Bài giảng Cơ chế phân giải chất hữu cơ hình thành khí sinh học trong quá trình xử lý chất thải chăn nuôi

CƠ CHẾ PHÂN GIẢI CHẤT HỮU CƠ 
HÌNH THÀNH KHÍ SINH HỌC 
TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CHẤT 
THẢI CHĂN NUÔI 
Dự án LCASP – Bộ NN&PTNT 
2017 
Người soạn thảo: B.V. Chính 
1 
Nội dung chính 
A. Mục tiêu xử lý chất thải chăn nuôi bằng công 
nghệ khí sinh học 
B. Các điều kiện cần thiết cho quá trình lên men 
hình thành KSH trong bể phân giải 
C. Những đặc điểm về chất thải chăn nuôi và 
chất hữu cơ 
D. Phân giải chất hữu cơ hình thành KSH 
2 
A . Mục tiêu xử lý chất thải chăn nuôi 
bằng công nghệ khí sinh học 
• Phân giải chất hữu cơ để bảo vệ môi trường, 
(chất khoáng, NH4, CO2, H2O) 
• Tiêu diệt các loại vi trùng gây bệnh cho con 
người và vật nuôi, 
• Sử dụng KSH và nước xả công trình KSH có 
hiệu quả, 
1) Phân giải chất hữu cơ để bảo vệ môi trường, 
• Chất hữu cơ là yếu tố chính gây ra ô nhiễm nguồn 
nước mặt, nước ngầm (BOD, COD, N, P) 
Chất thải hữu cơ từ 
nhà máy Bột Ngọt 
Vedan đã làm ô 
nhiễm nặng nề hàng 
ngàn héc ta hạ lưu 
sông Thị Vải (Đồng 
Nai) là 1 thí dụ điển 
hình 
• Xử lý tốt chất thải chăn nuôi: Sẽ bảo vệ nguồn 
nước mặt, nước ngầm lâu dài 
3) Tiêu diệt các loại vi trùng gây bệnh, trứng giun 
sán, phòng bệnh cho con người và vật nuôi, 
Thí dụ1: Bênh Lepto (bệnh nghệ, xoắn khuẩn) 
truyền từ vật nuôi sang người: gây tắc mật, vàng da, gây chết 
người và vật nuôi) 
• Thí dụ 2: Bệnh liên cầu khuẩn 
• Thể nhẹ ở người: Viêm màng não – nguy hiểm!! 
Thể nặng của 
bệnh liên cầu 
khuẩn: 
Nhiễm khuẩn 
huyết cấp tính, 
xuất huyết toàn 
thân, trụy mạch, 
và hôn mê. 
. 
• Chất thải chăn nuôi được xử lý bằng công 
nghệ KSH: Tiêu diệt hoàn toàn vi trùng gây 
bệnh và trứng giun sán (99,9%) 
• Chất thải chăn nuôi cần được lưu lại trong bể KSH 20- 
30 ngày (đối với bể KSH phụ thuộc vào điều kiện tự 
nhiên), nhưng chỉ cần 8-15 ngày (đối với bể KSH có 
thiết bị cung cấp nhiệt) tiêu diệt được hoàn toàn mầm 
bệnh 
3) Sử dụng KSH và nước xả công trình KSH có 
hiệu quả, 
Sử dụng KSH cho đun 
nấu, chạy máy phát điện 
Sử dụng nước xả bể KSH 
cho cây trồng, nuôi cá 
B. Các điều kiện cần thiết cho quá trình lên 
men hình thành KSH trong bể phân giải 
(điều kiện thuận lợi cho VSV phát triển) 
1) Điều kiện yếm khí, 
2) Có độ pH thích hợp (6,8-7,5) 
3) Không có chất độc hại (chất kháng khuẩn, 
xút, axit) chảy vào bể KSH 
4) Nhiệt độ thích hợp 
3) Không có chất độc hại (chất kháng khuẩn, 
xút, axit) chảy vào bể KSH 
• Tuyệt đối không cho các chất tẩy rửa chuồng 
trại (xút, chất kháng khuẩn, vôi, xà phòng), xi 
măng (khi sửa chữa chuồng trại), dầu nhờn, 
