Sự khác biệt giữa ủ phân hiếu khí và lên men kỵ khí

1. Ủ phân hiếu khí

Quá trình phân hủy hiếu khí thường xảy ra trong điều kiện có oxy và nước. Quá trình hình thành diễn ra như sau:

Chất hữu cơ + vi khuẩn hiếu khí + oxy + nước → khí carbon dioxide + nước (dạng hơi) + nitrat + sunfat + oxit

2. Quá trình lên men kỵ khí

Các quá trình kỵ khí thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, và quá trình hình thành của chúng diễn ra như sau:

Chất hữu cơ + vi khuẩn kỵ khí + khí carbon dioxide + nước → khí metan (khí sinh học) + amoniac + sản phẩm cuối cùng

Quá trình phân hủy hiếu khí và quá trình lên men kỵ khí đều là các quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Chúng có những điểm tương đồng và khác biệt. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết về nguyên lý, quy trình, các giai đoạn lên men, các yếu tố ảnh hưởng, v.v.

Sự tương đồng giữa quá trình ủ phân hiếu khí và quá trình lên men kỵ khí

Đây đều là các quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Chúng đòi hỏi các điều kiện thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật, bao gồm phân bố hợp lý các chất dinh dưỡng, nhiệt độ, pH, v.v.; chúng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh, tăng tỷ lệ N và P, và chuyển đổi phân bón thô thành các loại phân bón thân thiện hơn với cây trồng. Phân bón đã được xử lý dễ hấp thu.

Sự khác biệt giữa ủ phân hiếu khí và lên men kỵ khí

Các nguyên tắc khác nhau

Quá trình ủ phân hiếu khí là quá trình vi khuẩn hiếu khí hấp thụ, oxy hóa và phân hủy chất thải trong điều kiện hiếu khí. Thông qua hoạt động sống của mình, vi sinh vật oxy hóa một phần chất hữu cơ đã hấp thụ thành các chất vô cơ đơn giản, đồng thời giải phóng năng lượng cần thiết cho hoạt động sinh trưởng của vi sinh vật, trong khi phần còn lại của chất hữu cơ được tổng hợp thành chất tế bào mới, cho phép vi sinh vật tiếp tục sinh trưởng và sinh sản. Quá trình sản sinh ra nhiều vi sinh vật hơn. Quá trình lên men kỵ khí là quá trình ổn định chất thải thông qua hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí, kèm theo việc sản sinh methane và CO2.

Quy trình khác nhau

1) Phân hủy hiếu khí

Quy trình chính là: Xử lý sơ bộ chất thải thực phẩm → quá trình lên men chính → quá trình sau lên men → quá trình xử lý sau → lưu trữ

①Xử lý sơ bộ nguyên liệu thô

Bao gồm Phân loại rác thải thực phẩm, Xay nhuyễn rác thải thực phẩm Và điều chỉnh hàm lượng độ ẩm và tỷ lệ carbon-nitrogen. Đầu tiên, loại bỏ tạp chất như kim loại, thủy tinh, nhựa và gỗ khỏi chất thải và nghiền nhỏ thành kích thước hạt khoảng 40 mm. Sau đó, chọn nguyên liệu phân compost để trộn theo tỷ lệ nhằm điều chỉnh độ ẩm và tỷ lệ carbon-nitrogen. Bạn có thể sử dụng rác thải thuần túy. Tỷ lệ rác thải so với phân là 7:3 hoặc tỷ lệ rác thải so với bùn là 7:3 cho quá trình ủ phân hỗn hợp.

② Giai đoạn lên men của nguyên liệu thô

Hầu hết các quốc gia của chúng ta sử dụng phương pháp lên men chính, với chu kỳ lên đến 30 ngày. Hiện nay, phương pháp lên men thứ cấp được sử dụng, với chu kỳ thường kéo dài 20 ngày. Lên men sơ cấp là quá trình chuyển hóa vi sinh vật qua hai giai đoạn ủ phân hiếu khí: nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao. Cụ thể, toàn bộ quá trình bắt đầu từ giai đoạn lên men, trải qua giai đoạn nhiệt độ trung bình, nhiệt độ cao và sau đó đạt đến điểm nhiệt độ bắt đầu giảm. Quá trình này thường kéo dài 10-12 ngày, và giai đoạn nhiệt độ cao kéo dài lâu hơn.

