B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

I H C BÁCH KHOA HÀ N I

NGUY N TH THANH

NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH T O BÙN H T
TRONG H TH NG UASB NH M X Lụ N
C
TH I S CH M CAO SU
Chuyên ngành: Công ngh sinh h c
Mã s : 62420201

LU N ÁN TI N S CỌNG NGH SINH H C

Hà N i - 2016


B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

I H C BÁCH KHOA HÀ N I

NGUY N TH THANH

NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH T O BÙN H T


ng d n

PGS.TS.Tô Kim Anh

Giáo viên h

ng d n

PGS.TS Nguy n Lan H

tháng

n m 2016

Tác gi

ng

Nguy n Th Thanh


L IC M

N

L i đ u tiên, tôi xin chân thành c m n PGS.TS. Nguy n Lan H ng và PGS.TS.
Tô Kim Anh đƣ h ng d n và t o m i đi u ki n thu n l i nh t cho tôi th c hi n các k
ho ch h c t p, nghiên c u lu n án này v i s t n t y, sáng su t và khoa h c cao.
Tôi r t bi t n vƠ trơn tr ng s giúp đ quý báu c a GS. Yamaguchi Takashi,

bên c nh, chia s nh ng khó kh n vƠ lƠ đ ng l c giúp tôi hoàn thành lu n án.
Hà N i, ngày

tháng

n m 2016

Nghiên c u sinh

Nguy n Th Thanh


M CL C
DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ T

VI T T T ................................................................... IV

DANH M C B NG ......................................................................................................................V
DANH M C HÌNH ..................................................................................................................... VI
CH

NG 1.

T NG QUAN TÀI LI U ................................................................................ 3

1.1. T ng quan ngành công nghi p s ch m cao su thiên nhiên ............................................ 3
1.1.1.

Cây cao su và tình hình phát tri n .................................................................................... 3


c qua l p bùn ho t tính (UASB) ....................................... 11

1.4.1.

Quá trình phân hu k khí............................................................................................... 11

1.4.2.

c tính chung c a h th ng UASB ............................................................................... 14

1.4.3.

u, nh

c đi m............................................................................................................... 15

1.5. S hình thành h t bùn.......................................................................................................... 16
1.5.1.

Bùn k khí d ng h t ........................................................................................................ 16

1.5.2.

C u trúc h t bùn k khí ................................................................................................... 16

1.5.3.

Các thành ph n c b n c a h t bùn ............................................................................... 18

1.5.4.


1.6.5.

Các nguyên t khoáng..................................................................................................... 29

1.6.6.

Các vitamin ..................................................................................................................... 29

1.6.7.

Các ch t t o keo ............................................................................................................. 30

1.6.8.

Nhi t đ ........................................................................................................................... 30

1.6.9.

pH.................................................................................................................................... 30

1.7. Các thông s đánh giá h t bùn k khí ................................................................................ 30
1.7.1.

Ho t tính sinh metan ....................................................................................................... 30

1.7.2.

Kích th


ng nghiên c u .......................................................................................................... 35

2.1.2. Hóa ch t .............................................................................................................................. 36
2.1.3. Thi t b ................................................................................................................................. 37
2.2. Ph

ng pháp nghiên c u ..................................................................................................... 39

2.2.1. Các ph

ng pháp phân tích ................................................................................................ 39

2.2.2. N i dung nghiên c u............................................................................................................ 44
CH

NG 3.

K T QU VÀ TH O LU N ......................................................................... 47

3.1. Kh o sát đ c tính n

c th i s ch m cao su thiên nhiên ............................................... 47

c th i nhà máy t i khâu đánh đông .......................................................................... 47

3.1.1.

N

3.1.2.

ng c a t i tr ng h u c ..................................................................................... 56

3.3.2.

nh h

ng c a AlCl3 ...................................................................................................... 61

3.3.3.

nh h

ng c a r đ

ng ................................................................................................. 65

3.3. Thành ph n vi sinh v t trong các lo i bùn h t k khí ...................................................... 71
3.3.1.

Thành ph n vi khu n....................................................................................................... 74

3.3.2.