thuốc trừ sâu, trừ cỏ chảy vào bể KSH; 
• Các chất này kìm hãm và tiêu diệt các loại vi 
sinh vật phân giải chất hữu cơ tạo thành KSH 
4) Nhiệt độ thích hợp 
Có 3 nhóm vi sinh vật yếm khí phân giải chất hữu cơ 
trong bể KSH 
• Nhóm “ưa lạnh” (Psychrophilic): 10-200 C 
• Nhóm “ưa ấm” (Mesophilic): 20-400 C 
• Nhóm “ưa nhiệt” (Termophilic): 40-600 C 
Bể KSH xây ngầm: Nhiệt độ bể cao hơn nhiệt độ 
ngoài trời 5-80 C (về mùa đông) và thấp hơn 
nhiệt độ ngoài trời 4-60 C (về mùa hè) 
VN quanh năm thuận lợi cho quá trình hoạt động 
của bể KSH 
C. Những đặc điểm về chất thải chăn nuôi và 
chất hữu cơ 
• Tất cả các loại vật nuôi chỉ tiêu hóa đươc 70- 
80% các chất dinh dưỡng trong thức ăn; 
• Chất thải chăn nuôi chứa: Các chất hữu cơ chưa 
được tiêu hóa; 
Có thể xử lý 
yếm khí hoặc 
hiếu khí chất 
thải chăn nuôi; 
• Việt Nam là nước nhiệt đới nên sử dụng nhiều 
nước để tắm cho vật nuôi và làm vệ sinh chuồng 
trại, do đó việc xử lý nước thải trở thành vấn đề 
bức thiết 
Đặc điểm chất hữu cơ 
• Tất cả chất thải chăn nuôi đều chứa 3 loại chất 
hữu cơ như sau: Hydrate carbon; protein và 
lipide (chưa được tiêu hóa); 
• a) Hydrate carbon bao gồm: Tinh bột, đường, 
chất xơ; (chiếm khoảng 60-70% của tổng chất 
khô trong chất thải chăn nuôi) 
• b) Protein (chất đạm) bao gồm các peptide, 
axit amin; 
• c) Lipide (chất béo) bao gồm mỡ động vật, dầu 
thực vật 
a) Hydrate carbon bao gồm: 
• Tinh bột, đường: dễ dàng phân giải trong bể 
KSH 
• Chất xơ: Rất bền vững, rất khó phân giải 
Chất xơ bao gồm: Cellulose, hemicellulose và 
lignin 
Lignin liên kết với Cellulose và hemicellulose 
tạo ra hợp chất vô cùng bền vững 
• Chất xơ liên kết với lic-nin tạo ra các hợp chất 
bền vững, thí dụ như các loại gỗ quí (đinh, lim, 
sến, táu) có thể tồn tại trong tự nhiên hàng 
ngàn năm (như cọc gỗ Bạch Đằng). 
b) Protein do các axit amin (chứa nitơ) liên kết 
với nhau – dễ được phân giải, 
c) Lipide do các 
axit béo liên kết 
với glicerin - dễ 
được phân giải 
trong bể KSH 
D. Phân giải chất hữu cơ hình thành KSH 
• Do hàng trăm loại vi sinh vật tham gia phân giải 
chất hữu cơ; 
• Tốc độ sinh sản của vi sinh vật là vô cùng nhanh; 
trong điều kiện thuận lợi cứ sau 30 phút sinh 
khối của chúng có thể tăng gấp đôi. 
(sau 1 giờ tăng lên 4 lần; sau 2 giờ: 16; 4 giờ: 256 lần; 5 
giờ: 1000 lầnnhưng đến 1 thời điểm sẽ cân bằng - số 
lượng VSV sinh ra và chết đi sẽ bằng nhau) 
• Trong chất thải chăn nuôi: Phần lớn protein, chất 
béo chứa trong các tế bào chưa được tiêu hóa. 
• Do đó hệ vi sinh vật phải phân hủy được thành 
tế bào mới có thể giải phóng ra các chất dinh 
dưỡng rất cần thiết cho sự phát triển của hệ VSV. 
