Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lý rác thải

Ứng Dụng Cong Nghệ Vi Sinh Vật
Trong Xử Ly Rac Thải

I.

Mở đầu

Sự phát triển khoa học kĩ thuật dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ các ngành công
nghiệp song song với nó là sự bùng nổ về dân số kéo theo vấn nạn chất thải gây
ô nhiễm môi trường. Hiện nay, ô nhiễm môi trường đã và đang trở thành vấn đề
cấp thiết và được quan tâm trên toàn thế giới.
Lượng rác thải trong sinh hoạt và hoạt động công nghiệp thải ra môi trường
ngày càng nhiều trong khi lượng rác được xử lí để an toàn cho môi trường thì
không tương xứng. Xử lí rác thải là việc làm rất cần thiết, tuy nhiên hiện nay,
những công nghệ xử lí rác thải truyền thống như: chôn lấp, đốt,… không mang
lại hiệu quả cao, vàchưa là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ môi trường.
Đứng trước những thực trạng trên, đòi hỏi cần có những giải pháp lâu dài, hiệu
quả, mang tính công nghệ và đặc biệt là an toàn cho môi trường để xử lí rác
thải. Ngày nay, sự phát triển của công nghệ sinh học đặc biệt là công nghệ vi


sinh vật ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực bảo vệ môi
trường. Nhiều qui trình công nghệ xử lí ô nhiễm môi trường hiện tại được xây
dựng trên cơ sở tham gia tích cực của vi sinh vật.
II.
1.

Nội dung
Nguyên lí sử dụng vi sinh vật trong xử lí rác thải

Xử lí rác thải bằng công nghệ vi sinh vật là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật

phân hủy rác thải thành các thành phần nhỏ hơn, hình thành sinh khối vi sinh
vật cao hơn, các sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật và các loại khí như CO 2,
CH4,…Các quá trình chuyển hóa này có thể xảy ra ở điều kiện hiếu khí hay kị
khí.
Việc lựa chọn các vi sinh vật xử lí rác thải cần dựa trên những nguyên tắc sau:
•

Các chủng vi sinh vật phải có hoạt tính sinh học cao như khả năng sinh phức hệ

•
•

enzyme cellulase cao và ổn định.
Sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện thực tế của đống ủ.
Có tác dụng cải tạo đất và có lợi cho thực vật khi sản xuất được phân ủ bón vào

•
•

đất.
Không độc cho người, cây trồng, động vật và vi sinh vật hữu ích trong đất.
Nuôi cấy dễ dàng, sinh trưởng tốt trên môi trường tự nhiên, thuận lợi cho quá
trình xử lí.
Phân loại rác thải:
- Phân loại dựa vào đặc tính tự nhiên như: các chất hữu cơ, vô cơ, chất có thể
cháy hoặc không có khả năng cháy.
Rác thải có thể phân loại bằng nhiều cách khác nhau:


- Phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh như: rác thải sinh hoạt, văn phòng,

thương mại, công nghiệp, đường phố, chất thải trong quá trình xây dựng hay
đập phá nhà xưởng.
2.

Thành phần của rác thải hữu cơ

Các chất hữu cơ trong rác thải là các phần của thực vật, động vật bị loại bỏ,
chúng có chứa các thành phần như trong cơ thể sinh vật, trong đó quan trọng
nhất là: hydratcacbon, protein, lipit.
Các Hydratcacbon: chiếm tỷ trọng lớn nhất trong sinh khối động vật, thực vật,
vi sinh vật. Chúng tương đối phức tạp và khó phân hủy. Trong rác thải thường
gặp các loại như: cenlulose, hemicenlulose, lignin, tinh bột, pectin.
Protein là hợp chất hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, thường chứa 15%-17,5% nitơ,
là thành phần quan trọng trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật.
Lipit: lipit và các chất sáp có nhiều trong cơ thể sinh vật.
3.

