Bài giảng môn Công nghệ sinh học môi trường

CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI 
TRƯỜNG
TS. Lê Phi Nga
TS. Jean-Paul Schwitzguebéls
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n Bài giảng được sử dụng cho giáo viên lên lớp 
n Đối tượng là các học viên cao học chuyên ngành Công 
nghệ môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG 
Tp HCM
n Mục tiêu: Học viên cần nắm vững các khái niệm, nguyên 
lý của các công nghệ sinh học đã được ứng dụng, các 
điều kiện ảnh hưởng và yếu tố thành công
n Là môn học tự chọn, yêu cầu học viên đã có những kiến 
thức cơ bản về:
- Sinh vật học 
- Vi sinh vật môi trường
- Sinh thái môi trường
- Công nghệ môi trường
ĐỐI TƯỢNG GIẢNG, MỤC TIÊU, YÊU CẦU
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Khoâng Khí
O2, N2, CO2
H2O
Mặt trời
(Naêng löôïng)
Thöïc vaät
Ñaát + Nöôùc
(Dinh döôõng)
Ñoäng vaät aên coû
Ñoäng vaät aên thòt
(sinh vaät tieâu thuï)
Caùc loaøi vi sinh, 
ñoäng vaät khoâng 
xöông soáng 
(sinh vaät phaân huûy)
COÂNG NGHEÄ
SINH HOÏC MOÂI 
TRÖÔØNG
Tham gia bảo vệ và cải tạo môi 
trường, giữ cân bằng sinh thái 
VỊ TRÍ CỦA CNSH-MT TRONG SINH THÁI
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Không khí
Nước
Đất
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Chất thải
asia.cnet.com/.../chil
dren_bronze2_sc.jpg
VAI TRÒ CỦA CNSH MT
CNSH Môi trường tham gia vào các quá trình xử lý 
nước cấp, nước thải, bùn thải, nước mặt bị ô nhiễm, 
đất ô nhiễm, khí ô nhiễm và còn có thể dùng như 
công cụ để điầu tra đánh giá ô nhiễm
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n “Công nghệ” có thể ứng dụng rộng rãi 
n “Sinh học”: sử dụng cơ thể sinh học, một 
quá trình sinh học hay một phản ứng sinh 
học
n “Môi trường”: giải quyết những vấn đề của 
môi trường như điều tra ô nhiễm, cải tạo ô 
nhiễm, xử lý chất thải
KHÁI NIỆM
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
-Nucleic acid (DNA, RNA)
- Protein / enzyme
- Lipids
- Polysaccharides
CÔNG CỤ SINH HỌC ĐƯỢC SỬ DỤNG
n Vi sinh vật: trong nước, đất
n Thực vật: cạn, bán ngập, ngập nước 
n Động vật không xương sống trong 
bùn và đất
n Cao phân tử sinh học
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
“ Công nghệ sinh học môi trường là sự kết hợp về mặt nguyên 
lý của nhiều ngành khoa học và kỹ thuật để sử dụng những khả 
năng sinh hóa to lớn của các vi sinh vật, thực vật hay một phần 
cơ thể của những sinh vật này để phục hồi, bảo vệ môi trường 
và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên”
EPFL/LEB (Lab for Environmental Biotechnology)
ĐỊNH NGHĨA
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ô nhiễm không khí
Các chất ô nhiễm thường 
gặp
• NOx, COx, SOx, C2F4
• Hydrocarbons 
• Chất hữu cơ dễ bay hơi 
(VOCs) BTEXs, axit
• Kim loại nặng (Pb..)