Thành ph n c khu n ...................................................................................................... 79

3.4. X lỦ n

c th i s ch m cao su b ng UASB s d ng bùn ho t tính d ng h t ............ 84

3.4.1.

TÀI LI U THAM KH O........................................................................................................... 99

iii


DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ T
KỦ t

VI T T T

Ti ng Anh

Chú gi i

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu c u oxy hóa sinh h c

BR

Baffled Reactor

Thi t b vách ng n (b y cao su)

COD

Chemical Oxygen Demand



S n ph m ngo i bào

HRT

Hydraulic retention time

Th i gian l u c a n

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solid

N ng đ sinh kh i l l ng

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Solid

N ng đ sinh kh i l l ng bay h i

NGS

Next Generation Sequencing

Gi i trình t gen th h m i

N-NH3

Amonia

Specific Methane Activity

Ho t tính sinh methan riêng

SS

Suspended Solid

Ch t r n l l ng

SVI

Sludge Volume Index

Ch s th tích bùn l ng
Tiêu chu n Vi t Nam

TCVN
TN

Total Nitrogen

T ng nit

UASB

Upflow Anaerobic Slugde Blanket

Thi t b x lý k khí v i dòng ch y
ng c qua l p bùn ho t tính

B ng 1.6. Các ph
B ng 3.1.

ng pháp sinh h c phân t phân tích thành ph n vi sinh v t........... 33

c tính n

B ng 3.2. HƠm l

c th i khơu đánh đông c a nhà máy cao su t i Thanh Hóa ...... 47

ng VFA t i khơu đánh đông c a nhà máy cao su t i Thanh Hóa ... 49

B ng 3.3.

c tính n

c th i tr

B ng 3.4.

c tính n

c th i s ch m cao su đánh đông trong phòng thí nghi m ... 50

B ng 3.5. HƠm l

c và sau khi qua b y cao su ...................................... 53

ng MLSS và MLVSS c a bùn gi ng vƠ bùn đƣ ho t hóa ............... 55


Hình 1.11.Mô hình liên k t ion đa hóa tr .................................................................... 25
Hình 1.12. Mô hình liên k t ECP .................................................................................. 26
Hình 1.13. M i quan h gi a y u t vi sinh v t và các thông s công ngh trong quá
trình t o bùn h t ............................................................................................................ 27
Hình 2.1. N

c th i đánh đông m cao su .................................................................... 35

Hình 2.2. S đ h th ng UASB ................................................................................... 37
Hình 2.3. S đ thi t b b y cao su (BR) ....................................................................... 38
Hình 2.4. Quy trình gi i trình t b ng metagenomics ................................................... 43
Hình 3.1. S k t t cao su trong h th ng UASB ........................................................ 51
Hình 3.2. Hi u su t x lý SS b ng b y cao su ph thu c hƠm l
Hình 3.3. SMA c a bùn và nh h

ng SS đ u vào ........ 52

ng c a OLR đ n SMA trong th i gian ho t hóa .. 54

Hình 3.4. SVI c a bùn ngày 1 và ngày 73 c a quá trình ho t hóa ................................ 56
Hình 3.5. Hình thái bùn khi t ng OLR trong kho ng 3,10 ± 0,92 kg COD/m3.ngày .... 57
Hình 3.6. Phân b kích th

c h t bùn t i OLR đ t 3,75 và 3,95 kg-COD/m3.ngày ..... 58

Hình 3.7. SVI c a bùn gi ng và bùn trong h th ng UASB ng v i các OLR ............ 59
Hình 3.8. Hi u su t sinh khí metan và t l khí metan khi thay đ i OLR .................... 60
Hình 3.9. Hình thái bùn h t khi b sung 300 mg-AlCl3/L ............................................ 62
vi