Các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ

Các vi sinh vật phân giải cellulose
Các nhóm vi khuẩn và xạ khuẩn: Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh
vật có khả năng phân huỷ cellulosenhờ có hệ enzym cellulose ngoại bào nhưng
chủ yếu là các chi thuộc nhóm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kị khí và các xạ
khuẩn hiếu khí. Các vi sinh vật hiếu khí có khả năng phân giải cellulose thuộc về
các chi: Arzotobacter, Achromobacter, Pseudomonas, Cellulomonas, Vibrio,
Cellvibrio, Bacillus, Cytophaga, Angiococcus, Polyangium, Sorangium,…(vi
khuẩn hiếu khí); Micromonospora, Proactinomyces, Actinomyces, Streptomyces,
…(xạ khuẩn). Nhưng trong thực tế, trong nghiên cứu người ta thấy chi Bacillus,

Fravobacterium và Pseudomonas là các chi phân lập được có tần suất cao nhất.
Một số vi khuẩn kị khí tham gia vào quá trình phân giải cellulose, điển hình là
các vi khuẩn trong dạ cỏ của động vật nhai lại: Ruminococcus flavefeciens, R.
albus, R. parvum, Bacteroides succinpgenes, Butyrivibrio fibrisolvens,
Clostridium cellobioparum, Cillobacterium cellulosolvens,…
Các nhóm vi nấm: Vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra
môi trường một lượng lớn enzym có đầy đủ các thành phần.
•

Nấm mốc phát triển mạnh ở môi trường xốp có độ ẩm trên 70%, tối ưu 95%
và nhiệt độ ấm (240C), các loại thường gặp thuộc nấm bất toàn và
Ascomysetes. Các loại nấm này chủ yếu thuộc các chi Aspergillus,
Penicillium, Trichoderma, Fusarium,…trong đó đáng chú ý là Trichoderma
(hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất, rác và có khả

•

năng phân huỷ cellulose).
Nấm đốm là các loại nấm phát triển sâu trong tế bào gỗ tạo thành các đốm
màu nâu. Hầu hết các loài thuộc nhóm nấm bất toàn và nấm Ascomysetes.
Sống phụ thuộc vào độ ẩm của gỗ (khoảng 30%) và nhiệt độ 30-35 0C, quần
thể nấm phát triển lúc đầu là màu xanh sau đó tạo thành màu nâu. Ví dụ các

•

loài: Ceratocystis sp, Cladosporium sp, Aureobasidium sp,…
Nấm mục: Nấm mục xốp có khoảng 300 loài thuộc các chi: Chaetomium,
Humocola và Phialophora của nấm bất toàn và Ascomysetes, chủ yếu phát
triển bên trong thành tế bào gỗ. Nấm mục nâu thuộc nhóm của nấm bất toàn
và Basidiomycetes, chúng xâm nhập vào thành tế bào gỗ và phân hủy chúng,

nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 22-310C, độ ẩm thấp khoảng 40-55%, các loài quan
trọng như: Phaeolus schweiniti, Piptopous betulinus, Laetipous sulphureus,
Sperassis srispa,… Nấm mục trắng thuộc nhóm của nấm bất toàn và
Basidiomycetes, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 22-31 0C, tối đa không quá 440C,
độ ẩm tối ưu có loài thấp, cao và rất cao, các loài điển hình như: Armillaria


mellea, Fonus fomentatius, Meripilus giganteus, Fomes annosus,…
Vi khuẩn có khả năng phân huỷ cellulose, tuy nhiên cường độ không mạnh
bằng vi nấm. Nguyên nhân là do số lượng enzym tiết ra môi trường của vikhuẩn
thường ít hơn, thành phần các loại enzym không đầy đủ. Thường ở trong
đống ủ rác có ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ bốn loại enzym
trong hệ enzym cellulose. Nhóm này tiết ra một loại enzym, nhóm khác tiết ra
loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ hỗ
sinh.

Các vi sinh vật phân giải protein
Trong môi trường rác ủ đống, nitơ tồn tại ở các dạng khác nhau, từ nitơ phân giải
ở dạng khí cho đến các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể động, thực vật
và con người.Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp
chất đạm như protein, axit amin.Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu cơ
này tồn tại trong đất (rác).
Nhóm vi khuẩn chính phân giải protein là vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn nitrit
hóa vi khuẩn cố định nitơ.
Nhóm vi khuẩn nitrit hoá bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrozomonas,
Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt
buộc, không có khả năng sống trên môi trường thạch.
Nhóm vi khuẩn nitrat hoá tiến hành oxi hoá NO 2- thành NO3- bao gồm ba chi
khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira và Nitrococcus.
Nhóm vi khuẩn cố định nitơ có trong môi trường rác ủ là các nhóm:

Azotobacter- là một loại vi khuẩn hiếu khí, không sinh bào tử, có khả năng cố
định nitơ phân tử, sống tự do trong đất (rác); Clostridium - là một loại vi khuẩn


kỵ khí sống tự do trong rác, có khả năng hình thành bào tử, lòai phổ biến nhất
là Clostridium pastenisium có hình que ngắn. Clostridium có khả năng đồng hoá
nhiều nguồn cacbon khác nhau như các loại đường, rượu, tinh bột ...
Vi sinh vật phân giải tinh bột
Trong rác bể ủ có nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột. Một số vi
sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ enzym
amilaza. Ví dụ như một số vi nấm bao gồm một số loại trong các chi
Aspergillus, , Rhizopus. Trong nhóm vi khuẩn có một số loài thuộc chi
Bacillus, Cytophaza, Pseudomonas ... Xạ khuẩn cũng có một số các chi
Aspergillus, Fusarium, Rhizopus,... có khả năng phân huỷ tinh bột. Đa số các
vi sinh vật không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân huỷ tinh bột.
Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó. Ví dụ
như các loài Apergillus candidus, Pasteurianum, Bacillus sublitis, B.
Mesenterices, Clostridium, A. Oryzae ... chỉ có khả năng tiết ra môi trường một
loại enzym amilaza. Các loài Aspergillus oryzae,Clostrinium acetobuliticum
chỉ tiết ra môi trường enzyme amiolaza. Một số loài khác chỉ có khả năng tiết
ra môi trường enzym gluco amilaza. Các nhóm này cộng tác với nhau trong
quá trình phân huỷ tinh bột thành đường. Trong chế biến rác thải hữu cơ
người ta cũng sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột để
phân huỷ tinh bột có trong thành phần rác hữu cơ.
Vi sinh vật phân giải phosphat
Trong rác thải, phospho tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau. Phospho được
tích luỹ trong rác khi động thực vật chết đi, những hợp chất phospho hữu cơ này
được vi sinh vật phân giải tạo thành các hợp chất phospho vô cơ.
Vi khuẩn phân giải phospho hữu cơ chủ yếu thuộc hai chi: Bacillus và

Pseudomonas. Các loài có khả năng phân giải mạnh là B. Megatherium, B.
Mycoides, B.butyricus, B.mycoides và Pseudomonas sp, Pseudomonas
radiobacter, P.gracilis.
Ngày nay, người ta đã phát hiện ra một số xạ khuẩn và vi nấm cũng có khả năng
phân giải phospho hữu cơ. Trong nhóm vi nấm thì Aspergillus niger có khả năng
phân giải mạnh nhất. Ngoài ra một số xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải lân vô
cơ.
Hình ảnh một số chủng vi sinh vật:

Apergillus candidus

4.

Bacillus sublitis

Phaeolus schweiniti

Clostridium pastenisium
Các phương pháp xử lí rác thải hữu cơ
a) Ủ kị khí – anaerobic composting

Fusarium

Khái niệm: là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ không có mặt của oxy
(tinh bột, cellulose, lipit và protein), sản phẩm cuối cùng là khí CH 4, CO2, NH3,


một lượng nhỏ các loại khí khác, acid hữu cơ và sinh khối vi sinh vật.
Đây là phương pháp đã được áp dụng từ lâu, các rác thải hữu cơ được bổ sung

thêm phân bùn và vi sinh vật phân giải,sau đó được ủ thành đống trong điều
kiệnnhiệt độ, độ ẩm, độ xốp thích hợp,... Sản phẩm thu được là các chất dễ tan,
hỗn hợp các chất khí CH4, CO2, NH3,...trong đó CH4 chiếm đại đa số.
Qua thực nghiệm tính toán cho thấy, quá trình phân hủy rác thải hữu cơ bằng
phương pháp ủ kị khí thì cứ 200kg chất thải rắn cần 800kg nước sẽ chuyển hóa
thành 50kg chất rắn và 150kg khí sinh học (biogas). Thành phần khí sinh học
gồm: CH4 55,65%, CO2 35,45%, N2 0,3%, H2 0,1%, H2S 0,1%.
Trong quá trình xử lí phế thải yếm khí (lên men tạo khí methane). Có ba nhóm vi
khuẩn tham gia vào quá trình:
1) Nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm thủy giải và lên men;
2) Nhóm vi khuẩn tạo H2 và acetic acid;
3) Nhóm vi khuẩn tạo khí methane tự dưỡng sử dụng H2.