• Nhưng thành tế bào thực vật là chất xơ liên kết 
với lignin rất bền vững. Do đó đây là khâu mấu 
chốt để phân giải chất hữu cơ xử lý chất thải 
chăn nuôi. 
• Phần lớn VSV phải bám vào các mẩu chất 
thải chăn nuôi để phân giải chúng (nhờ chất 
nhầy của VSV), 
• Chỉ 1 phần nhỏ VSV sống trôi nổi trong dịch 
chất thải chăn nuôi và phân giải các phân tử 
đường, peptid hòa tan trong nước 
• Phân giải chất xơ (thành tế bào) 
VSV bám vào thành tế bào (chất xơ), tiết ra các enzyme 
và phân giải chúng, nhờ đó các chất dinh dưỡng chứa 
trong tế bào được giải phóng và các loài VSV khác lập 
tức phân giải các chất dinh dưỡng này rồi hình thành 
KSH 
enzyme microbial cell 
• Mỗi 1 loài chỉ tham gia phân cắt một vài mối 
liên kết trong các phân tử lớn (xơ, tinh bột, 
protein, chất béo) 
• Nhờ vậy chất hữu cơ sẽ nhanh chóng được 
phân giải thành các phân tử nhỏ hơn (như 
các peptide, đường đa phân tử, glicerin...) 
Hoạt động của VSV trong quá trình lên men tạo KSH 
• Các chất hữu cơ dễ hòa tan (đường đơn, pép-tit, 
axit amin, axit hữu cơ) được vi sinh vật hấp thụ và 
được đồng hóa vi sinh vật phát triển tăng 
số lượng lên hàng ngàn lần, tạo ra sinh khối. 
• Các chất hữu cơ khó hòa tan (chất xơ, tinh bột, 
protein, chất béo) được vi sinh vật bám lên các 
chất này và tiết ra các men (en-zym) phân 
giải chúng thành các chất dễ hấp thu cho vi sinh vật, 
tạo ra KSH và sinh khối. 
• Cả 3 chất hữu cơ kể trên đều được cấu tạo 
từ các nguyên tố hoá học chính như sau: 
C – H - O – N – P – S  
• Các chất hữu cơ khi được vi sinh vật phân giải 
trong điều kiện không có không khí (yếm khí) sẽ 
hình thành nên khí CH4 (mê-tan), CO2, H2O, 
NH3 và H2S 
• 85-90% chất hữu cơ được phân giải trong bể 
KSH (bã thải còn lại rất ít) 
Hy- đờ- rát- các- bon 
(Tinh bột, đường, chất 
xơ) 
Các đường đơn 
(glucose, lactose) 
Chất đạm 
(Protein) 
Sơ đồ quá trình hình thành mê- tan 
Chất béo 
(mỡ, dầu thực vật) 
Axit béo 
và glicerin 
Axit acetic 
Axit formic 
H2, CO2 
Axit propionic 
Axit butyric 
(Axit acetic 
Axit lactic)... 
CH4 (mê- tan) 
CO2, H2O, NH3, H2S... 
Các axit amin, 
Peptit 
Thành phần của khí sinh học 
• Mê-tan: 50 - 70% 
• CO2: 30 - 40% 
• H2, O2, NH3: 2 - 8.0% 
• H2S: 0 - 3.0% 
Công trình KSH qui mô nông hộ 
• Hồ phủ bạt 2500 m3 ở Thanh Oai, Hà nội 
Công trình KSH dạng ống được xây bằng gạch, xi 
măng với thể tích: 50- 200 m3 
Công trình KSH (UASB) cho các trang trại 
lớn ở VN 
Kết luận 
• Chất thải chăn nuôi được xử lý trong bể KSH 
vừa phân giải được triệt để chất hữu cơ, bảo 
vệ môi trường, vừa tiêu diệt được tất cả mầm 
bệnh, do đó đã góp phần phòng bênh cho con 
người và vật nuôi; 
• Xử lý bằng công nghệ KSH đã phân giải được 
80-85% chất hữu cơ của chất thải chăn nuôi 
thành KSH để sử dụng cho đun nấu, phát 
điện 
Cảm ơn sự chú ý lắng nghe của quí vị!