KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ RÁC THẢI SINH HOẠT BẰNG BIOGAS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ
RÁC THẢI SINH HOẠT BẰNG BIOGAS

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: HUỲNH THÁI HÒA

Niên khóa

: 2007 - 2011

Tháng 07/2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ

RÁC THẢI SINH HOẠT BẰNG BIOGAS

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

PGS.TS. DƯƠNG NGUYÊN KHANG

HUỲNH THÁI HÒA

ThS. NGUYỄN KIÊN CƯỜNG

Tháng 07/2011


LỜI CẢM ƠN
Suốt đời ghi nhớ công ơn sinh thành dưỡng dục của cha mẹ, những lời khuyên
bảo và sự động viên của các anh và các chị.
Xin chân thành cảm ơn:
PGS.TS. Dương Nguyên Khang và ThS. Nguyễn Kiên Cường đã tận tình hướng
dẫn, dạy bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ
nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, đặc biệt là toàn thể quý Thầy Cô đã truyền đạt
những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại
trường.
Toàn thể các bạn lớp DH07SH đã chia sẻ buồn vui cùng tôi.
Các anh, chị và các bạn sinh viên Khoa Chăn nuôi Thú y đã tạo điều kiện và
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011

Huỳnh Thái Hòa

i


TÓM TẮT
Hiện nay, lượng rác thải sinh hoạt cộng đồng thải ra môi trường mỗi ngày là rất
lớn. Điều này làm ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, để
giảm tác động của rác thải đến môi trường thì phải có dự án xây dựng, thiết kế xử lý
rác thải. Việc xử lý rác thải hiệu quả sẽ hạn chế tác hại của chúng đối với môi trường
và sức khỏe con người, ngoài ra còn sản xuất lượng lớn năng lượng tái tạo cũng như
phân bón hữu cơ cho ngành trồng trọt. Vì vậy, chúng tôi mong muốn nghiên cứu xử lý
rác thải bằng biogas để giảm tác động gây ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo nguồn
năng lượng phục vụ đời sống như đun nấu, thắp sáng, chạy máy phát điện và sản xuất
phân hữu cơ sinh học cho trồng trọt.
Quá trình nghiên cứu gồm hai nội dung chính: khảo sát ảnh hưởng của rác thải
sinh hoạt lên khả năng sinh gas và ảnh hưởng của rác thải sinh hoạt trộn với phân heo
lên khả năng sinh gas.
Khả năng xử lý rác thải bằng hệ thống biogas đạt hiệu suất cao. Hệ thống
biogas đã làm giảm đáng kể các chỉ tiêu ô nhiễm nước thải lên đến 95% tùy theo thời
gian lưu trữ chất thải trong hệ thống biogas
Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng gas sinh ra thực tế của biogas đạt 63,1 % so
với lượng gas lý thuyết được tính theo công thức của Burton và Turner (2003):
VCH4 = 0,35 * (COD đầu vào – COD đầu ra) * Q.
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn đánh giá được khả năng sinh gas của rác thải
sinh hoạt dựa vào nồng độ vật chất khô và lập cơ sở thiết kế tính toán hệ thống xử lý
rác thải sinh hoạt bằng biogas.

ii

SUMMARY
Thesis title: observing the ability of producing gas and treating of waste by
biodigester
In the present, an amount of wastes in urban areas was released into the
environment. It was caused negative effects to the environment and human health.
Therefore, for reducing of the negative effects of waste have to contribute some
projects and designs for treating of wastes. The effective treament of wastes could
limit waste’s negative effects to the environment and human health, and produce good
organic fertilizer applied to agriculture. For reasons, the treatment of wastes by using
the biodigester will not only reduces negative effects to environment but also produces
renewable energy for serving the human life such as cooking, lighting, running the
generators.
The research had two objectives: observation on the effects of wastes in urban
areas to gas production by the biodigester and the study on effects of mixture the
wastes in urban areas and pig manure on gas production of biodigester.
The ability of treatment of wastes was high by using biogas systems. Biogas
systems have reduced wastes-polluted critiate significantly up to 95% depend on
effluent-maintained time in biogas systems.
The experiment results shown that the actual gas production was 63,1%
comparing to the theoral gas production based on the fomulation VCH4 = 0,35 * (COD
input – COD output) * Q by Burton và Turner (2003).
Moreover, the study could calculate the gas production from the wastes in
urban areas based on the dry matter of wastes and design of the volume of biodigester
for waste treating system.

iii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................i
TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
SUMMARY................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................. vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... viii
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................1
1.2. Yêu cầu .....................................................................................................................1
1.3. Nội dung thực hiện ...................................................................................................1
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................................2
2.1. Khái niệm ô nhiễm nước ..........................................................................................2
2.2. Dấu hiệu nhận biết nguồn nước bị ô nhiễm..............................................................2
2.3. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước ................................................................2
2.3.1. Các chỉ tiêu vật lý ................................................................................................. 2
2.3.1.1 Chỉ số pH .............................................................................................................2
2.3.1.2. Nhiệt độ ..............................................................................................................3
2.3.1.3. Độ màu ...............................................................................................................3
2.3.1.4. Độ đục.................................................................................................................4
2.3.2. Các chỉ tiêu hóa học và sinh hóa .......................................................................... 4
2.3.2.1. Chất rắn lơ lửng ..................................................................................................4
2.3.2.2. Tổng chất rắn ......................................................................................................4
2.3.2.3. Nhu cầu oxy hoá học ..........................................................................................5
2.3.2.4. Nhu cầu oxy sinh hoá .........................................................................................5
2.3.2.5. Kim loại nặng và các chất độc hại ......................................................................5
2.3.2.6. Oxy hòa tan.........................................................................................................6
2.3.2.7. Nitơ và phôtpho ..................................................................................................6
2.4. Tác động của rác thải đến môi trường ......................................................................6