Để nâng cao năng suất của quá trình lên men, hiện người ta vẫn tiếp tục hoàn
thiện các loại giống, chủng, vi khuẩn lên men kị khí bằng biện pháp chọn lọc
tự nhiên hoặc nhờ phương pháp công nghệ di truyền. Đặc biệt về mặt công nghệ
người ta cần phải chú ý khắc phục các yếu tố giới hạn tốc độ phân huỷ cơ chất có
mặt trong phế thải như cellulose, tinh bột ...., và tốc độ tạo khí methane. Cần
lưu ý là một số sản phẩm cuối của quá trình lên men như H 2, CO2 và H2S,
thường có tác động ức chế ngược làm giảm hoạt tính hoạt động của vi khuẩn
tạo khí methane.
a.1 Các giai đoạn của quá trình sinh tổng hợp methan (Biogas).
Giai đoạn thủy phân cơ chất: các thành phần hữu cơ của rác thải bị phân hủy dưới
tác động của men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra để hình thành các hợp chất đơn
giản (đường đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin,... vi sinh vật tham gia vào
giai đoạn này là Clostridium thermocellum.
Giai đoạn hình thành các axit hữu cơ: dưới tác dụng của enzym vi sinh vật, các
chất hữu cơ dễ tan chuyển thành các axit hữu cơ (axit axetic, axit propionic, axit
butyric,...), rượu etylic, rượu metylic, CO2, H2. Các vi sinh vật có mặt trong giai

đoạn này là Bacteroides, Suminicola, Clostridium, Bifido bacterium.
Các loài vi khuẩn tham gia:


Hình: Hình ảnh của Bacillus Cereus.
Giai đoạn hình thành methan: Các axit hữu cơ và các hợp chất khác
chuyển thành CH4, CO2, O2, N2, H2,...


Methanobacterium

Methanococcus

Methanosarcina

Sơ đồ tóm tắt các phản ứng:
R-COOH  R1-COOH  CH3COOH  CH4 + CO2
Các phản ứng sinh methan :
Phản ứng
CH3COOH  CH4 + CO2
4CH3CH2COOH + 2H2O  7CH4 + 5CO2
2CH3(CH2)2COOH + 2H2O + CO2 CH4 + 4CH3COOH
2CH3CH2OH  3CH4 + CO2
2CH3CH2OH + CO2 CH4 + 2CH3COOH


CH3COCH3 + H2O  2CH4 + CO2

Sơ đồ lên men các hợp chất hữu cơ do các vsv kị khí.
a.2 Các loại hầm lên men kị khí

Lên men chất hữu cơ theo mẻ.
Lên men chất hữu cơ liên tục: loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định, loại hầm sinh
khí có nắp đậy di động, loại hầm sinh khí kiểu túi.
a.3 Kiểm soát sinh học các hệ xử lý:
Thông thường người ta theo dõi theo nhu cầu sử dụng oxy, độ pH và hàm lượng
ATP của quần thể vi sinh vật và dựa vào các thông số này để kiểm soát và điều
hòa quá trình lên men yếm khí. Trong đó việc theo dõi biến thiên hàm lượng
ATP là quan trọng nhất. Thông thường để đánh giá khả năng hoạt động của hệ
xử lý người ta tiến hành xác định sự biến thiên của hàm lượng ATP nội bào.


a.4 Kiểm soát nguồn bệnh:
Một trong những ưu điểm của quá trình lên men yếm khí là nó giúp loại bỏ các
nguồn gây bệnh. Nguyên nhân chủ yếu là do sự có mặt của acid béo bão hòa
được tạo thành bởi phản ứng oxy hóa trong dịch lên men. Các acid này thường
kết hợp với H2, cũng được tạo thành trong quá trình trên, tạo ra octanic acid là
chất kháng khuẩn rất mạnh.
a.5 Thu nhận các chất hữu ích từ lên men yếm khí:
Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của quá trình xử lí phế thải, là tái sử
dụng các chất hữu cơ có trong phế thải. Nội dung của vấn đề này bao gồm hai
khía cạnh: 1) Tách và cô đặc các chất hữu ích có trong phế thải; 2) Biến phế
thải thành sản phẩm có ích. Trong thực tế, hiện người ta đặc biệt quan tâm đến
vấn đề xử lý và tái sử dụng nguồn nước, xử lý phế thải nói chung để sản xuất
khí sinh học, đồng thời tạo ra sản phẩm làm nguồn thức ăn gia súc hoặc phân bón
hữu cơ.
•

