Quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn tạo ra sản phẩm mới bao gồm phân compost, khí mê tan, các protein, alcohol và các thành phản hữu cơ trung gian khác. Tóm tắt các quá trình trên được trình bày ở bảng 13.1.
Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn
Các vi sinh vật tham gia quá trình phân huỷ chất thải rắn tạo ra những sản phẩm hoặc bán thành phẩm mới là PKOTIST (nguyên sinh), các vi sinh vật trong nhóm này có thể là đơn bào hoặc đa bào nhưng không có sự khác biệt về cấu tạo tế bào. Đại diện cho nhóm PROTIST là các vi khuẩn, nấm, nấm men (Yeast), actinomycites, động vật nguyên sinh (Protozoa) và tảo…
Các vi khuẩn đơn bào là khuẩn cầu (Cocci), khuẩn que (Rod) hoặc khuẩn xoắn(Spiral). Khuẩn cầu có đường kính khoảng 0,5 – 4 µm, khuẩn que có chiều dài từ 0,5 20 µm và chiều rộng 0,5 – 4 µm, khuẩn xoắn có chiều dài trên 10 µm, rộng khoảng0,5µm.
Nấm được coi là đa bào, không quang hợp, là các PROTIST dị dưỡng. Hầu hếcác loại nấm có khả năng phát triển trong điều kiện độ ẩm thấp mà với độ ẩm nàykhông thích hợp cho các vi khuẩn hoạt động. Thêm vào đó, các nấm có thể chịu được ở độ pH thấp và dải rộng từ 2 – 9 pH lý tưởng cho các loại nấm là 5 – 6.
– Nấm men là vi sinh vật đơn bào, có hình cầu với đường kính từ 8-12µm hoặccó hình elip (chiều dài không quá 15µm). Hoạt động mạnh nhất của loại nấm này là lên men đường thành rượu và CO2
– Khuẩn tia (Actinomycete) là một nhóm với đặc điểm trung gian giữa vi khuẩn và nấm. Khuẩn tia có tế bào với kích thước từ 0,5 – l,4µm.
Compost
Các chất thải rắn hữu cơ có thể được phân loại như sau: Các thành phần hoà tan trong nước như đường, bột, axit amin và các axit hữu cơ khác.
• Các sản phẩm Hemice11ulose có 5 đến 6 đường cacbon
• Ce11ulose – sản phẩm của 6 đường cacbon, glucose.
• Dầu, mỡ là các este của rượu và các axit béo bậc cao
• Lignin
• Các lignin – ce11ulose
• Các protein là sự kết hợp của chuỗi amino axit
Nếu các thành phần hữu cơ nêu trên được phân loại từ chất thải rắn đô thị và để cho các vi khuẩn phân huỷ thì sản phẩm còn lại sau hoạt động đồng hoá, dị hoá của vi khuẩn là mùn (humus). Quá trình này còn được gọi là quá trình compost (tạo phân vi sinh).
Sự phân huỷ chất hữu cơ có thể được thực hiện bởi các sinh vật kị khí hoặc yếm khí phụ thuộc vào điều kiện oxy. Quá trình phân hủy kị khí thường xảy ra khá chậm và gây mùi do đó hầu hết các quá trình compost thường ở dạng háo khí. Đặc tính lý hoá của mùn biến động theo loại chất thải rắn, điều kiện hoạt động của quá trình compost. Những đặc điểm chính sau đây mà ta có thể phân biệt mùn với các vật chất tự nhiên khác là:
• Có màu nâu đen đến đen
• Tỷ lệ nitơ-cacbon thấp
• Có sự thay đổi tiếp tục do sự hoạt động của vi sinh vật.
• Có khả năng trao đổi bazơ
Quy trình làm phân vi sinh (compost)
Làm phân vi sinh theo ba bước: Chuẩn bị rác để làm phân; Phân huỷ (ủ) rác;
Thành phẩm, tiêu thụ.
– Trong khâu chuẩn bị rác để làm phân, bao gồm: phân loại, giảm kích thước rác,
điều chỉnh độ ẩm rác và các thành phần dinh dưỡng trong rác.
– Phân huỷ rác háo khí: Rác được rải ra và đảo 1 – 2 lần/tuần và liên tục trong 5 tuần. Để thực hiện qui trình phân huỷ rác người ta áp dụng một số hệ thống thiết bị cơ học. Nếu kiểm soát tốt quá trình hoạt động trên hệ thống cơ học thì mùn có thể được hình thành trong thời gian từ 5 – 7 ngày. Nghiền nhỏ phân rác, có thể thêm một số phụ gia, đóng gói và đưa vào kho chứa.
Quy trình chế biến phân ủ compost tại một xí nghiệp chế biến rác ở Hà Nội như hình sau:
Sơ đồ công nghệ chế biến phân rác vi sinh (compost)
Hoạt động của vi sinh vật trong quá trình ủ rác compost
Các vi sinh vật có mặt trong quá trình ủ phân rác compost bao gồm vi khuẩn, nấm, men, khuẩn tia v.v… Người ta xác định rằng hầu hết các loài trong nhóm vi sinh vật nêu trên đều có khả năng phân giải gần hết các chất hữu cơ thô trong rác thải. Tất nhiên mỗi một loài vi sinh vật có khả năng tốt nhất để phân huỷ một dạng chất hữu cơ nào đó.
Thí dụ đường hoà tan trong nước là tốt nhất đối với vi khuẩn trong khi đó nấm, men, khuẩn tia lại hoạt động rất mạnh đối với chất ce11ulose và hemice11ulose. Quá trình trao đổi chất là hiện tượng phổ biến trong ủ phân rác và một yếu tố quan trọng khác là sự phân giải nhiệt do hoạt động đồng hoá và dị hoá của vi sinh vật để tạo ra mùn. Ở nhiệt độ 45 – 50oc các vi sinh vật ưa nhiệt (mesophilic) bắt đầu hoạt động là chủ yếu.
Đối với các vi sinh vật mesophilic này nhiệt độ 55o c là tối ưu và do đó nó có số lượng chiếm đại đa số. Ở nhiệt độ 45 – 50o c còn có các vi khuẩn và khuẩn tia hoạt động. Trong điều kiện bình thường ở nhiệt độ cao các vi sinh vật hoạt động mạnh và ổn định hơn ở nhiệt độ trung bình.
Khối lượng oxy cần thiết cho quá trình phân giải háo khí của vi sinh vật được xác định bằng phương trình sau đây:
Trong công thức (l): CaHbOcNd Và CwHxOyNz rút ra từ thực nghiệm về phân tử gam thành phần vật chất hữu cơ tham gia ban đầu và cuối của quá trình phân huỷ. Nếu quá trình biến đổi vật chất hữu cơ của rác thành mùn hoàn toàn tốt thì yêu cầu về oxy được xác định bằng phương trình sau:
Nếu amonia (NH3) bị oxy hoá thành nitrat NO3 thì lượng oxy cần thiết để quá trình phân huỷ hoàn toàn được xác định bằng 2 phương trình sau:
Những thông số quan trọng trong qui trình ủ phân vi sinh compost
(Trích theo “Giáo trình công nghệ môi trường” của các tác giả: Trịnh Thị Thanh – Trần Yêm – Đồng Kim Loan)