iv


2.5. Một số phương pháp xử lý nước thải .......................................................................7
2.5.1. Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên ................................................. 8
2.5.1.1. Ao hồ tự nhiên ....................................................................................................8
5.2.1.2. Sử dụng thực vật thủy sinh .................................................................................8
2.5.1.3. Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo ..............................................9
2.5.1.4. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống ủ yếm khí biogas ...............................9
2.5.1.5. Các quá trình chuyển hóa chủ yếu trong phân hủy yếm khí ............................10
2.5.1.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí sinh học ...............................12
2.5.1.7. Vai trò của biogas trong sản xuất và đời sống..................................................14
2.5.1.8. Một số kiểu biogas ở Việt Nam ........................................................................15
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................18
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..........................................................................18
3.2. Vật liệu nghiên cứu.................................................................................................18
3.2.1. Mẫu nguyên liệu xử lý ........................................................................................ 18
3.2.2. Thiết bị và hóa chất sử dụng............................................................................... 18
3.2.2.1. Thiết bị..............................................................................................................18
3.2.2.2. Hóa chất sử dụng ..............................................................................................18
3.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................18
3.3.1. Cấu tạo hệ thống biogas thí nghiệm ................................................................... 18
3.3.2. Bố trí thí nghiệm ................................................................................................. 19
3.3.3. Tiến hành thí nghiệm .......................................................................................... 22
3.3.3.1. Lấy mẫu khảo sát ..............................................................................................22
3.3.4. Chỉ tiêu theo dõi ................................................................................................. 23
3.3.4.1. Nhiệt độ ............................................................................................................23
3.3.4.2. Chỉ số pH ..........................................................................................................23
3.3.4.2. Nhu cầu oxi hoá học .........................................................................................23
3.3.4.3. Khí gas ..............................................................................................................24

3.4. Phân tích số liệu......................................................................................................25
Chương 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN ............................................................................26
4.1. Khả năng xử lý chất thải của biogas .......................................................................26
4.1.1. Nhiệt độ rác thải đầu vào và đầu ra .................................................................... 26
4.1.2. pH của rác thải cho vào và chất thải đầu ra .........................................................27
v


4.1.3. Hàm lượng COD của chất thải đầu vào và đầu ra ...............................................28
4.2. Khả năng sinh gas của biogas.................................................................................29
4.2.1. Lượng gas sinh ra ............................................................................................... 29
4.2.2. Gas lý thuyết và gas thực tế ................................................................................ 31
4.2.3.Thành phần khí gas CH4 và CO2 ......................................................................... 32
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................34
5.1. Kết luận...................................................................................................................34
5.2. Đề nghị ...................................................................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................35
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

: Nhu cầu oxy sinh hóa

COD (Chemical Oxygen Demand)

: Nhu cầu oxy hóa học

C/N

: Tỷ lệ cacbon/nitơ

DO (Dissolved oxygen)

: Hàm lượng oxy hòa tan trong nước

E. coli

: Escherichia coli

T1

: Hệ thống biogas thứ 1

T2

: Hệ thống biogas thứ 2

T3

: Hệ thống biogas thứ 3

T4

: Hệ thống biogas thứ 4

T5

: Hệ thống biogas thứ 5

T6

: Hệ thống biogas thứ 6

T7

: Hệ thống biogas thứ 7

T8

: Hệ thống biogas thứ 8

TCVN

: Vật chất khô

VCK (Dry matter)

: Tiêu chuẩn Việt Nam

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Tỷ lệ C/N trong một số loại phân ..................................................................13
Bảng 3.1 Số liệu tính toán trong bố trí thí nghiệm 1.....................................................21
Bảng 3.2 Số liệu tính toán trong bố trí thí nghiệm 2.....................................................21

Bảng 4.1 Nhiệt độ chất thải đầu vào và đầu ra .............................................................26
Bảng 4.2 pH của rác cho vào và chất thải đầu ra ..........................................................27
Bảng 4.3 Hàm lượng COD của chất thải đầu vào và đầu ra .........................................28
Bảng 4.4 Lượng gas sinh ra ..........................................................................................30
Bảng 4.5 Gas sinh ra thực tế, lý thuyết và hiệu suất sinh gas .......................................31
Bảng 4.6 Khí gas CH4 và CO2 ......................................................................................32

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí ........................................12
Hình 2.2 Sơ đồ mô hình V – A – C – B kết hợp ...........................................................15
Hình 2.3 Mô hình thiết kế hệ thống xây nắp trôi nỗi của Ấn Độ .................................16
Hình 2.4 Mô hình thiết kế hệ thống xây nắp cố định của Trung Quốc ........................17
Hình 2.5 Mô hình thiết kế nylon. ..................................................................................17
Hình 3.1 Hệ thống thiết kế xử lý biogas .......................................................................19
Hình 3.2 Hệ thống nước thải đầu ra ..............................................................................20
Hình 3.3 Rác thải được cắt nhỏ ....................................................................................20
Hình 3.4 Hệ thống đo gas được ghi nhận bằng chiều cao cột khí trong bình chứa ......20

viii


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong cộng đồng xã hội hiện nay, lượng rác thải sinh hoạt thải ra môi trường
mỗi ngày là rất lớn, đặc biệt ở các Thành phố lớn Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng, Cần
Thơ, Hải Phòng, ... Rác thải nói chung và rác thải sinh hoạt nói riêng được quan tâm
đặc biệt vì chúng ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống và sức khỏe con người. Vì
vậy, để giảm ảnh hưởng của rác thải đến môi trường phải có những dự án xây dựng,
thiết kế, xử lý rác thải. Việc xử lý rác thải hiệu quả có thể hạn chế được tác hại của
chúng đối với môi trường và sức khoẻ con người, ngoài ra có thể sản xuất phân bón

