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, và chưa 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.
Nội dung
1. 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.
1


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 cellulose nhờ 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
2


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 22-31 0C, 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 vi khuẩn 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.

3


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
4


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

Bacillus sublitis

Phaeolus schweiniti

Clostridium pastenisium
5

Fusarium


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

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 kiện nhiệt độ, độ ẩm, độ
xốp thích hợp,... Sản phẩm thu được là các chất dễ tan, hỗn hợp các chất khí CH 4, 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: CH 4 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.

6


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 H2, 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:
7


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,...

8


Methanobacterium

Methanococcus

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

9

Methanosarcina


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
10


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.

11


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

Nước

Nhiệt

CO2 và các
khí khác

Nguyên liệu
Phân chuồng
Rơm rạ lót chuồng
Thức ăn thừa
Oxy
Carbon
Nito
Nước
Đất

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:

12


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

+

(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)

+

sinh vật mới

NO2+
H2O

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 CO 2
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.
13


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 1,52,5m, hàng tuần đảo trộn hai lần, nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ là 55 0C. 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.
14


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 - 70 0C,
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
15


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 N 2 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:

16


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.

17