Hình 3.16. Hi u su t sinh khí metan và t l khí metan khi v n hành UASB b ng n
th i s ch m cao b sung AlCl3 và r đ

c

ng .............................................................. 68

Hình 3.17. Quy trình t o bùn h t trong h th ng UASB quy mô 20L .......................... 71
Hình 3.18. T l các ngành vi sinh v t trong m u bùn phơn tán đƣ ho t hóa và bùn h t
d a trên phân tích trình t gen 16S rRNA..................................................................... 72
Hình 3.19. Các nhóm c khu n chi m u th trong ngành Euryacheaota .................... 80
Hình 3.20. Qu n xã vi sinh v t tham gia vào quá trình chuy n hóa và hình thành bùn
h t .................................................................................................................................. 83
Hình 3.21. S bi n đ ng COD, OLR, hi u su t x lý COD trong quá trình x lỦ n

c

th i s ch cao su c a các h th ng UASB ................................................................... 85
Hình 3.22. T c đ sinh khí trong quá trình x lỦ n

c th i s ch cao su c a các h

th ng UASB .................................................................................................................. 86
Hình 3.23. Hi u su t sinh khí metan trong quá trình x lỦ n

c th i s ch cao su c a

các h th ng UASB ....................................................................................................... 86
Hình 3.24. SVI c a bùn h t trong quá trình x lỦ n c th i s ch m cao su .................... 87

c bùn h t trong quá trình b o qu n ................................. 94

Hình 3.32. Hình thái bùn h t: (A) bùn h t tr

c b o qu n, (B) bùn h t sau 6 tháng b o

qu n t i 4oC, (C) bùn h t sau 6 tháng b o qu n

nhi t đ phòng ................................ 95

viii


GI I THI U LU N ÁN
Tính c p thi t c a đ tài
Ngành cao su là ngành công nghi p có đóng góp đáng k vào t ng kim ng ch xu t kh u
c a Vi t Nam. Hi n nay cơy cao su đ ng th 2 v t su t l i nhu n (sau cây cà phê). M c dù
ngành cao su đƣ t o vi c lƠm cho hƠng ngƠn ng i lao đ ng vƠ đóng góp đáng k cho ngân
sách nhƠ n c nh ng ngành công nghi p này c ng t o ra nh ng v n đ đáng lo ng i v ch t
l ng môi tr ng. N c th i s ch m cao su có m c đ ô nhi m cao v i l u l ng l n n u
không đ c x lý tri t đ s tác đ ng x u đ n ch t l ng môi tr ng. Bên c nh đó, mùi hôi
phát sinh trong quá trình phân h y k khí các ch t h u c trong n c th i c ng nh h ng
nghiêm tr ng đ n môi tr ng không khí xung quanh.
Hi n nay hi u qu x lỦ n c th i t i các nhà máy cao su Vi t Nam r t th p, n c th i
dòng ra không đ t theo tiêu chu n QCVN 01-MT:2015/BTNMT. Tình tr ng này do nhi u
nguyên nhân, m t trong nh ng nguyên nhơn đó lƠ h th ng x lỦ n c th i đ c thi t k ch a
đ công su t. Thêm vƠo đó l u l ng n c th i th ng xuyên bi n đ ng ph thu c vào đi u
ki n s n xu t. Nhi u h th ng x lỦ n c th i t i các nhà máy b quá t i, đ c bi t vào nh ng
tháng s n xu t cao đi m [111], do đó đòi h i ph i m r ng th tích công trình ho c rút ng n
th i gian x lý b ng các thi t b cao t i. Hi n nay các đ a đi m đ t nhà máy s ch m cao su


-

ánh giá hi u qu s d ng bùn h t k khí trong h th ng UASB x lỦ n
m cao su thiên nhiên.

c th i s ch

N i dung nghiên c u c a đ tài:
-

Kh o sát đ c tính n

c th i s ch m cao su thiên nhiên;

-

Nghiên c u các đi u ki n t o bùn h t k khí trong h th ng UASB;

-

Nghiên c u c u trúc qu n xã vi sinh v t trong các lo i bùn h t k khí;

-

ánh giá hi u qu x lỦ n
h t k khí;