hữu cơ cho ngành trồng trọt. Xử lý rác thải bằng biogas không những làm giảm tác
động gây ô nhiễm môi trường mà còn tạo nguồn năng lượng phục vụ đời sống sản xuất
như đun nấu, thắp sáng, chạy máy phát điện. Phương pháp này chủ yếu dựa vào sự
hoạt động phân hủy các chất hữu cơ của vi khuẩn trong điều kiện yếm khí. Các quá
trình xử lý này được diễn ra trong các bể được thiết kế xây dựng để phục vụ cho việc
xử lý rác thải. Tuy nhiên, hiệu quả của mô hình xử lý rác thải sinh hoạt nhằm tái sản
xuất những nguồn năng lượng có sẵn để phục vụ lợi ích con người thì chưa được khảo
sát một cách có hệ thống. Xuất phát từ những nhu cầu trên, chúng tôi thực hiện đề tài
“Khảo sát khả năng sinh gas và xử lý rác thải sinh hoạt bằng biogas”.
1.2. Yêu cầu
Khảo sát, đánh giá khả năng sinh gas và xử lý rác thải sinh hoạt và của rác thải
trộn với phân heo bằng hệ thống biogas.
1.3. Nội dung thực hiện
Khảo sát khả năng sinh gas của rác thải sinh hoạt và rác thải sinh hoạt trộn với
phân heo bằng hệ thống biogas qua các chỉ tiêu:
- Lít gas sinh ra theo thể tích hệ thống biogas.
- Lít gas sinh ra theo kg VCK
- Thành phần khí gas CH4 và CO2
- So sánh hiệu suất sinh gas thực tế với lý thuyết
- pH, nhiệt độ, COD của rác thải đầu vào và nước thải đầu ra biogas

1


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Khái niệm ô nhiễm nước
Hiến chương Châu Âu đã định nghĩa về ô nhiễm nước như sau “Ô nhiễm nước
là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm bẩn nước và gây
nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, cho động
vật nuôi và các loài hoang dã”. Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên mà thành phần

nước trong môi trường thủy quyển có thể bị thay đổi bởi nhiều chất thải đưa vào hệ
thống. Khi lượng chất thải đưa vào quá nhiều, vượt quá khả năng giới hạn của quá
trình tự nhiên làm sạch thì kết quả là nước bị ô nhiễm và việc nhận biết ô nhiễm nước
có thể căn cứ vào các trạng thái hóa học, vật lý và sinh học của nước.
2.2. Dấu hiệu nhận biết nguồn nước bị ô nhiễm
- Có xuất hiện các chất nổi trên bề mặt nước và các cặn lắng chìm xuống đáy nguồn.
- Thay đổi các tính chất lý học: độ đục, màu, mùi vị, nhiệt độ, pH, …
- Thay đổi thành phần hóa học: hàm lượng các chất hữu cơ và vô cơ, xuất hiện các
chất độc hại, …
- Lượng oxy hòa tan (DO) trong nước giảm do các quá trình sinh hóa để oxy hóa các
chất bẩn hữu cơ vừa mới thải vào.
- Các vi sinh vật thay đổi về loài và số lượng.
- Nguồn nước bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hệ thủy sinh vật và việc sử dụng
nguồn nước vào mục đích cấp nước hoặc mỹ quan của thành phố.
2.3. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
2.3.1. Các chỉ tiêu vật lý
2.3.1.1 Chỉ số pH
Chỉ số pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường
được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước. Trong nước, chỉ số pH được
tính theo công thức: pH = - lg [H+] và có thang đơn vị từ 0 - 14.
Khi: pH = 7 nước có tính trung tính.
pH < 7 nước có tính axit.
pH > 7 nước có tính kiềm.

2


pH là một trong những thông số quan trọng và được dùng để đánh giá mức độ ô
nhiễm nguồn nước, chất lượng của nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ,
khả năng ăn mòn và trong nhiều tính toán trong cân bằng axít - bazơ.

Môi trường pH càng gần 7 thì chất lượng môi trường nước càng tốt. Môi trường
càng có tính axit hoặc bazơ thì chất lượng môi trường nước càng xấu và càng ảnh
hưởng đến đời sống con người, động vật, thực vật và các vật liệu (Nguyễn Viết Lập,
2001)
Tác động của pH quá cao hay quá thấp là làm ảnh hưởng đến sinh lý của thủy
sinh vật. Làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào, làm rối loạn quá trình trao đổi
muối và nước giữa cơ thể của thủy sinh vật với môi trường ngoài. pH thích hợp cho đa
số loài cá nuôi là từ 6,5 – 9 và tốt nhất ở pH 7 (Nguyễn Liên, 1994).
2.3.1.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ của nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí
hậu. Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước. Nước mặt
(sông, hồ, ...) nước mạch nông có nhiệt độ dao động rất lớn, từ 4oC đến 40oC, phụ
thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước. Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định từ
17oC đến 31oC, không thay đổi theo mùa. Nước thải thường có nhiệt độ cao hơn nước
cấp.
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nó quyết định loài vi sinh vật nào tồn tại và phát
triển ưu thế trong hệ sinh thái nước.
Nhiệt độ của nước cao sẽ làm tăng quá trình trao đổi chất của hệ vi sinh vật
thuỷ sinh, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hệ vi sinh vật trong nước, có thể làm thay
đổi thành phần và số lượng quần thể động thực vật trong nước (Trần Minh Hải, 2005).
2.3.1.3. Độ màu
Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên. Các hợp chất sắt, mangan
không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còn các
loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh
hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Nước thải thường có màu nâu
đen hoặc đỏ nâu. Màu của nước được phân thành 2 dạng:
- Màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo lơ lửng, các chất hữu cơ.
- Màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên. Trong phân tích nước,
người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là nước sau khi lọc bỏ các chất không tan.
3

2.3.1.4. Độ đục
Độ đục trong nước do hạt rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân rã hoặc do các động
thực vật thủy sinh gây nên. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong dung
dịch nước, gây mất mỹ quan khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Các vi khuẩn có thể xâm nhập vào các hạt rắn lơ lửng nên gây trở ngại cho giai đoạn
khử trùng nước và có thể trở thành nguyên nhân gây bệnh từ nguồn nước. Độ đục là
một trong những nhân tố quan trọng gây ô nhiễm nước khó xử lý trong hệ thống cấp
nước công cộng bởi vì 3 lý do chính: mỹ quan, khả năng lọc và khử trùng nước. Nước
có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn.
2.3.2. Các chỉ tiêu hóa học và sinh hóa