• POPs (dioxins/furans, PCBs)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ô nhiễm đất và nước
Các chất ô nhiễm:
• Hydrocarbons (BTEX, PAHs)
• Hợp chất cơ Clo (PCE, TCE, 
PCBs)
• Hợp chất vòng thơm chứa nitơ 
(TNT)
• Hợp chất hữu cơ(MTBE)
• Vô cơ (NO3, NH4)
• Kim loại nặng (Cd, Cr, Pl, Zn, 
Cu)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
• 14 tiết: Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (Bioremediation)
v Khái niệm và Nguyên lý 
v Kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường nước
v Kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường đất
• 10 tiết: Xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation)
v Đất và nước ô nhiễm kim loại nặng: nguyên lý, kỹ thuật xử lý
v Đất và nước ô nhiễm chất hữu cơ: nguyên lý, kỹ thuật xử lý
• 6 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (Bioconversion)
v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí
v Công nghệ sinh metan từ nước thải và chất thải rắn Công nghệ
sinh hydro
v Công nghệ tạo etanol từ chất thải chứa carbonhydrat, 
cenllulose
CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30 TIẾT)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
• 5 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản 
phẩm (Bioconversion)
v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí
v Công nghệ sinh metan từ nước thải và
chất thải rắn Công nghệ sinh hydro
v Công nghệ tạo etanol từ chất thải 
chứa carbonhydrat, cenllulose
CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30TIẾT)- (tiếp theo)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Xử lý ô nhiễm bằng 
phương pháp vi sinh
(BIOREMEDIATION)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Nguyên lý
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI 
SINH (BIOREMEDIATION)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
chất cho 
điện tử
(nguồn năng 
lượng)
e- e-
chất nhận
điện tử
(oxy, nitrate, 
sulfate, carbonic)
năng lượng
sinh tổng hợp
carbon N, P, 
S, Fe, 
Vi lượng
tế bào vi khuẩn
Sinh trưởng của vi sinh vật yêu cầu dinh dưỡng (C,N, P, S) vi lượng và
hô hấp trong đó bao gồm nguồn cho và chất nhận điện tử
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI 
SINH: Sinh lý của vi khuẩn
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Chất ô nhiễm
là chất cho 
điện tử
(nguồn năng 
lượng)
e- e-
năng lượng
sinh tổng hợp
tế bào vi khuẩn
N, P, 
S, Fe, 
Vi lượng
chất nhận điện 
tử (oxy, nitrate, 
sulfate,carbonic)
carbon
Chất ô nhiễm là chất cho điện tử
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI 
SINH: Cơ chế “đồng hóa” chất ô nhiễm 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
e- e-
năng lượng
sinh tổng hợp
Chất ô nhiễm
= nguồn 
carbon
N, P, 
S, Fe, 
Vi lượng
chất cho 
điện tử
(nguồn năng 
lượng)
chất nhận điện 
tử (oxy, nitrate, 
sul ... gầm theo rễ sâu
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: 
 NHƯỢC ĐIỂM
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
100 - 500Chôn lấp
75 - 205Đóng rắn/ Làm ổn định
40 - 600Nung nóng
50 - 300Điện phân
200 - 450Nhiệt xử lý
150 - 500Nhiệt giải hấp
150 - 400Hòa tan/ chiết bằng axít
75 - 210Chiết rửa đất tại chỗ
50 - 150Rửa đất
25 - 100Trồng cây (Phytoremediation)
So sánh chi phí xử lý 
kim loại nặng ô nhiễm trong đất
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
So sánh chi phí xử lý 
chất ô nhiễm hữu cơ trong đất
200 - 1500Đốt
360 - 440Chiết bằng dung môi
240 - 340Đóng rắn/ Làm ổn định
120 - 300Nung nhiệt trực tiếp
80 - 200Rửa đất
20 - 220Trộn không khí
50 - 150Xử lý tại chỗ bằng pp vi sinh
10 - 35Trồng cây 
(Phytoremediation)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Yếu tố và điều kiện thành công
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CHUYỂN DẠNG
(PHYTO-TRANSFORMATION)
•Độc tính
•Con đường chuyển hóa
Dữ liệu cần 
thiết
•Log Kow = 1-3.5