-


Cây cao su (Hevea brasiliensis) ti t ra ch t l ng g i là m cao su ho c latex. M cao su
đ c s d ng làm nguyên li u trong s n xu t cao su thiên nhiên. Cơy cao su ban đ u ch m c
t i khu v c r ng Amazon. N m 1873, ng i ta tr ng th nghi m chúng ngoài ph m vi Brasil.
Ngày nay ph n l n các n c tr ng cao su n m t i khu v c ông Nam Á vƠ m t s t i khu
v c Châu Phi [3]. Nhóm 5 n c s n xu t cao su thiên nhiên l n nh t th gi i là Thái Lan,
Indonesia, Malaysia, n
và Vi t Nam (chi m h n 92% t ng s n l ng s n xu t c a th
gi i). T n m 2001 s n l ng cao su thiên nhiên t ng tr ng bình quân 4,8%/n m. N m 2014,
t ng di n tích tr ng cây cao su trên th gi i c tính đ t 9,57 tri u ha v i s n l ng cao su đ t
12,2 tri u t n [173]. Theo báo cáo c p nh t ngành cao su thiên nhiên, Vi t Nam là qu c gia
đ ng th 3 th gi i v s n l ng khai thác cao su thiên nhiên đ t 1,1 tri u t n chi m t tr ng
kho ng 9% vào n m 2014 [1]. Hi n nay, di n tích tr ng cây cao su c a Vi t Nam đ t trên
955.000 ha. Trong đó, t ng di n tích tr ng cơy cao su c a t nh Thanh Hóa đ t 18.296 ha vƠ
hi n có h n 6.400 ha cao su đang trong th i k thu ho ch m v i s n l ng đ t h n 6.000 t n
m khô/n m (S Nông nghi p vƠ Phát tri n nông thôn Thanh Hóa, 2014). N ng su t m cao
su bình quân toƠn ngƠnh đ t 1,6 t n/ha [2].
1.1.2. Thành ph n và c u trúc m cao su thiên nhiên
C u trúc c a m cao su thiên nhiên g m hai pha: l ng vƠ r n. Pha l ng g m n c vƠ m t
s ch t hòa tan (serum). Ph n r n g m nh ng h t cao su l l ng hình c u v i c u t o l p trong
lƠ cao su, l p ngoài là protein và lipit. Khi l p ngoƠi b phá h y gơy nên hi n t ng đông t
các h t cao su. Cao su thiên nhiên là h p ch t cao phân t (polime) ch a các isoprene (C5H8)n.
Các phân t isoprene k t n i v i nhau t o thành m t chu i dài (cis-1,4-polyisoprene [C5H8]n).
Công th c c u t o c a cao su thiên nhiên đ c bi u di n trong hình 1.1.

Hình 1.1. C u t o hóa h c cao su thiên nhiên [7]

3


Thành ph n m cao su thiên nhiên thay đ i theo gi ng cơy, tu i cơy, tình tr ng ch m sóc,

1-2

Glucid và heterosid

%

1

Khoáng ch t

%

0,3 ậ 0,7

Cao su

t n/m3

0,932 ậ 0,952

Serum

t n/m3

1,031 ậ 1,035

N

c


M n

Li tâm

c

Pha loãng đ n
DRC 25

M skim

N c
r a

ánh đông

Latex 60%DCR

Thành
ph m

Serum

N

cx ,m v n

H2 O

Kéo/cán

đông, kéo/cán, c t vƠ n c r a b n. N c th i t b n khu y tr n ch a m t ít h t cao su. N c
th i t m ng đông t ch a ph n l n là serum có hƠm l ng ô nhi m cao nh t. N c th i t
các công đo n khác có b n ch t t ng t trong m ng đông t nh ng loƣng h n. N c th i

5


đánh đông ch a m t s thành ph n đ c tr ng nh các axit d bay h i (VFA), protein, đ ng,
cao su; pH kho ng 5 ậ 5,5. c tính n c th i s ch m cao su c a m t s nhà máy s n xu t
cao su Vi t Nam đ c th hi n b ng 1.2.
B ng 1.2.
Ch tiêu

c tính n

c th i s ch m cao su

Vi t Nam
N

Cao su ly tâm

Cao su kh i

Cao su c m

15 ậ 20

25 ậ 30


520 ậ 650

3.500 ậ 5.000

SS (mg/L)

400 ậ 6.000

200 ậ 6.000

4.000 ậ 8.000

500 ậ 5.000

N-NH3 (mg/L)