2.3.2.1. Chất rắn lơ lửng (SS)
Chất rắn lơ lửng (SS) là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải. Các
SS hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân huỷ làm giảm DO của nguồn nước. Tùy theo kích
thước hạt, trọng lượng riêng của chúng, tốc độ dòng chảy và tác nhân hoá học mà các
SS có khả năng lắng xuống đáy, nổi lên mặt nước hoặc ở trạng thái lơ lửng. Các chất
rắn có trong nước là:
- Các chất vô cơ là dạng muối hòa tan hoặc không tan.
- Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động thực vật
phù du. Các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp.
Phân loại các chất rắn có trong nước:
- Chất rắn qua lọc có đường kính hạt nhỏ hơn 1μm (10-6 m): bao gồm dạng keo và
dạng hòa tan.
- Chất rắn không qua lọc có đường kính lớn hơn 1μm: bao gồm các hạt là xác rong tảo
có kích thước hạt 10-5 – 10-6 m ở dạng lơ lửng. Còn cát sạn, cát có kích thước trên
10-5 m có thể lắng cặn.

2.3.2.2. Tổng chất rắn

Tổng số chất rắn (TS) là trọng lượng khô còn lại sau khi cho bay hơi 1 lít mẫu
nước (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 103oC tới khi trọng
lượng không đổi. Đơn vị tính mg/l hoặc g/l.
Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng,
các hạt keo và chất rắn hoà tan. TS trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước

4


thải bay hoàn toàn toàn ở nhiệt độ 103 – 105oC. TS được tính bằng đơn vị mg/l (Lê
Hoàng Việt, 2003).

2.3.2.3. Nhu cầu oxy hoá học
Chỉ số COD trong kiểm soát nước ô nhiễm là lượng oxy cần thiết cho quá trình
oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O. COD biểu thị lượng
chất hữu cơ có thể oxy hoá bằng hoá học. Trong thực tế COD được dùng rộng rãi để
đặc trưng cho mức độ các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm kể cả các chất hữu cơ dễ
phân huỷ và khó phân huỷ sinh học. Tỷ lệ giữa BOD và COD thường xấp xỉ từ 0,5–
0,7. Việc xác định COD để đánh giá mức độ ô nhiễm (Đặng Kim Chi, 1999).
Phân gia súc chứa protein, lipid, cacbon hydrate…Quá trình lên men yếm khí
trong hầm ủ các chất này sẽ bị phân huỷ tạo ra các chất hoà tan đồng thời sinh ra hỗn
hợp khí CH4, CO2 và H2. Do đó hàm lượng chất hữu cơ giảm đáng kể trong quá trình
hấp thụ (Nguyễn Quốc Thành, 2000).
2.3.2.4. Nhu cầu oxy sinh hoá
BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hoá các
chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là nước thải. Đơn vị tính mg/l.
Hợp chất hữu cơ + O2 vi khuẩn CO2 + H2O
Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước là do
chất hữu cơ có thể bị vi sinh vật phân huỷ trong điều kiện hiếu khí. BOD là chỉ số chỉ
ra lượng oxy mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ trong nước

ô nhiễm, BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học ô
nhiễm trong nước càng lớn.
Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ trong nước có thể xảy ra hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Chủ yếu oxy hoá các hợp chất cacbua hydro, quá trình này xảy ra 20oC
kéo dài 20 ngày.
Cn Hm + (n + m/4)O2

vi khuẩn

nCO2 + m/2 H2O

- Giai đoạn 2: Oxy hoá các hợp chất nitơ, bắt đầu từ sau ngày thứ 10 (có trường hợp
bắt đầu từ ngày thứ 5).
2NH3 + 3O2 vi khuẩn 2NO2 - + 2H+ + 2H2O
2NO2 - + O2 vi khuẩn

2NO3 –

2.3.2.5. Kim loại nặng và các chất độc hại

5


Kim loại nặng trong nước thải có ảnh hưởng đáng kể đến các quá trình xử lý,
nhất là xử lý bằng phương pháp sinh học. Các kim loại độc hại gồm niken, đồng, chì,
coban, crôm, thủy ngân, cadimi. Ngoài ra còn có một số nguyên tố độc hại khác không
phải là kim loại nặng như: Cianua, Stibi (Sb), Bo, … Trong nước thải chúng thường
tồn tại dưới dạng cation và trong các liên kết với các chất hữu cơ và vô cơ.
2.3.2.6. Oxy hòa tan
Oxy hòa tan (DO) là lượng oxy trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh

vật sống dưới nước như: cá, lưỡng thể, thuỷ sinh, côn trùng. DO thường được tạo ra do
sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước
nằm khoảng 8 -10 mg/l và dao động mạnh phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, sự phân huỷ
hoá chất, sự quang hợp của tảo. Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật trong nước
giảm hoạt động hoặc chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô
nhiễm nước của các thuỷ vực.
2.3.2.7. Nitơ và phôtpho
Nitơ là một nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật do nó là
nguyên tố cần thiết tạo nên các protêin và các axit nucleic. Do đó, các số liệu về nitơ
rất cần thiết để đánh giá xem nước thải đó có thể xử lý được bằng các biện pháp sinh
học hay không. Nếu nước thải thiếu nitơ ta phải bổ sung nitơ để có thể xử lý bằng biện
pháp sinh học. Nếu trong nước thải có quá nhiều nitơ ta cần loại bỏ nitơ ra khỏi nước
thải để khống chế sự phát triển của tảo ở các nguồn nước tiếp nhận.
Phôtpho rất cần thiết cho sự sinh trưởng của tảo và một số sinh vật khác. Do
đó để khống chế hiện tượng tảo nở hoa ta phải loại bỏ phôtpho ra khỏi nước thải.
2.4. Tác động của rác thải đến môi trường
Nguồn gây ô nhiễm từ các xí nghiệp, dân cư tập trung đông, chợ Đầu Mối,
Trường học, Bệnh viện. Bao gồm chất thải rắn như phân rác, lông, thức ăn dư thừa và
nước rửa chuồng, vệ sinh trong quá trình chăn nuôi gia súc. Rác thải vừa là nguồn lợi
có giá trị do hàm lượng dưỡng chất của nó, nhưng bên cạnh đó nó cũng là nguồn chất
thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng nếu không có biện pháp quản lý và xử lý hữu
hiệu. Vấn đề tác động môi trường của rác thải thường được biết đến là mùi hôi, bụi và
thu hút ruồi muỗi. Tuy nhiên đây chỉ là tác động cục bộ ảnh hưởng đến bản thân của
con người. Rác thải còn có thể tác động trên một phạm vi rộng lớn hơn, thông qua việc

6


ô nhiễm không khí, đất, nước, và gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người (Phan Thị
Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006).