•Không gây độc cho thực vật
Điều kiện 
thành công
Hấp thu bởi thực vật, chuyển hóa, bay 
hơi
Nhân tố
quyết định
Các hợp chất hữu cơ được hấp thu và
biến đổi
Cơ sở lý 
thuyết
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ BẰNG VÙNG RỄ
(RHIZOSPHERE BIOREMEDIATION)
•Độc tính
•Con đường chuyển hóa
Dữ liệu cần 
thiết
Các hợp chất có khả năng bị phân huỷ
bởi vi sinh hiếu khí
Điều kiện 
thành công
Vi sinh phân hủy, cần hệ rễ dàyNhân tố
quyết định
Hệ rễ dày hấp thu hóa chất và kích thích 
vi khuẩn phát triển
Cơ sở lý 
thuyết
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CỐ ĐỊNH
(PHYTO-STABILIZATION)
Khả năng làm giảm ngấm và xói mòn đấtDữ liệu cần 
thiết
•Hệ rễ phát triển mạnh
•Dùng cho các chất có thể bị cố định
Điều kiện 
thành công
Kiểm soát nguồn nước, ổn định và cố 
định đất
Nhân tố
quyết định
Rễ giữ đất và nước, cố định kim loạiCơ sở lý 
thuyết
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CHIẾT ĐẤT(PHYTO-EXTRACTION)
Khả năng thu hồi kim loại hoặc thải bỏ an 
toàn
Dữ liệu cần 
thiết
•> 3 tấn sinh khối khô/ha.năm
•> 1000 mg/kg kim loại
•Xử lý đất ô nhiễm nhẹ cho đạt tiêu chuẩn
Điều kiện 
thành công
Khả năng sản xuất sinh khối và tích lũy 
chất ô nhiễm trong các bộ phận có thể thu 
hoạch
Nhân tố
quyết định
Cây sinh trưởng khỏe, hấp thu và tích lũy 
các chất ô nhiễm ơ hàm lượng khá cao
Cơ sở lý 
thuyết
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
LỌC BẰNG RỄ (RHIZO-FILTRATION)
Tốc độ xử lý ô nhiễmDữ liệu cần 
thiết
•Mật độ cây 200-1000 g/m2
•Thời gian chịu ngập nước là vài ngày
Điều kiện 
thành công
Hấp thu/lọc qua rễ, cây có khả năng chịu 
ngập nước
Nhân tố
quyết định
Rễ cây hấp thu và cố định các chất ô 
nhiễm
Cơ sở lý 
thuyết
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ảnh hưởng của EDTA đến hiệu quả loại KLN 
(thí nghiệm trong nhà kính với cây bắp, Zea mays)
5.3 / 
20.1
13.2 / 
58.7
23.8 / 296104 / 1980.5 mg 
EDTA kg-
1 đất
0.3 / 
13.1
1.2 / 42.33.3 / 2932.8 / 34.4Không xử lý
CuCdZnPbXử lý
Hàm lượng KLN trong đất / lá (mg/kg trọng lượng khô)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Xử lý chất thải đi 
kèm tạo sản phẩm 
(BIOTREATMENT- BIOCONVERSION)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
VÌ SAO CẦN DÙNG DẠNG NĂNG LƯỢNG SẢN XUẤT 
BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC (BIO-FUELS)?
n Giải pháp thay thể nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt
n Giảm phát thải CO2.
n Giảm ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông
n Ít độc hơn các dạng năng lượng hóa thạch như xăng dầu hay 
diesel
n Nguồn cung cấp năng lượng dồi dào, giá thành kiểm soát 
được.
n Mở ra một ngành công nghiệp mới tạo thêm công ăn việc làm 
cho người lao động. 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
BIO-FUELS & CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG KHÁC
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
SINH KHỐI SẢN XUẤT BIO-FUELS:
Ngũ cốc, lúa 
gạo, tinh bột, 
đường
Vật liệu chứa 
cellulose : cỏ, 
,cây, phế phẩm 
nông nghiệp, gỗ
thừa, chất thải 
rắn
Lên men 
(phức tạp)
Lên men 
(dẽ dàng)
Etanol
Etanol
Biogas
cây lấy dầu: cải 
dầu, đậu nành, 
hướng dương
Methylester
diesel
Chất thải hữu 
cơ: chế biến cá, 
mỡ động vật
Lên men diesel
Biogas
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Chất thải của các nhà máy cưa
Phân bón
Bùn cống
Thành phần hữu cơ trong rác thải đô thị
Dầu thực vật và chất béo đã qua sử dụng
Phụ phẩm và chất 
thải
Gỗ thừa trong ngành mộc
Gỗ thừa khi đốn cây
Rơm rạ sau khi thu hoạch ngũ cốc
Các loại phế phẩm khác từ ngành công nghiệp chế
biến nông sản (mía, trà, cà phê, cao su, dầu cọ và
dầu dừa)
Phế phẩm
Rừng ngắn ngày (bạch đàn, dương)
Cây dài ngày (cỏ miscanthus)
Cây vụ mùa (cải dầu, mía, củ cải đường)
Cây trồng chuyên 
canh
Thí dụLoại
SINH KHỐI CHO SẢN XUẤT BIO-FUELS:
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Sản phẩm của thực 