75,5

40,6

110

426

TN(mg/L)

95

48


M n c đ c li tơm đ n n ng đ 60% DRC, sau đó b sung amoniac đ ch ng đông.
c đi m chính c a lo i n c th i nƠy lƠ: đ pH cao (pH 9-11), hƠm l ng BOD, COD và TN
c ng r t cao.
* S n xu t cao su kh i:
Cao su kh i đ c s n xu t t m n c có b sung amoniac và dùng axit đ đánh đông.
Do đó, ngoƠi tính ch t chung là hƠm l ng BOD, COD, TN và SS r t cao, n c th i còn có đ
pH th p.
* S n xu t cao su c m:
Cao su c m đ c s ch t m t p l n khá nhi u đ t cát và các lo i ch t l l ng khác. Do
đó, trong quá trình ngơm, r a m , n c th i ch a r t nhi u đ t, cát. MƠu n c th i lo i này
th ng có mƠu nơu, đ . c đi m c a n c th i này là: pH t 5,0 - 6,0, n ng đ SS r t cao,
n ng đ BOD, COD th p h n.

6


Nh v y, n c th i c a quá trình s n xu t cao su li tâm và cao su kh i có hƠm l ng ô
nhi m cao h n so v i n c th i t quá trình s n xu t cao su c m. N c th i s ch m cao su
có hƠm l ng ch t r n l l ng và ch t h u c r t cao. Thêm vƠo đó, n c th i c a các nhà
máy s ch m cao su còn phát sinh mùi hôi th i nh h ng nghiêm tr ng đ n môi tr ng
không khí. Vì v y vi c x lỦ n c th i nhà máy s ch m cao su là m t v n đ quan tr ng
c n ph i đ c gi i quy t.
1.3. Tình hình nghiên c u v x lỦ n
1.3.1. Ngoài n

c th i s ch m cao su thiên nhiên

c

S n xu t cao su thiên nhiên đƣ t n t i 200 n m nh ng các nghiên c u v x lỦ n c th i


H th ng SBR mang đ n hi u qu x lý n c th i s ch m cao su cao, x lý b ng bùn
thông th ng hi u su t x lý COD có th đ t 89,3% v i HRT 12 gi [168]. Khi s d ng bùn
h t có đ ng kính trung bình 1,5 mm và SVI là 22,3 mL/g, hi u su t x lý c a SBR đ t 96,5%
COD, 94,7% N-NH3 và 89,4% TN v i HRT 3h [191]. Nh v y, hi u su t x lý COD, TN và
N-NH3 c a SBR có th nâng cao và gi m th i gian l ng khi bùn d ng h t. Tuy nhiên, v n
hành SBR tiêu t n n ng l ng l n cho quá trình s c khí.
H th ng UASB là m t gi i pháp giúp gi m chi phí v n hành đ ng th i có th thu h i
m t l ng l n n ng l ng t metan. Phoolphundh và c ng s (2004) đƣ nghiên c u x lý
n c th i s ch m cao su b ng h th ng UASB trong đi u ki n pH 5,5 - 6,5 v i COD dòng
vào là 6000 mg/L, hi u su t x lý COD là 16%, và 55% v i HRT l n l t là 4 gi và 18 gi .
M c dù h vi sinh v t có th t đi u ch nh pH dòng ra (7,8 ậ 7,9) nh ng hi u su t chuy n hóa
v n th p [127]. Vi c đi u ch nh COD, pH và ch t dinh d ng dòng vào trong quá trình ch y
thích nghi bùn ho t tính đƣ c i thi n đ c hi u su t x lý COD (đ t 80,1%) c a h th ng
UASB [179]. Các h t cao su b đông t trong h th ng UASB cùng v i các ch t r n phân h y
ch m vƠ các đ c t đƣ nh h ng đ n hi u qu x lý. Nh m kh c ph c nh c đi m này, Jawjit
và c ng s (2013) đƣ nghiên c u đi u ki n t i u cho x lỦ n c th i cao su c m b ng h
th ng g m 2 thi t b UASB m c n i ti p. Nghiên c u này ch ra r ng nhi t đ 35 oC và pH 7
đƣ ng n ch n s đông t cao su, HRT t i u cho UASB1 vƠ UASB2 l n l t là 24h và 48h.
đi u ki n t i u, hi u su t x lý COD và SS l n l t là 82% và 92%, hi u su t sinh khí metan
là 0,116 m3-CH4 /kg-CODchuy n hóa. M c dù bùn gi ng l y t nhà máy cao su nh ng v n c n 89
ngƠy đ bùn thích nghi và hình thành bùn h t [78]. Tanikawa và c ng s (2016) đƣ phát tri n
h th ng g m: thi t b axit hóa - hai UASB ậ DHS (Downflow Hanging Sponge) d i quy mô
pilot t i Thái Lan. Thi t b axit hóa có ch c n ng g n m vƠ đi u ch nh pH dòng vào đ t 6,8 72, UASB1 chuy n hóa COD thành metan và gi m SO42-, UASB2 chuy n hóa COD thành
metan, DHS chuy n hóa COD và oxi hóa H2S. D i đi u ki n v n hành OLR là 0,91
kgCOD/m3.ngày, HRT là 11,1 ngày và COD dòng vào là 10200 ± 1370 mg/L thì hi u su t x
lý COD c a toàn h th ng đ t 97,6 ± 1,1%. H th ng này s ti t ki m đ c 95% n ng l ng,
gi m 95% phát th i khí nhà kính, gi m 92% di n tích v n hành và gi m 80% chi phí v n hành
[162]. Bên c nh vi c s n xu t cao su tiêu chu n, các lo i cao su k thu t c ng đ c s n xu t
v i nhi u tính n ng khác nhau, m t trong s đó lƠ cao su kh protein (DPNR) b ng natri