Ô nhiễm không khí: Thường được nhận biết bởi bụi, mùi hôi, và các chất gây
hiệu ứng nhà kính. Mùi hôi do sự phóng thích các chất khí như H2S, NH3, … một phần
nhỏ amonia trong không khí sẽ chuyển thành Nitro oxit là chất làm thủng tầng ozon
nhiều hơn carbon dioxit 320 lần. Ngoài ra trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh
metan có tác dụng giữ lại năng lượng mặt trời (hiệu ứng nhà kính), góp phần làm thay
đổi thời tiết toàn cầu, 16% lượng metan sinh ra hàng năm trên thế giới là từ chăn nuôi
(Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006).
Việc sinh khí amonia, dioxit sunphua và oxit nitrogen từ chất thải chăn nuôi sẽ
đưa đến những trận mưa axit.
Ô nhiễm nước mặt: Ô nhiễm môi trường nước do rác thải và gia súc bao gồm
hiện tượng phú dưỡng đối với nước mặt. Hiện tượng phú dưỡng là do sự phát triển tảo
quá mức, là do dư chất đạm và phosphate trên bề mặt các ao hồ. Do đó, các vi khuẩn
phân huỷ rong tảo cũng phát triển, sử dụng oxi trong nước và khi chết đi tạo mùi vị
khó chịu cho nước. Sự phú dưỡng cũng gắn liền với sự phát triển của một loại sinh vật
mang tên Pfiesteria piscicida có khả năng giết chết cá hàng loạt và gây bệnh cho
người (Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006).
Ô nhiễm môi trường đất: đây là trường hợp đặc biệt đối với phosphate, nếu đất
có tỷ lệ sét cao thì khả năng kết hợp với phosphate cũng khá cao. Khả năng này đạt
cực đại thì bao nhiêu phosphate bón vào đất sẽ ngấm xuống tầng dưới gây ô nhiễm
nước ngầm. Đất bón phân heo nhiều năm ở lượng cao cũng bị nhiễm kim loại nặng
như đồng, kẽm vì những chất này thường được đưa vào thức ăn gia súc để làm tăng
trọng và ngừa bệnh. Về lâu dài các chất này có thể có hại cho cây trồng và vật nuôi.
Đất bón nhiều phân gia súc sẽ chứa nhiều nitrogen và photpho, khi có mưa dễ bị ngấm
qua đất vào nước ngầm dạng nitrate, ngoài ra còn có thể chảy tràn qua mặt đất ra sông
làm ô nhiễm mặt nước (Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi trích dẫn bởi Nguyễn
Thị Minh Hồng, 2006).
Thu hút nhiều ruồi nhặn: rác thải sinh là môi trường lý tưởng để trứng ruồi phát
triển thành giòi, sau đó biến thành ruồi, ruồi dễ dàng truyền lây dịch bệnh cho người
và động vật.
2.5. Một số phương pháp xử lý nước thải

7


2.5.1. Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên
2.5.1.1. Ao hồ tự nhiên
Sử dụng ao hồ tự nhiên để xử lý chất thải là một hình thức xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học bằng các quá trình tự làm sạch để xử lý nước thải. Trong các ao
hồ này các hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vi khuẩn
và tảo là các quá trình sinh học chủ đạo. Các quá trình lý học, hóa học gồm các hiện
tượng pha loãng, lắng, hấp thụ, kết tủa, các phản ứng hóa học cũng diễn ra tại đây.
Quần thể động thực vật trong ao hồ đóng vai trò quan trọng trong quá trình vô cơ hóa
các hợp chất hữu cơ trong chất thải. Đầu tiên, vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ
phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản và vô cơ, đồng thời trong quá trình quang hợp
chúng lại giải phóng ra oxy cung cấp cho cá. Cá bơi lội khuấy trộn nước có tác dụng
tăng sự tiếp súc của oxy với nước, thúc đẩy sự hoạt động, phân hủy của vi sinh vật.
Tùy theo sự hiện diện của oxy trong các ao hồ mà người ta phân chia các loại ao hồ để
xử lý nước thải thành ao hiếu khí, ao tùy nghi, ao kỵ khí.
Ngày nay, người ta sử dụng ao hồ để xử lý chất thải và đồng thời tái sử dụng chất dinh
dưỡng trong chất thải để sản xuất tảo và nuôi cá, chất thải chăn nuôi có thể thải trực
tiếp vào ao hồ sau khi nước đã được xử lý qua hầm biogas.
5.2.1.2. Sử dụng thực vật thủy sinh
Thực vật thủy sinh là các loài thực vật tăng trưởng trong môi trường nước,
chúng có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố
rộng của chúng. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng chúng để xử lý chất thải, lấy đi
các chất dinh dưỡng trong chất thải tránh hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước,
chuyển hóa các chất dinh dưỡng vào cơ thể chúng để phân hủy chất thải. Các loại thực
vật thủy sinh chính gồm:
- Thực vật thủy sinh sống chìm: loài thủy sinh vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ
phát triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên các tác hại như làm
tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó

các loài thực vật thủy sinh này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải.
- Thực vật thủy sinh sống nổi: rễ của loài thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng
trên mặt nước, lá của nó phát triển trên mặt nước theo gió và dòng nước. Rễ của chúng
tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải.