vật sau 
Phytoremediation
Phân huỷ
Xử lý 
nhiệt
Xử lý 
sinh học
Xử lý cơ 
học
Sản 
phẩm
Nhiệt phân
Khí hoá
Đốt
Lên men
Thị trường
Xử lý 
cơ học
Hoá chất
Nhiệt 
Điện
Nhiên 
liệu
Bio-oil
Fuel-gas
Nhiệt
Etanol
Bio-gas
Dầu ép
XỬ LÝ SINH KHỐI -
TẠO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ 
SINH 
HỌC
Thuỷ phân
Lên men
Phân huỷ
kỵ khí
Phân huỷ
hiếu khí
Đường
Dung môi 
hữu cơ, 
acid, rượu
Sản phẩm 
phân huỷ
Thức ăn 
động vật
Điện
Hoá chất 
hữu cơ
Phương 
pháp 
Sản phẩm 
sơ cấp 
Sản phẩm 
thứ cấp
Gas MHV
Phân trộn
Metan
Chất ổn 
định đất
XỬ LÝ SINH KHỐI - TẠO SẢN PHẨM
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Nguyên lý 
năng lượng, sinh khối
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO SẢN PHẪM
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA
TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
Hiếu khí (cần Oxy)
Nhiệt
(40%)
Sinh khối (C,H,O,N,S)
(60%)
DGKj
(100%)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA
TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
Kị khí (không cần/cần rất ítOxy)
Tạo CH4
(95%)
Tạo Sinh khối
Tạo Nhiệt
(3-5%)
DGKj
(100%)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CƠ CHẤT CHUYỂN HÓA
TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
Hiếu khí (cần Oxy)
Glucose 
C6H12O6 +6O2
(100%)
6CO2+ 6H2O(50%)
Sinh khối lớn
(C,H,O,N,S)
(50%)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CƠ CHẤT CHUYỂN HÓA
TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
Kị khí (không cần/cần rất ítOxy)
Glucose
(100%)
3CH4+ 3 CO2
(90-95%)
Sinh khối rất nhỏ
(5-10%)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CƠ CHẤT CHUYỂN HÓA HIẾU KHÍ
TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI, CHẤT THẢI
Hiếu khí (cần Oxy)
Carbon 
trong chất 
thải (100%)
CO2 (50%)
BÙN
(50%)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CƠ CHẤT CHUYỂN HÓA KỊ KHÍ
TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI, CHẤT THẢI
Kị khí (không cần/cần rất ítOxy)
Khí sinh học
(CH4, H2S, CO2, NH3)
(90-95%)
Sinh khối rất nhỏ
(5-10%)
Carbon 
trong chất 
thải (100%)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Công nghệ xử lý nước thải 
sinh metan (CH4)
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO SẢN PHẪM
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
SINH KHÍ METAN (CH4)
n Cơ chế phản ứng kị khí:
n Vi khuẩn sinh metan từ acetic axít 
(Acetoclastic methanogens)
n Vi khuẩn sinh metan từ hydro (H2-utilizing 
methanogens)
OH2CHH4CO 2422 +®+
243 COCHCOOHCH +®
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n Chế biến phô mai và bơ sữa
n Chế biến trái cây và rau quả
n Chế biến đường
n Chế biến ngũ cốc và lúa mì
n Sản xuất nước uống
n Nhà máy bia
n Chưng cất rượu
n Chế biến cá và thuỷ hải sản
n Lò mổ và đóng gói thịt
n Nước rỉ rác
n Giấy và bột giấy
n Dược
n Sản xuất hoá chất
XỬ LÝ CHẤT THẢI –SINH METAN:
Nguồn nước thải, chất thải rắn 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Các phương pháp xử lý kỵ khí
Trạng thái lơ lửng Có sử dụng giá thểLai hợp
Bể phân huỷ
khuấy trộn 
hoàn toàn
Tiếp xúc kị
khí
Giá thể cố 
định
Giá thể bùn trôi 
nổi/trương nở
Hồ kỵ khí
UASB UASB/ 
lớp cố định
CÔNG NGHỆ SINH KHÍ METAN (CH4)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
40 - 80Giá thể trôi nổi
10 - 30Giá thể cố định
2 - 30UASB
2 - 5Contact
1 - 2Khuấy trộn hoàn toàn 
(CSTR)
Tốc độ xử lý 
(kg COD m-3 day-1)
Loại bể
SINH KHÍ METAN (CH4): hiệu suất giảm COD
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
SINH KHÍ METAN (CH4): Xử lý theo mẻ
Cấp khí
gas trở lại
Bùn hoạt tính lấy đi 
15%
Nước sau 
xử lý
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Khuấy cơ học Trộn băng biogas 
hoàn lưu
SINH KHÍ METAN (CH4): Hệ thống CSTR
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Bể phân huỷ khuấy trộn hoàn toàn
SINH KHÍ METAN (CH4): 