đáp ng yêu c u ki m soát môi tr ng, các nghiên c u
v công ngh x lỦ n c th i s ch m cao su thiên nhiên đƣ vƠ đang đ c ti n hành.
a. Nghiên c u x lý h t cao su d
Vi c lo i b cao su d đóng vai trò quan tr ng trong toàn b h th ng x lỦ n c th i do
quá trình này làm gi m hƠm l ng ch t gây ô nhi m và gi m s t c ngh n trong h th ng.
Nhìn chung quá trình ti n x lý b ng ph ng pháp v t lý là m t công đo n c n thi t trong các
nhà máy nh m b t gi và thu h i cao su đông t trong n c th i tr c khi x lý sinh h c.
B g nm
Các thi t b g n m đ c s d ng đ lo i b m d đang đ c áp d ng trong h th ng x
lỦ n c th i c a h u h t các nhà máy cao su Vi t Nam. Hi u su t c a các b g n m truy n
th ng đ t t 10 - 30%.
c i thi n hi u qu tách m cao su, Nguy n Thanh Bình (2008) đƣ
nghiên c u công ngh l c m b ng s d a. Hi u su t x lý SS, COD vƠ BOD t ng ng là
64,89%, 56,25% và 59,60% v i HRT 24 gi [5]. Hi u qu c a mô hình nƠy cao h n 2 l n so
v i các b g n m truy n th ng. Tuy nhiên đ n đ nh c a s d a ch a đ c đánh giá nên c n
xác đ nh tu i th c a s d a
H th ng b g n m - b

n đ nh - b th i khí - b keo t - b tuy n n i

9


N c th i t các công đo n ch bi n cao su đ c ch y đ n b g n m , t i đơy n c th i
đ c ch y qua các ng n theo đ ng zic z c đ các h t cao su n i lên m t n c và đ c thu h i
đ tái s d ng. N c th i sau tách m đ c ch y v b n đ nh và đ c gi 2 ngƠy đ các h t
cao su ti p t c n i lên. Sau đó n c th i đ c đ a sang b th i khí. T i b th i khí các h t cao
su khó tách đ c dòng khí đ y lên m t n c. N c sau quá trình th i khí đ c ch y v b keo
t . T i b keo t n c đ c xáo tr n nh mô t khu y có l p cánh g t đ hòa tr n n c và hóa
ch t keo t (PAC), n c sau keo t đ c ch y tràn qua b tuy n n i đ lo i các bông keo. H