Xử lý tái sử dụng nước thải:

Xu thế hiện nay là người ta tiến hành xử lý các dạng nước thải khác nhau và tái

sử dụng chúng để phục vụ cho các ngành công nghiệp nặng như ngành năng
lượng, sản xuất phân bón và khai thác than. Vì nói chung nước sử dụng trong các
lĩnh vực nói trên không đòi hỏi độ sạch như đối với nước dân dụng.
•

Xử lý phế thải tạo thức ăn gia súc:

Hằng năm chỉ riêng ở Anh hoạt động sống của con người thải ra chừng 2,5.10 10
kg phế thải, ngành chăn nuôi thải ra chừng 1,8.1011 kg. Từ lượng phế thải này,
qua quá trình xử lý sẽ tạo ra một số lượng bùn hoạt tính khổng lồ có hàm lượng
protein chiếm tới khoảng 30 - 40% sinh khối khô. Tiếp tục xử lý chúng sẽ tạo
được một nguồn thức ăn cho gia súc rất có giá trị.


b)

Ủ hiếu khí - aerobic composting.

Khái niệm: là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ có mặt của oxy sản phẩm
cuối cùng là H20, CO2 và sinh khối vi sinh vật.

b.1 Sơ đồ nguyên tắc phương pháp ủ hiếu khí

Nguyên liệu
Phân chuồng
Rơm rạNước
lót chuồng
Thức ăn thừa
Carbon
Nito

Nước
Đất

Nhiệt

CO2 và các
khí khác

Oxy

Chất sau ủ chín
Hỗn hợp các chất hữu cơ đồng nhấ
Muối kháng và vi sinh vật với thể tí


Sơ đồ chung của hệ thống xử lí rác thải bằng phương pháp ủ hiếu khí:

Quá trình này thể hiện như sau:
+ Oxy hóa carbon hiếu khí:
Chất hữu cơ +

Vi sinh vật

Tế bào vi

dị dưỡng

sinh vật mới

Vi sinh vật dị dưỡng

(Nitromonas)

Tế bào vi
sinh vật mới

Vi sinh vật dị dưỡng

Tế bào vi

sinh vật mới

H2O

(C,O,H,N)

CO2 + H2O +

+

NH3 + kcal

+Nitrat hóa hiếu khí:
Giai đoạn 1:
CO2, CO,
Amon

+

+

NO2+
H2O+H+

Giai đoạn 2:
CO2, nitrit
(Nitrobacter)

+

+

NO2+


Qua thực nghiệm cho thấy quá trình phân hủy rác thải hữu cơ bằng ủ hiếu khí
thì cứ 400kg chất thải rắn cần 600kg nước và 180kg oxy sẽ chuyển hóa thành
250kg chất rắn, 245kg CO2 và nhiệt lượng thoát ra ngoài.
b2. Các dạng công nghệ
Các mô hình công nghệ ủ hiếu khí hiện nay trên thế giới, phân loại theo nhiều
cách:
•
•
•

Theo trạng thái của khối ủ: tĩnh hoặc động.
Theo phương pháp thông khí khối ủ: cưỡng bức hay tự nhiên.
Theo đặc điểm hệ thống ủ: hệ thống mở hay kín, liên tục hay không liên
tục.

Mô hình ủ theo hệ thống mở phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh

hoặc luống động có kết hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kì. Tuy
nhiên nhược điểm của hệ thống này là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian
ủ có thể kéo dài, thường áp dụng cho qui mô nông trường, trang trại có diện tích
mặt bằng lớn và xa khu dân cư hay đô thị.
Đối với qui mô công nghiệp trong các nhà máy lớn thường áp dụng mô hình hệ
thống kín, được thiết kế hoạt động liên tục. Dựa trên cấu trúc và dòng chuyển
động của vật liệu phân loại mô hình ủ hiếu khí trên qui mô công nghiệp thành:
mô hình kiểu ngang, mô hình kiểu quay.
Các dạng công nghệ thường áp dụng ở nước ta:
•

Ủ rác thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn (Windrow composting):
Đây là phương pháp cổ điển nhất, rác được chất thành từng đống có
chiều cao khoảng 1,5-2,5m, hàng tuần đảo trộn hai lần, nhiệt độ trung
bình trong quá trình ủ là 550C. Quá trình ủ có đảo trộn kéo dài 4 tuần độ