Bể phân huỷ khuấy trộn hoàn toàn
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
SINH KHÍ METAN (CH4): Bể tiếp xúc kị khí
Chất rắn hoàn lưu
Nước đầu vào Nước đầu ra
Bùn 
hoạt 
tính
Loại khí
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Nước hoàn lưu
SINH KHÍ METAN (CH4): Bùn cố định
Nước vào
Nước raNước ra
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
SINH KHÍ METAN (CH4): Lọc kị khí (AF)
Lớp bùn trôi nổi
Nước vào
Nước ra
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ưu điểm
n Kỹ thuật đơn giản, đáng tin cậy
n Tiêu thụ ít năng lượng
n Hiệu xuất xử lý cao trong thời 
gian ngắn
Nhược điểm
n Quá trình tạo bùn hạt tốn thời 
gian và khó kiểm soát
n Khó xử lý khi hàm lượng chất rắn 
caoNước vào
Nước ra
SINH KHÍ METAN (CH4):
Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Công nghệ xử chất thải rắn 
sinh metan (CH4)
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO SẢN PHẪM
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Quá trình thu khí
liên tục
XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN –SINH METAN:
Xử lý mẻ liên tục
Nạp CTR
Phản ứng - tạo khí metan
Kết thúc
Sơ đồ 
cơ sở
Mẻ - 1
Mẻ - 2
Mẻ - 3
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN –SINH METAN:
Xử lý đẩy ống (Pluglow) liên tục
CTR vào CTR sau 
xử lý
Gas
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Yếu tố ảnh hưởng
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO KHÍ METAN
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n Nguồn gốc và tính chất của nước thải
n Hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ
n Nhiệt độ nước thải
n Hàm lượng chất rắn lơ lửng
n Sự hiện diện của các chất độc
n Tải lượng dự kiến
n Ức chế do biogas và bùn lắng tạo 
thành
n Tốc độ tạo sinh khối từ chất hữu cơ
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –SINH 
METAN: Yếu tố ảnh hưởng 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –SINH METAN:
Nhu cầu một số vi lượng kim loại cho Vi khuẩn kị khí
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Kim loại Ức chế trung bình Ức chế mạnh
(mg/l) (mg/l)
Na 3500-5500 8000
K 2500-4500 12000
Ca 2500-4500 8000
Mg 1000-1500 3000
NH4 1000-3000 3000
S2- 200 200 
Cu 0.5 (hòa tan
50-70 (tổng)
Cr(6) 3.0 (hòa tan)
200-600 (tổng)
Cr(3) 180-420 (tổng)
Ni 2.0 (hòa tan)
30 (tồng)
Zn 1.0 (hòa tan)
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –SINH METAN:
Vi khuẩn kị khí ức chế bởi Kim loại
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –SINH METAN:
Chất hữu cơ ức chế Vi khuẩn sinh metan
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Đánh giá
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO KHÍ METAN
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n Thể tích xử lý hiếu khí lớn gấp 5-10 lần
n Lượng sinh khối bùn chỉ chiếm 5-20 % sinh khối 
thu được của xử lý hiếu khí 
n Dinh dưỡng cung cấp chỉ chiếm 5-20 % dinh 
dưỡng cho xử lý hiếu khí
n Sinh khối bùn có thể giữ hoạt tính tới 1 năm
n Không cần năng lượng để cấp khí
n Hiệu suất sinh mêtan có thể lên đến 12 triệu 
BTU/1tấn COD phân huỷ
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –SINH METAN:
So sánh với công nghệ xử lý hiếu khí
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –
SINH METAN: Ưu điểm
n Chịu tải lượng lớn
n Quá trình ổn định
n Giảm chi phí
n Giảm diện tích thiết kế
n Giảm lượng dinh dưỡng N,P,K cung cấp
n Tiết kiệm năng lượng vận hành
n Giảm thiểu nhân công vận hành
n Giảm khí thải đầu ra
n Chống hiện tượng trào bọt của nước thải
n Phân hủy được các chất hữu cơ mà không thể
phân huỷ hiếu khí
n Giảm độ độc của các hợp chất cơ Clo
n Tiên lượng trước được quá trình xử lý 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI –
SINH METAN: Nhược điểm
n Giai đoạn thích nghi khá lâu
n Không hiệu quả với nước thải loãng có độ kiềm cao 
họăc chứa nhiều đường