Tóm l i, có r t nhi u d ng công ngh khác nhau có th ng d ng đ x lỦ n c th i s
ch m cao su, trong đó có h th ng UASB. H th ng UASB có u đi m là có th x lý n c
th i s ch m cao su có OLR cao (trên 10 kg COD/m3.ngày) và thu h i khí metan, chi phí
v n hành th p h n các thi t b khác. Tuy nhiên, khó kh n l n nh t trong v n hành h th ng
UASB là m cao su d bám vào b m t bùn làm gi m hi u su t x lý và kh n ng tách bùn
th p đƣ h n ch vi c nâng cao OLR.
1.4. B k khí v i dòng ch y ng

c qua l p bùn ho t tính (UASB)

1.4.1. Quá trình phân hu k khí
Quá trình phơn h y k khí lƠ lƠ quá trình phơn h y sinh h c không có oxy, trong đó các
ch t h u c đ c chuy n hoá b i các vi sinh v t đ n s n ph m cu i cùng lƠ h n h p khí sinh
h c g m 50 ậ 70% metan (nh ng có th cao h n tùy thu c vƠo c ch t vƠ đi u ki n v n hƠnh),
25 ậ 40% cacbonic vƠ m t l ng nh hydro, nit , sulfua [30, 98].
Phân h y k khí d a trên m t chu i các ho t đ ng h p tác c a nhi u loài vi sinh v t.
Chúng bao g m 2 giai đo n v i 4 b c trao đ i ch t v i s tham gia c a các nhóm vi sinh v t
có đ c đi m sinh lý riêng bi t (hình 1.3).

Hình 1.3. Các ph

ng th c trao đ i ch t trong quá trình lên men k khí [89]

11


Quá trình phân h y k khí có th th c hi n các nhi t đ khác nhau, bao g m vùng a
l nh (4 ậ 15 °C), a m (20 ậ 40 °C) vƠ a nóng (45 ậ 70 °C) [21]. Các vi khu n k khí ho t
đ ng nhi u nh t vùng nhi t đ a m vƠ a nóng. Các thi t b x lỦ n c th i th ng v n


12


su t c c b c a H2 m c r t th p [39, 52, 53]. Do v y chúng có quan h c ng sinh ch t ch
v i các nhóm c khu n sinh metan nh m duy trì đi u ki n này.
Vi khu n acetogen sinh tr ng nhanh h n c khu n sinh metan kho ng 25 l n [63]. Tuy
nhiên c khu n sinh metan l i s d ng c ch t v i hi u su t sinh n ng l ng th p nên có th
duy trì n ng đ s n ph m trao đ i ch t do acetogen sinh ra (đ c bi t là H2) m c th p và t o
đi u ki n cho acetogen ti p t c sinh tr ng. Các loài thu c nhóm acetogen đi n hình là
Syntrophomonas và Syntrophobacter [144].
1.4.1.4. Nhóm vi sinh v t sinh metan (methanogen)
Trong x lỦ n

c th i các vi sinh v t nƠy sinh tr

đôi t bào là 2,6 ngày

ng v i t c đ ch m v i th i gian nhân

đi u ki n nhi t đ 35 C ho c t i 50 ngày

10 C. Nhóm methanogen

là các loài k khí b t bu c và là nhóm quy t đ nh t c đ quá trình phân h y k khí [174]. T t
c các loài trong nhóm methanogen đ u là các loài t d ng trên ngu n c ch t H2 và CO2
[13]. Vi sinh v t sinh metan đ c chia thành ba nhóm theo ngu n c ch t: hydrogenotrophic,
acetotrophic và methylotrophic.
C khu n sinh metan s d ng hydro (hydrogenotrophic)
Nhóm hydrogenotrophic chuy n hóa H2 và CO2 thành CH4 theo ph


và Methanosaeta (còn g i là Methanothrix). Trong các b k khí lên men nóng (55 C)
Methanosarcina chi m v trí ch đ o giai đo n đ u, sau đó d n d n xu t hi n Methanosaeta
do ái l c v i c ch t axetat c a Methanosarcina cao h n Methanosaeta [190]. Trong quá trình

13