ẩm duy trì là 50-60%. Sau đó là 3 hay 4 tuần ủ không đảo trộn, trong giai
đoạn này các loài nấm mốc và xạ khuẩn chuyển hóa các chất hữu cơ
thành mùn. Ưu điểm của phương pháp là dễ thực hiện, nhược điểm là mất
•

vệ sinh gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường xung quanh.
Ủ rác thành đống không đảo trộn và thổi khí (Aeroted staticpile
composting): Rác được ủ thành đống cao từ 2-2,5m, phía dưới có lắp đặt
một hệ thống phân phối khí. Nhờ hệ thống phân phối khí mà quá trình
chuyển hóa diễn ra nhanh hơn, nhiệt độ đống ủ được ổn định và phù hợp
với sự phát triển của vi sinh vật.

b3. Các vi sinh vật tham gia:

Các nhóm vi sinh vật tham gia chuyển hóa vật chất hữu cơ trong quá trình ủ
phân rác hiếu khí gồm các vi khuẩn hiếu khí, xạ khuẩn hiếu khí và các vi nấm
hiếu khí. Một vài loài tiêu biểu: Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrospira,
Thiobacillus,…

Nitrospira

5. Hoạt động của vi sinh vật trong đống ủ.
Các quá trình sinh hoá diễn ra trong đống ủ rác chủ yếu do hoạt động của các vi
sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động
sống của chúng. Các loại vi khuẩn và nấm đóng vai trò quan trọng trong quá
trình phân giải các hợp chất. Các loại vi sinh vật phát triển tốt trong các điều


kiện môi trường được xác định như bảng sau.
Bảng. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật
Yếu tố môi trường
Nhiệt độ, 0C
Nồng độ muối, % NaCl
pH
Nồng độ oxi, %
Áp suất, mPa
Ánh sáng

Khoảng xác định
0 - 70
0-3
1,0 - 1,2
0 - 21
0 - 115

Bóng tối, ánh sáng mạnh

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải tại các đống ủ rác được
chia thành ba nhóm chủ yếu sau:
- Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 - 200C.
- Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 - 400C.
- Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 - 700C.
Sự phát triển của các loại vi sinh vật theo nhiệt độ được thể hiện theo đồ thị sau:
Thời kỳ đầu của quá trình ủ rác, quá trình hiếu khí được diễn ra, giai đoạn này
các chất hữu cơ dễ bị oxi hoá sinh hoá thành dạng đơn giản như protein, tinh
bột, chất béo,một lượng nhất định chất xenluloza. Trong quá trình này, các vi
sinh vật tiếp nhận một lượng năng lượng rất lớn và vì thế có tồn tại một lượng
năng lượng đáng kể ở dạng nhiệt. Lượng năng lượng nhiệt được tạo thành bên
trong lòng đống ủ được tạo ra nhiều hơn so với lượng nhiệt được thoát ra bên
ngoài và do đó nhiệt độ bên trong các đống bể ủ được tăng lên. Giá trị nhiệt độ
tăng tới 60 - 700C, kéo dài trong thời gian khoảng 30 ngày. Ở khoảng nhiệt độ
này, các phản ứng hoá học diễn ra sẽ trội hơn các phản ứng vi sinh vật bởi vì
hầu hết chủng vi sinh vật không phát triển được ở nhiệt độ 700C.
Trong quá trình phân huỷ hiếu khí, các polime ở dạng đa phân tử được vi sinh vật
chuyển hoá sang dạng đơn phân tử và tồn tại ở dạng tự do. Các polime đơn phân


tử sau đó lại được vi sinh vật hấp thụ, sử dụng trong việc tiếp nhận năng lượng
để kiến tạo nên tế bào mới. Khi O2 bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì
các vi sinh vật yếm khí bắt đầu xuất hiện và nhiều quá trình lên men khác được
bắt đầu diễn ra trong đống ủ. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là
nhóm vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện cả yếm khí lẫn kỵ khí nghiêm ngặt.
Các chất hữu cơ dạng đơn giản, các axit amin, đường ... được chuyển hoá thành
các axit béo dễ bay hơi, rượu, CO2 và N2. Các axit béo dễ bay hơi, rượu sau đó
lại được chuyển hoá tiếp tục với sự tham gia của các vi sinh vật axeton và các vi