n Hiệu quả không đủ để thải trong một số trường hợp
n Đối với nướcthải loãng khó khăn để nâng nhiệt độ lên 
35 oC (tối ưu)
n Trong khí metan có chứa H2S và mùi hôi khác
n Không thực hiện được quá trình nitrogen hoá
n Một số hợp chất cơ Clo (alipatic) dễ gây đôc cho Vi 
khuẩn sinh metan
n Ở nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng rất chậm
n Nồng độ NH4 cao (40-70 mg/l) đòi hỏi hoạt tính tối 
đa
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ví dụ: XỬ LÝ BÙN –SINH METAN ở Netherland
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ví dụ: XỬ LÝ NƯỚC THẢI –SINH METAN Ở ẤN ĐỘ
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ví dụ: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC CÔNG NGHỆ SINH 
METAN với nước thải cất rượu tại Ấn Độ)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Bùn nén
Nước thải
Tạo metan từ Nước thải và bùn thải 
công nghiệp mia đường 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO SẢN PHẪM
CÔNG NGHỆ
SINH KHÍ HYDRO(H2)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
H+ + e- H2
H+ + ATP + e- H2
Ferredoxin
Hydrogenase
Ferredoxin
Nitrogenase
CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2: 
Cơ chế quang tổng hợp
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2: Cơ chế lên men
H+ + e- H2
NADH NAD+ +H2
Hydrogenase
Ferredoxin
Ferredoxin
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Các phương pháp sản xuất H2 sinh học
Vi sinh vật Phản ứngQuá trình
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2: lên men
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Sản xuất H2, CH4, acetate từ chất thải chứa Lactose bằng 
nuôi cấy hỗn hợp Clostridium + Methanothermobacter
Sản phẩm
H2
Metan
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Các quá trình qua 2 giai đoạn. 
A. Giai đoạn 1: vi khuẩn Thermotoga elfii phân hủy chất thải tạo H2 và axit 
axetic
B. Giai đoạn 2: lên men axit axetic tạo ra khí metan
Ví dụ: Sản xuất H2, CH4, acetate từ chất thải 
rắn sinh hoạt
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO SẢN PHẪM
nCÔNG NGHỆ SINH ETANOL
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n CÔNG NGHỆ SINH ETANOL
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ SINH ETANOL
Hãng Ford tập trung chế tạo xe sử dụng etanol. Châu Âu đặt 
mục tiêu thay thế 5.75 % lượng xăng dầu hiện tại bằng năng 
lượng sinh học vào năm 2010.
n Hydrate hóa Ethylene (C2H4)
n Lên men đường Glucose (C6H12O6)
n Lên men CTR sinh hoạtBIO-ETANOL
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Phụ phẩm nông nghiệp
Gỗ cây ngắn ngày 
CTR sinh hoạt Cây chứa nhiều đường
CÔNG NGHỆ SINH ETANOL: nguồn sinh khối
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ SINH ETANOL: phản ứng lên men
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ SINH ETANOL: Hiệu quả chuyển hóa
CHUYỂN HÓA THẤP NHẤT CAO NHẤT TRUNG BÌNH
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Gỗ: Cellulose
Hemocellulose
Các polysaccharides
Xylose
(đường 5 C)
Etanol
Glucose
(đường 6 C)
Thủy phân
Nấm men Vi khuẩn
CÔNG NGHỆ SINH ETANOL TỪ GỖ
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
ETANOL+v
Ví dụ: Etanol từ chất thải công nghiệp 
mía đường Hawaii
Sản phẩm phụ
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
1. Lên men đường đã có sẵn
2. Thủy phân bằng axít đặc - trung hòa-lên men
3. Phân hủy HC có Nitơ - Thủy phân-lên men
4. Phân hủy bằng hơi - thủy phân-lên men
5. Phân hủy bằng axít - lên men bằng vi sinh vật chuyển 
gen (MGO)
CÔNG NGHỆ SINH ETANOL: 
các dạng công nghệ
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
3. Thủy phân bằng axít đặc - trung hòa-lên men
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
2. Phân hủy HC có Nitơ-Thủy phân-lên men
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
n 5. Phân hủy băng axít-lên men bằng vi sinh vật 
chuyển gen (GMO)