8


- Thực vật thủy sinh sống trôi nổi: loài thực vật thủy sinh này có rễ bám vào đất nhưng
thân và lá phát triển trên mặt nước. Loài này thường sống ở những nơi có thủy triều ổn
định.
2.5.1.3. Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo
Bể lọc sinh học: hoạt động như một bể lọc, có thể làm sạch nước thải hữu cơ nhờ sự
hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Các vi sinh vật này hình thành trên bề mặt của
vật liệu đệm, tạo thành lớp màng sinh vật bám dính trên bề mặt vật liệu đệm. Để một
bể lọc sinh học hoạt động tốt, hiệu quả cao, nhất thiết phải phân bố đều nước thải trên
bề mặt lọc, thông gió cung cấp oxy đầy đủ cho các vi sinh vật hoạt động, tải lượng và
tốc độ thích hợp.
Bể bùn hoạt tính: bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các hạt có
kích thước khác nhau. Các hạt có thể là các vi khuẩn 0,5 – 5 µm hoặc là các bông bùn
lớn từ 1 mm trở lên. Bông này bao gồm tập hợp những vi sinh vật hiếu khí (vi khuẩn,
nấm men, nấm mốc, giòi, …) tự hình thành khi thổi không khí vào nước. Việc sục khí
hoặc khuấy trộn có tác dụng xáo trộn tốt, đồng thời cung cấp oxy cho vi sinh vật hoạt
động, tăng hiệu quả xử lý của bể.
2.5.1.4. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống ủ yếm khí biogas
Khí sinh học: biogas hay còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh ra
từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường
yếm khí. Hỗn hợp khí này chiếm tỷ lệ gồm CH4 60 – 70%, CO2 30 – 40%, phần còn
lại là một lượng nhỏ khí N2, H2, CO, CO2 và CH4 có số lượng lớn và là khí chủ yếu tạo
ra năng lượng khi đốt. Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân hủy sinh học,

do đó số lượng khí sinh ra này sẽ tùy phụ thuộc loại phân, tỷ lệ phân nước, nhiệt độ
môi trường, tốc độ dòng chảy trong hệ thống phân hủy khí sinh học.
Đặc tính khí sinh học biogas: khí biogas có trọng lượng riêng khoảng 0,9 – 0,94
kg/m3, trọng lượng riêng này thay đổi do tỷ lệ CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp.
Lượng H2S chiếm một lượng ít, có mùi hôi, tạo thành axit H2SO4 khi tác dụng với
nước gây độc cho người và làm hư hỏng các dụng cụ đun nấu. Mùi hôi của chất này
giúp xác định nơi hư hỏng để sửa chữa.
Khí biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn nó với tỷ lệ từ 6 – 25% trong
không khí, vì thế khi sử dụng gas này sẽ có tính an toàn cao. Nếu hỗn hợp khí mà CH4
chỉ chiếm 60% thì 1 m3 gas cần 8 m3 không khí. Nhưng trong thực tế, khí biogas được
9


cháy tốt trong không khí khi nó được hòa lẩn ở tỷ lệ là 1/9 – 1/10 (Ủy ban Khoa học
kỹ thuật Đồng Nai, 1989).
Đặc tính của khí CH4: khí CH4 là một chất khí không màu, không mùi và nhẹ hơn
không khí. CH4 ở 20oC, 1 atm, 1 m3 khí CH4 có trọng lượng 0,716 kg. Khi đốt hoàn
toàn 1 m3 khí CH4 cho ra khoảng 5.500 – 6.000 kcal.
2.5.1.5. Các quá trình chuyển hóa chủ yếu trong phân hủy yếm khí

Quá trình thuỷ phân: các chất thải hữu cơ chứa các chất hữu cơ cao phân tử như
protein, chất béo, cacbonhydrat, xellulozơ, lignin, … Trong giai đoạn thủy phân, sẽ
được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các nhóm vi
khuẩn yếm khí thủy phân các hợp chất hữu cơ hợp thành các chất dễ hòa tan như: axit
amin, đường, axit béo mạch dài, rượu. Vì chỉ khi đó các chất này mới có khả năng hấp
thụ qua màng tế bào vi sinh vật.
Các quá trình thủy phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi
trường như nhiệt độ, pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải.
Quá trình axit hóa: quá trình thủy phân sẽ được tiếp tục phân giải dưới tác động của
vi sinh vật lên men axít để tạo thành các axít dễ bay hơi như axít acetic, propionic,

formic, lactic, butyric, succinic. Ngoài ra còn có một số dạng khác như rượu và các
xeton (etanol, metanol, glycerol, aceton), NH3, CO2 và H2. Do nhiều axit hữu cơ được
sinh ra trong quá trình lên men này nên quá trình vi sinh vật học tổng thể trong giai
đoạn này thường được gọi là bước sinh axít. Các vi khuẩn tạo axit chủ yếu là vi khuẩn
tùy tiện phân hủy protit và vi khuẩn amon hóa axít amin, thường gặp là: Clostridium,
Lactobacillus,

Desulfovibrio,

Corynebacterium,

Actinomyces,

Staphylococcus,

Escherichia coli. Một số loại vi khuẩn hiếu khí cũng tham gia trong giai đoạn đầu của
quá trình lên men yếm khí, những vi khuẩn này bao gồm: Psedomonas,
Flavobacterium, Alcaligenes, Micrococcus, Sarcina vulgaris, Escherichia coli. Nhiều
loại nấm mốc như Penicillium, Fusarium,…và các động vật nguyên sinh cũng tham
gia quá trình lên men axít.
Quá trình axetat hóa: các axit là sản phẩm của quá trình trên lại tiếp tục được thủy
phân để tạo lượng axit acetic nhiều hơn. Sản phẩm của quá trình này phụ thuộc vào áp
suất riêng phần H2 trong môi trường. Áp suất riêng phần của H2 được giữ < 10-3 atm
để vi sinh vật có thể biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng sau:

10


4H + CO → CH + 2H O
2

2

4

2

- Các loài vi sinh vật đầu tiên (dinh dưỡng hydro): là các vi khuẩn cổ hóa dưỡng vô cơ.
Chúng dùng H2 để khử CO2 nhằm thu năng lượng và là các vi khuẩn cổ tự dưỡng vì
chúng sử dụng CO2 làm nguồn cacbon.
- Các loài vi sinh vật thứ hai (sinh axetat): là các vi khuẩn cổ hóa dưỡng hữu cơ vì
chúng cắt axetat thành CH4 và CO2, thu nhận năng lượng của mình từ axetat:
CH3COOH → CH4 + CO2
Axetat là một anion, khi bị cắt đôi thành CH4 và CO2 thì cần một cation cặp đôi
tham gia vào quá trình. Khi ion cặp đôi đó là NH4+, được sinh ra trong bước lên men
đầu, thì amoni bicacbonat (NH4HCO3) sẽ được tạo thành. Khi cation cặp đôi là H3O+
được sinh ra trong bước đầu thì axit cacbonic (H2CO3) sẽ được tạo thành và CO2 sẽ
được giải phóng trong thể tích khí thoát ra. Kết quả của hai trường hợp làm môi trường
trở nên kiềm hóa (pH tăng lên), tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển.
Nhóm vi khuẩn chủ yếu trong giai đoạn này là: Methalnobacterium,
Methalnosacrina, Methalnococcus, Methalnobrevibacter, Methalnothrix.
Quá trình metan hóa: vi sinh vật chuyển hóa metan chỉ có thể phân hủy một số loại
cơ chất nhất định như acetat, metanol, metylamin và CO2, CO, H2. Đó là giai đoạn
cuối cùng của quá trình phân hủy các sản phẩm hữu cơ đơn giản của những giai đoạn
trước để tạo thành CH4 và CO nhờ các vi khuẩn lên men CH4. Chúng gồm hai nhóm:
2

- Nhóm biến đổi axetat: nhóm này có tốc độ phát triển chậm và đây là nguyên nhân mà
công trình xử lý yếm khí phải có thời gian lưu các chất thải ở công trình lâu.
- Nhóm biến đổi hydrogen: nhóm này có tốc độ phát triển nhanh hơn nhiều, chúng giữ

vai trò quan trọng trong quần thể vi sinh vật sinh metan tổng thể. Các vi khuẩn này có
khả năng giữ áp suất riêng phần của hidro thấp, tạo điều kiện tốt cho quá trình axít béo
chuyển hóa thành axêtat. Do đó cần phải theo dõi sát nồng độ hydro. Dưới điều kiện
nồng độ hydro cục bộ cao, sự tạo thành axetat giảm và chất nền sẽ chuyển thành axít
propionic, butyric và etanol thay vì metan.
- Vi khuẩn sinh CH4 là những vi khuẩn gam (-), thường không di động. Chúng phát
triển rất chậm trong môi trường nước thải. Khoảng 2/3 khí CH4 được tạo ra từ sự
chuyển hóa axetat của nhóm vi khuẩn này và 1/3 còn lại là do sự suy giảm CO2 tạo ra
bởi hydro.

11


Như vậy, quá trình phân hủy yếm khí được chia thành các giai đoạn chính như
sau:

Hình 2.1 Sơ đồ ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí (Cathy,1981).
2.5.1.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí sinh học
Điều kiện kỵ khí tuyệt đối: quá trình lên men phân hủy một hợp chất hữu cơ trong
hầm ủ phân đòi hỏi điều kiện kỵ khí tuyệt đối, oxy được coi là độc tố đối với các vi
sinh vật. Sự có mặt của oxy sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng hoạt động của vi sinh vật
tạo khí làm cho quá trình tạo khí giảm đi hay ngừng hẳn.
Nhiệt độ: nhiệt độ làm thay đổi lớn đến quá trình sinh gas trong hầm ủ. Sự tăng
trưởng phát triển của nhóm vi khuẩn yếm khí rất nhạy cảm bởi nhiệt độ. Nhóm vi
khuẩn này hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 31oC – 36oC, dưới 10oC nhóm vi khuẩn này
hoạt động yếu, dẫn đến gas và áp lực gas sẽ yếu đi. Tuy nhiên, ở nhiệt độ trung bình
khoảng 20 – 30oC cũng thuận lợi cho chúng hoạt động. Trong lúc đó, nhóm vi khuẩn
sinh khí metan lại rất nhạy cảm với sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ, nhiệt độ thay
đổi cho phép hàng ngày chỉ khoảng 1oC (Ủy ban Khoa học kỹ thuật Đồng Nai, 1989).
Theo Burton và Turner (2003) cho thấy:

- Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa lạnh: 10 – 20oC.
- Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa nhiệt: 20 – 40oC.
- Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa nóng: 40 – 60oC.
Chỉ số pH môi trường: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi
khuẩn sinh khí CH4. Vi khuẩn sinh khí CH4 ở pH 4,5 – 5,0. Khi pH > 8 hay pH < 6 thì
hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh (Nguyễn Thị Thủy, 1991). Theo Lê Hoàng
Việt (2000), khi pH giảm thấp dưới 6 là do tích tụ quá độ các axit béo do hầm ủ bị
nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp đã ức chế hoạt động của vi
12


khuẩn sinh CH4. Trong trường hợp này, người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi
khuẩn sinh CH4 sử dụng hết các axit thừa, khi hầm ủ đạt tốc độ sinh khi bình thường
trở lại thì người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng quy định. Ngoài ra
người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ.
Thời gian ủ: lượng gas sinh ra sẽ phụ thuộc nhiều vào thời gian ủ dài hay ngắn, thời
gian ủ tùy thuộc vào đặc tính của nước thải và nhiệt độ môi trường, thời gian ủ phải
được kéo dài đủ để vi khuẩn kỵ khí phân hủy hoàn toàn các chất có trong nước thải. Ở
cùng một nhiệt độ và tỷ lệ pha loãng chất dinh dưỡng, khả năng sinh gas cao nhất với
thời gian ủ kéo dài từ 30 đến 40 ngày.
Hàm lượng chất rắn: hàm lượng chất rắn dưới 9% thì hoạt động của hầm ủ sẽ tốt.
Hàm lượng chất rắn ở khoảng 7 – 9%, khả năng sinh gas tốt hay xấu sẽ còn tuỳ thuộc
vào nhiệt độ môi trường. Ở Việt Nam vào mùa khô, nhiệt độ cao, sự phân hủy tốt khả
năng sinh gas cao nên hàm lượng chất rắn trong hầm giảm, do đó cung cấp chất rắn
cao hơn vào hầm ủ là có thể chấp nhận được và ngược lại.
Thành phần dinh dưỡng: để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường, liên tục thì
phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật.
Thành phần chính của nguyên liệu là C, N và nó nguồn cung cấp cần thiết cho sự tổng
hợp amino axit, protein và axit nucleic và cũng là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự
phát triển của vi sinh vật và giúp cho quá trình lên men nhanh hơn.

