẻ), liên tục( hệ thống làm
song song nhau.
việc liên tục).
- Dạng động: ủ trống quay
+ Phân loại theo phân đoạn phản
ứng gồm 2 loại:
- Một giai đoạn: Toàn bộ quá
trình phân hủy xảy ra trong
2

một thùng phản ứng.
- Đa giai đoạn: toàn bộ quá
trình xảy ra ở nhiều thùng
phản ứng mắc nối tiếp.
Phân loại theo nguyên liệu đầu
vào:
- Phân hủy kết hợp với phân
động vật: thành phần hữu cơ
trong rác đô thị được trộn với
phân động vật và phân hủy
kết hợp với nhau. Quá trình
này cải thiện tỷ lệ C/N và sản
phẩm lượng khí ra.
- Chỉ phân hủy rác đô thị:
Thành phần nguyên liệu ban
đầu chỉ có thành phần hữu cơ
của rác đô thị được tạo huyền
phù với dịch lỏng.

(1) Động học của quá trình phân hủy kị khí CTR hữu cơ:

Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ của chất thải rắn sinh hoạt dưới điều kiện kị
khí xảy ra theo 3 bước:
-

Bước thứ nhất là quá trình thủy phân các hợp chất có phân tử lượng lớn thành

-

những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và mô tế bào.
Bước thứ hai là quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ bước 1 thành các hợp

-

chất có phân tử lượng thấp hơn xác định.
Bước thứ ba là quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các sản phẩm
cuối đơn giản hơn, chủ yếu là khí Metan và khí Cacbonic.
Trong quá trình phân hủy kị khí, nhiều loại vi sinh vật kị khí cũng tham gia quá trình

chuyển hóa chất hữu cơ của CTR thành sản phẩm cuối bền vững. Một nhóm vi sinh vật có
nhiệm vụ thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử và lipid thành các thành phần xây
dựng cấu trúc như axit béo, monosacarit, amino axit và các hợp chất liên quan. Nhóm vi
3


sinh vật kị khí thứ hai được gọi là nonmetanogeic lên men các sản phẩm đã cắt mạch của
nhóm 1 thành các axit hữu cơ đơn giản mà chủ yếu là axit acetic. Nhóm vi sinh vật thứ 3
chuyển hóa Hydro và axit acetic thành khí metan và cacbonic. Vi sinh vật metan hóa chỉ
có thể sử dụng một số cơ chất nhất định để chuyển hóa thành metan như CO 2+H2, formate
acetate, metanol, methylamines, CO. Các phương trình chuyển hóa như sau:
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
4HCOOH → CH4 + 2H2O + 3CO2
3CH3COOH → CH4 + CO2
4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2
4(CH3)3N + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2
Một cách tổng quát, quá trình chuyển hóa kị khí phần hữu cơ có trong chất thải rắn
sinh hoạt có thể được mô tả bằng phương trình sau:

CaHbNdSe + (4a – b – 2c + 3d + 2e) H2O → 1/8(4a + b – 2c - 3d - 2e)CH4
(2) Động học của quá trình phân hủy hiếu khí CTR hữu cơ:

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp,
hiện vẫn chứa được nghiên cứu chi tiết. Một cách tổng quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt
độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau:
-

Pha thích nghi: Là giai đoạn đầu cần để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới.
Pha tăng trưởng và ưa nhiệt: Là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất, giai đoạn ổn định
chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng sinh hóa xảy ra
trong quá trình ủ hiếu khí:

4


-

Pha trưởng thành: Giai đoạn nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường. Trong pha này,
quá trình lên men xả ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn, các chất
khoáng và cuối cùng là thành mùn. Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hóa,
amonia bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit và cuối cùng là thành nitrat:
NH4+ + 3/2 O2 → NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 1/2 O2 → NO3Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:
NH4+ + 2 O2 → NO3- + 2H+ + H2O
Mặt khác, trong mô tế bào NH4 cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưng cho quá
trình tổng hợp:
NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O → C5H7NO2 + 5 O2
Phương trình phản ứng Nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:
22 NH4+ +37O2 + 4CO2 + HCO3- → 21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+

Tóm lại, quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn nhiệt độ trung bình.
- Giai đoạn nhiệt độ cao.
- Giai đoạn làm mát và ổn định.

5