sinh vật khử sunfat.
Các vi sinh vật axeton tạo ra các axit axetic, khí CO 2 còn các vi khuẩn khác thì
chỉ tạo ra khí N2 và khí CO2. Các chất này là nguồn nguyên liệu ban đầu của
quá trình metan hoá. Các vi khuẩn tạo sunfat và vi khuẩn tạo metan là những vi
khuẩn thuộc nhóm tạo vi sinh vật kỵ khí bắt buộc. Có hai nhóm vi sinh vật chủ
yếu tham gia vào quá trình tạo metan, phần lớn là nhóm các vi sinh vật tạo
metan từ khí N2 và khí CO2, phần nhỏ (gồm 2 đến 3 chủng loài) là những vi
sinh vật tạo metan từ axit axetic. Trong tổng lượng khí metan tạo thành từ đống
ủ thì có tới 70% được tạo thành từ axit axetic. Nếu như có tồn tại nhiều sunfat
trong các đống ủ thì các vi khuẩn khử sunfat sẽ mang tính trội hơn vi khuẩn
metan và như vậy sẽ không có khí metan tạo thành nếu sunfat vẫn tồn tại.
Trong quá trình chuyển hoá kỵ khí, nhiệt độ của các đống ủ giảm xuống vì các
chủng loại vi sinh vật ở giai đoạn này tạo ra ít nhiệt lượng hơn nhiều so với quá
trình chuyển hoá hiếu khí (chỉ bằng 7% so với quá trình hiếu khí).
Như vậy, rác hữu cơ tại các đống ủ được phân huỷ theo nhiều giai đoạn chuyển
hoá sinh học khác nhau để tạ ra sản phẩm cuối cùng là mùn hữu cơ để làm
phân sinh học.
III.

Kết luận và kiến nghị.


Công nghệ vi sinh vật xử lí chất thải là một trong những hướng phát triển ưu tiên
hàng đầu trong đó chú trọng sử dụng các công nghệ sạch tạo đà cho việc phát
triển bền vững.
Các quá trình xử lí chất thải bằng biện pháp sinh học mà vai trò chính là sự đóng
góp của các loài vi sinh vật nhằm bảo vệ các giá trị của môi trường thiên nhiên.
Công nghệ phân hủy chất thải bằng vi sinh vật dựa trên cơ sở loại bỏ hỗn hợp
nhiều chất có trong chất thải và tái sử dụng chúng. Ứng dụng công nghệ vi sinh
vật xử lí chất thải sẽ tăng cường khả năng phân hủy các chất, giảm thời gian phân

hủy dẫn đến giảm giá thành sản phẩm.
Tóm lại, công nghệ vi sinh vật xử lí chất thải là sự phát triển của công nghệ sinh
học nhằm ứng dụng vi sinh vật và các cấu phần của tế bào vi sinh vật để sản xuất
các chế phẩm có giá trị mới và ứng dụng các quá trình công nghệ mới, thích hợp
trong bảo vệ và phục hồi chất lượng môi trường sống của con người.
Kiến nghị:
Trên cơ sở thành công của những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ vi sinh vật
xử lí rác thải, nên tiếp tục đi sâu nghiên cứu, phân lập, chọ lọc và nuôi cấy các
giống vi sinh vật có hoạt tính cao phân giải rác thải.Ứng dụng công nghệ vi sinh
sản xuất các chế phẩm sinh học xử lý rác thải hiệu quả và giá thành hợp lí.
Cải tiến những công nghệ xử lí rác thải có ứng dụng vi sinh vật và tìm ra những
phương pháp xử rác thải mới ứng dụng công nghệ vi sinh thay thế những công
nghệ truyền thống.
Xây dựng, nâng cấp và mở rộng về qui mô lẫn số lượng các nhà máy đáp ứng nhu
cầu xử lí rác thải.
IV.

Tài liệu tham khảo
Giáo trình Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải, PGS. TS Lê Gia Hy. Nxb


Giáo dục Việt Nam, 2010.
Giáo trình Quản lý và xử lý chất thải rắn, Ths Lê Minh Thành, khoa Kĩ thuật công nghệ - môi trường, Đại học An Giang.
Luận án tiến sĩ sinh học Nghiên cứu các vi sinh vật phân giải xenluloza trong
phân hủy rác thải hiếu khí và ứng dụng, 2001.
Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kĩ thuật lên men kị khí, Ngô Kế Sương,
Nguyễn Lân Dũng. Nxb Giáo Dục, 1997.