VAI TRÒ CỦA VSV TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ
ĐỀ TÀI 3:
LỜI MỞ ĐẦU:
Hiện nay, Nước ta đang ở thời kì Công Nghiệp Hóa - Hiện Đại Hóa đất nước.
Song song với việc phát triển nền công nghiệp của đất nước là nguy cơ ô nhiễm môi trường rất cao.
Bên cạnh đó là sự thiếu hụt năng lượng và sinh khối. Nếu chúng ta tìm ra được những nguồn năng lượng mới, thì vừa đỡ chi phí tốn kém, vừa lấp được lỗ trống về sự thiếu hụt năng lượng và sinh khối hiện nay.
Nghiên cứu cho thấy rằng có rất nhiều loài vi sinh vật nhỏ bé với các quá trình phân hủy của chúng, sẽ ứng dụng được trong rất nhiều lĩnh vực. Có 2 quá trình chính trong quá trình phân hủy là: quá trình phân hủy kỵ khí và quá trình hiếu khí.
NỘI DUNG:
I/Tổng quan về Vi Sinh Vật Kỵ Khí – Quá trình phân hủy kỵ khí:
-Vi sinh vật kỵ khí là những vi sinh vật (VSV) sinh trưởng, phát triển và hoạt động trong môi trường không có Oxy.
-Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình sử lý sinh học xảy ra khi vắng mặt Oxy.
-Ưu điểm:
Sử dụng CO2 làm chất nhận điện tử, không cần Oxy.
Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm thiểu.
Sản sinh khí có ích là Mêtan.
Thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng.
Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ trọng tải cao.
Hệ thống kỵ khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp như hydrocacbon béo có Clo và một số hợp chất thiên nhiên khó phân hủy.
-Nhược điểm:
Quá trình kỵ khí diễn ra chậm.
Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc.
Quá trình khởi động cần nhiều thời gian
Quá trình kỵ khí đòi hỏi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao.
II/ Các quá trình phân hủy kỵ khí:
II.1/Phương pháp lên men kỵ khí:
-Phương pháp này chủ yếu dùng cho lọai nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, có nhiều cặn.
-Quy trình làm sạch chất thải được tiến hành trong một bể kín lớn, kỵ khí, có cánh khuấy. Người ta cho vào đó các chất cặn bã hữu cơ.
-Quy trình phân hủy chất hưu cơ sẽ xảy ra trong bể với điều kiện kỵ khí do vi sinh vật kỵ khí tiến hành…
-Quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ rất phức tạp, liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian.Tuy nhiên, người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây:

Chất hữu cơ CH4 + CO2+ H2 + NH3 + H2S
Kỵ khí
Lên men
-Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay Biogas. Thành phần của Biogas như sau:
Methane (CH4) 55 ¸ 65%
Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45%
Nitrogen (N2) 0 ¸ 3%
Hydrogen (H2) 0 ¸ 1%
Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1%
-Hệ vi sinh vật trong nhiên liệu phế thải gồm một số lòai đặc trưng là:Methannocoseus van niellii, Baccereus.
II.2/Các giai đoạn phân hủy kỵ khí:

-Quá trình phân hủy kỵ khí được chia làm 3 giai đoạn sau:
1. Phân hủy các chất hửu cơ phân tử:
Giai đoạn thủy phân:
-Giai đọan phân hủy các chất hữu cơ phức tạp như :protein, cellulose,lignin,lipids thành những đơn phân tử hòa tan như axit amin, glucozo, axit béo và glyxerol
-Quá trình này xảy ra chậm và có thể giới hạn khả năng phân hủy kỵ khí của một số chất thải nguồn gốc xelulo,có chứa lignin.
-Có các vi sinh vật như:Hydrolitic bacteria, Clostriclicum, Thermocellem
Giai đoạn lên men axit:
-Giai dọan này có các quá trình chuyển hóa các sản phẩm của giai đọan thủy phân tạo ra axit hữu cơ như:axetic, propionic, butyric, lactic…; các alcol và ketol như etanol, metanol, glyxerol, axetol; axetat,CO2 và H2.
-Axetat là là sản phẩn chính của quá trình lên men cacbonhydrat các sản phẩm tạo thành khác nhau tùy theo lọai vi khuẩn và các điều khiện nuôi cấy(nhiệt độ,pH, thế oxy hóa khử)
-Có sự tham gia của các vi sinh vật : Bacteroides,Suminicola,Bifidobacterium