Bảng 2.1 Tỷ lệ C/N trong một số loại phân
Loại phân

Tỷ lệ C/N

Trâu bò

25/1

Heo

13/1
5/1 – 10/1

Gà
Cừu

29/1

Ngựa

24/1

Người

2,9/1

(Ủy ban khoa học kỹ thuật Đồng Nai, 1989).
Để đảm bảo sự cân đối dinh dưỡng cho hoạt động của vi sinh vật kỵ khí thì cần
chú ý đến tỷ lệ C/N (Bảng 3.1). Tỷ lệ thích hợp từ 25/1 đến 30/1 cho sự phân hủy kỵ

khí tốt.
13


Sulfur hydro (H2S): H2S có trong thành phần của dịch lên men, nếu ở nồng độ cao
có thể tạo thành chất độc đối với vi sinh vật và ức chế sự sinh khí CH4 và gây ra sự
thay đổi thành phần của khí CH4. Điều này có thể phục hồi bằng cách loại bỏ H2S
hoặc pha loãng với nước, trong trường hợp nghiêm trọng phải khuấy mạnh để H2S ra
khỏi dịch phân. Sự hiện diện của H2S có thể ăn mòn kim loại: sắt, kẽm, quan trọng
hơn là sự ăn mòn những thiết bị chứa gas, thiết bị đo gas, van… Ta có thể loại H2S
bằng cách bỏ vôi sống vào hầm nhưng hạn chế đưa vào những hầm có kích thước lớn
trong thời gian dài vì nó tạo ra những mùi rất khó chịu và mùi này thì rất khó xử lý,
nồng độ CO2 càng cao thì quá trình loại bỏ H2S rất khó, lượng CO2 tác dụng với vôi
sống sẽ tạo thành Ca(HCO3)2. Phương trình phản ứng diễn ra như sau:
Ca(OH)2 + H2S = Ca(SH)2 + H2O
Các chất gây trở ngại quá trình lên men: vi khuẩn sinh CH4 dễ bị ảnh hưởng bởi
các độc tố và các hợp chất vô cơ như oxy, amoniac, clo, hợp chất vòng benzen,
formaldehyde, axit bay hơi, axit béo, kim loại nặng. Khi hàm lượng các loại này có
trong hầm ủ vượt quá giới hạn nhất định sẽ giết chết các vi khuẩn. Một số nghiên cứu
đã cho thấy một số chất có hàm lượng sau đây sẽ ức chế quá trình lên men của vi
khuẩn kỵ khí.
Một số yếu tố khác
- Thể tích hầm biogas: yếu tố này có liên quan đến thời gian lưu lại của dịch phân ngắn
hay dài và số lượng phân phù hợp với kích cở hầm.
- Tổng thể tích phân nước cho vào trong ngày và tỷ lệ phân nước.
- Từng loại phân khác nhau cho số lượng gas khác nhau.
- Tỷ lệ phân nước: dịch phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy, ngược
lại dịch phân quá cao sẽ tạo lớp váng trên bề mặt của hầm gây cản trở quá trình sinh
khí. Ngoài ra yếu tố nhiệt độ, pH, số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả
năng tạo gas.

2.5.1.7. Vai trò của biogas trong sản xuất và đời sống
Cung cấp năng lượng: khí đốt sinh học ra đời tạo ra một nguồn chất đốt mới, phục
vụ nhu cầu nấu nướng, thắp sáng và chạy động cơ đốt trong vừa sạch sẽ và tiết kiệm
thời gian.
Hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường: ô nhiễm môi trường đã tăng theo sự phát triển
công nghiệp trên thế giới. Ở nước ta, có nhiều yếu tố tác động đến ô nhiễm môi
14


trường như kinh tế phát triển đã làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe
cộng đồng, đô thị hóa gia tăng, gia tăng dân số, nghèo đói, rừng tự nhiên bị tàn phá do
nhu cầu năng lượng gia tăng. Phát triển chăn nuôi đã tăng chất thải gia súc gia cầm.
Để hạn chế ô nhiễm chất thải chăn nuôi, thiết kế xử lý biogas là một trong những cách
có thể chấp nhận được vì:
- Tạo nguồn nhiên liệu chất đốt hạn chế phá rừng.
- Hạn chế các vi khuẩn gây bệnh trong phân. Khi chất được xử lý bằng biogas, mùi
hôi sẽ giảm, ký sinh trùng và vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt đáng kể.
- Nước thải sau khi qua biogas có thể sử dụng: để nuôi tảo, nuôi cá, nuôi bèo làm thức
ăn cho gia súc gia cầm, làm nguồn phân bón tốt, hợp vệ sinh, là nguồn thức ăn của
động vật thủy sinh và giảm phát khí thải nhà kính.
- Biogas có thể xem như một nhân tố kết nối quan trọng trong mô hình phát triển nông
nghiệp kết hợp vườn – ao – chuồng – biogas được trình bày qua sơ đồ:

Người,
gia súc

Nguồn năng
lượng làm
chất đốt

Sản phẩm
nông nghiệp
Phân
Vườn cây

Ao nuôi cá

Khí sinh vật

BIOGAS

Nước thải
(mùn)

Đồng ruộng

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình V – A – C – B kết hợp (Nguyễn Viết Lập, 2001).
2.5.1.8. Một số kiểu biogas ở Việt Nam
Loại nắp trôi nổi

15