vi khuẩn: Bifidobacterium
2. Tạo nên các axit.
-Giai đọan chuyển hóa các axit hữu cơ, các ancol, xeton từ giai đọan 2 tạo thành axetic.
- Phương trình phản ứng:
CH3CH2OH+H2O=>CH3COOH+2H2
CH3CH2COOH+2H2O=>CH3CH3COOH+CO2+2H2
CH3CH2CH2COOH+H2O=>2CH3COOH+2H2
-Vi sinh vật tham gia quá trình này có:syntrobacter, wolini, syntrophowalfei
3. Tạo Mêtan:
-Là giai đọan quan trọng nhất, dưới tác dụng của vi sinh vật axetic được chuyển thành Metan
nhóm vi khuẩn metan chia thành 2 nhóm phụ:
+ Nhóm vi khuẩn Metan hydrogenotrophic, sử dụng hydrogen tự dưỡng chuyển hydro và cácbon thành metan:
CO2+4H2=>CH4+2H2O
+ Nhóm vi khuẩn Metan acetotrophic: còn gọi là vi khuẩn phân giải axetat, chúng chuyển axetat thành metan và cácbon.
CH3COOH=>CH4+CO2

Giai đoạn 1:
Thủy phân và lên men
Giai đoạn 2:
Tạo axit acetic,H2
Giai đoạn 3:
Tạo CH4
MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT THAM GIA VÀO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ
NHÓM 1:








Thermoleophilum Ruminococcus
NHÓM 2:
Peptostreptococcus
Chromobacterium
Lactobacillus
Staphylococcus
Escherichia
NHÓM 3:
Methylococcus Methylobacterium
III/Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí:
1. Nhiệt độ
2. Thời gian lưu
3. pH
4. Cạnh tranh giữa vi khuẩn Mêtan và vi khuẩn khử Sulfate.
5. Các yếu tố gây độc
Mô tả cấu trúc của phân tử ATP?
Nêu vai trò của phân tử ATP?
Năng lượng là gì?
Enzim là gì?bản chất của enzim?
IV/Ứng dụng của quá trình phân hủy kỵ khí:
Phương pháp phân hủy kỵ khí được được áp dụng nhiều trong đời sống của con người như:
Xử lý nước thải:
1. Hồ kỵ khí:
-Dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh hóa tự nhiên. Dựa trên cơ sở sống và họat động của vi sinh vật kỵ khí.
-Lọai hồ này thường được dùng để sử lí nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, còn ít dùng để sử lí nước thải sinh họat

2. Bể tự hoại:








Bể tự hoại cải tiến, giải pháp cải thiện chất lượng nước thải
"Bể tự hoại cải tiến (BASTAF) hay còn gọi là Bể phản ứng kỵ khí với các vách ngăn mỏng và ngăn lọc kỵ khí.
Nguyên tắc vận hành của BASTAF: Nước thải được đưa vào ngăn thứ nhất của bể,được lắng - lên men kỵ khí. Nhờ các vách ngăn hướng dòng, ở ngăn tiếp theo, nước thải chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các vi sinh vật kỵ khí trong lớp bùn ở đáy bể. Các chất bẩn hữu cơ được các VSV hấp thụ và chuyển hoá, làm nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển của chúng. Cũng nhờ các ngăn này, công trình trở thành một dãy bể phản ứng kỵ khí được bố trí nối tiếp, cho phép tách riêng 2 pha (lên men axít-lên men kiềm). Ở những ngăn đầu, các vi khuẩn tạo axít sẽ chiếm ưu thế, trong khi ở những ngăn sau, các vi khuẩn tạo metal sẽ là chủ yếu.
3.Bể UASB:
Dòng nước thải vào
Vách chắn
Phễu thu khí
Nước thải ra
Khí thoát ra
Hầm ủ gồm 3 phần chính: (a) phần bùn đặc ở dưới đáy hầm ủ, (b) một lớp thảm bùn ở giửa hầm, (c) dung dịch lỏng ở phía trên.
Nước thải được nạp vào hầm ủ từ đáy hầm,đi xuyên qua lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Các chất rắn trong nước thải được tách ra bởi thiết bị tách chất khí và chất rắn trong hầm. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm bùn.
Lúc hầm ủ mới bắt đầu hoạt động khả năng lắng của các chất rắn rất thấp nhưng khi nó được tích trữ nhiều và tạo thành các hạt bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ góp phần giữ lại các chất bã. Thảm bùn là nơi VSV hoạt động. Lớp bùn này chiếm 30% thể tích của hầm ủ UASB.
Sản xuất phân vi sinh:
Chế phẩm sinh học BioVAC là tập đoàn các chủng vi sinh vật hữu cơ có ích tác dụng chính trong việc phân giải các loại phế thải nông nghiệp thành phân hữu cơ vi sinh. BioVAC bao gồm các chủng vi sinh vật chính sau:
- Vi sinh vật phân giải lân
Vi sinh vật phân giải cellulose
- Vi sinh vật cố định đạm
- Vi sinh vật sinh axitlactic
Sản xuất khí sinh học:

Hầm BIOGAS:
Chăn nuôi ở nước ta dù nhỏ lẻ hay quy mô lớn đều gây ô nhiễm môi trường.Nhưng người dân không nhận ra đó là tác nhân gây bệnh truyền nhiễm và ung thư...
Các nhà chuyên môn cho rằng cần tăng cường giải pháp kỹ thuật thân thiện với môi trường, trong đó mũi nhọn là ứng dụng hầm khí biôgas và lồng ghép chăn nuôi vào các trang trại theo mô hình sinh thái VAC...
• Vận hành theo mẻ
Trong cách vận hành này, hầm ủ được nạp đầy nguyên liệu trong một lần, cho thêm chất mồi và đậy kín lại.Quá trình sinh khí sẽ diễn ra trong một thời gian dài cho tới khi lượng khí sinh ra giảm thấp tới một mức độ nào đó. Sau đó toàn bộ các chất thải của hầm ủ được lấy ra chỉ chừa lại 10 % làm chất mồi, nguyên liệu mới lại được nạp đầy cho hầm ủ và quá trình cứ tiếp tục.
• Vận hành bán liên tục

Nguyên liệu được nạp vào cho hầm ủ 1 hoặc 2 lần/ngày và cùng một lượng chất thải của hầm ủ sẽ được lấy ra ngay các thời điểm đó. Kiểu vận hành này thích hợp khi ta có một lượng chất thải thường xuyên. Thể tích của hầm ủ phải đủ lớn để làm 2 nhiệm vụ: ủ phân và chứa gas. Theo kiểu vận hành nầy thì tổng thể tích gas sản xuất được trên một đơn vị trọng lượng chất hữu cơ thường cao.


• Vận hành liên tục

Ở cách vận hành này việc nạp nguyên liệu và lấy chất thải của hầm ủ ra được tiến hành liên tục. Lượng nguyên liệu nạp được giữ ổn định bằng cách cho chảy tràn vào hầm ủ hoặc dùng bơm định lượng.
Nếu không có chất thải hầm ủ để làm chất mồi, thì phân gia súc cũng có thể sử dụng làm chất mồi (trong trường hợp nguyên liệu nạp không phải là phân người hay phân gia súc).
Hầm ủ sẽ hoạt động ổn định 30 ngày kể từ lúc bắt đầu vận hành (phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích hầm ủ, nguyên liệu và lượng chất mồi).


MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA HẦM BIOGAS
KẾT LUẬN
-Qua những nội dung đã nghiên cứu ở trên, chúng ta thấy được vài trò vô cùng to lớn của vi sinh vật. Các ứng dụng quan trọng nhất của vi sinh vật trong quá trình kỵ khí là xử lí nước thải và biogas.
-Công nghiệp ngày càng phát triển lớn mạnh, lượng nước thải ngày càng gây ô nhiễm môi trường, nhờ các vi sinh vật này chúng sử dụng chất thải làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng.
Còn rất rất nhiều những ứng dụng khác của vi sinh vật trong quá trình kỵ khí mà chúng tôi chưa tìm hiểu được.
Nhưng bên cạnh những ứng dụng tích cực,chúng cũng có nhiều mặt tiêu cực. Ví dụ: Cơm còn nóng mà đậy kín vung để qua đêm sẽ bị thiu.
Nhóm thực hiện:06
Lớp: 07MT111
The End!