Quá trình lên men thứ cấp có nghĩa là sau quá trình lên men chính, một số nguyên liệu vẫn chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy và lượng lớn chất hữu cơ khó phân hủy, cần được chuyển đến phòng lên men sau và xếp thành đống cao 1-2 mét để tiến hành lên men thứ cấp và phân hủy. Khi nhiệt độ ổn định ở khoảng 40°C, quá trình phân hủy sẽ hoàn tất, thường mất khoảng 20-30 ngày.

③Giai đoạn xử lý sau

Quá trình này nhằm xử lý phân compost đã lên men và chín để loại bỏ thêm các tạp chất trong phân compost mà chưa được loại bỏ trong quá trình tiền xử lý, đồng thời thực hiện quá trình nghiền cần thiết. Hàm lượng nước của phân compost đã được tinh chế sau khi xử lý là khoảng 30%, và tỷ lệ carbon-nitrogen là 15-20.

④Giai đoạn lưu trữ

Lưu trữ có nghĩa là phân compost phải được lưu trữ và quản lý trước khi xử lý. Thông thường, nó có thể được lưu trữ trực tiếp hoặc trong túi. Tuy nhiên, cần chú ý giữ cho nó khô ráo và thông thoáng trong quá trình lưu trữ để tránh tình trạng kín khí và ẩm ướt. Quá trình này được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn ban đầu, giai đoạn nhiệt độ cao và giai đoạn chín muồi.

2) Quá trình lên men kỵ khí

Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn thủy phân và lên men, đề cập đến quá trình thủy phân và lên men của chất hữu cơ dưới tác động của enzym ngoại bào vi sinh vật, phân hủy các chuỗi phân tử lớn thành các phân tử nhỏ như: monosaccharide, axit amin, v.v., để chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo.

Giai đoạn thứ hai là giai đoạn sản xuất hydro và axetat. Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ phân tử nhỏ được sản xuất ở giai đoạn trước được phân hủy dưới tác động của vi khuẩn sản xuất axit như vi khuẩn axetic và một số loài Clostridium để tạo ra axetic axit và hydro. Ở giai đoạn này, tốc độ sản xuất axit rất nhanh, khiến giá trị pH của dung dịch nuôi cấy giảm đột ngột, khiến dung dịch nuôi cấy có mùi hôi thối.

Giai đoạn thứ ba là giai đoạn methanogenesis, trong đó các axit hữu cơ và các hợp chất nitơ hòa tan phân hủy thành amoniac, amin, cacbonat, cacbon dioxit, metan, nitơ, hydro, v.v. Các vi sinh vật methanogen phân hủy axit axetic để sản xuất metan và cacbon dioxit, và sử dụng hydro để khử cacbon dioxit thành metan. Ở giai đoạn này, giá trị pH tăng lên.

3) Các yếu tố ảnh hưởng khác nhau

① Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân compost

Lượng cung cấp oxy phải phù hợp. Lượng không khí thực tế cần thiết nên là 2-10 lần lượng không khí lý thuyết. Hàm lượng nước nên nằm trong khoảng 50%-60%, và 55% là lý tưởng. Lúc này, tốc độ phân hủy của vi sinh vật là nhanh nhất, và vai trò của nước có hai mặt: Thứ nhất là hòa tan chất hữu cơ và tham gia vào quá trình trao đổi chất của vi sinh vật; thứ hai là điều chỉnh nhiệt độ của phân compost.

Khi nhiệt độ quá cao, một phần nhiệt lượng được loại bỏ thông qua quá trình bay hơi của nước: tỷ lệ carbon-nitrogen cần phù hợp, thường được coi là nằm trong khoảng 20-35 đối với rác thải đô thị; tỷ lệ phosphor là 75-150; giá trị pH, khi bùn hữu cơ được sử dụng làm nguyên liệu compost, cần điều chỉnh pH. Ở giai đoạn đầu của quá trình ủ phân, do tác động của vi khuẩn axit, pH là 5,5-6,0. Sau khi ủ phân, pH là 8,5-9,0.

② Tỷ lệ nguyên liệu trong quá trình lên men kỵ khí

Tỷ lệ carbon-nitrogen phù hợp cho quá trình lên men kỵ khí là 20-30. Khi tỷ lệ carbon-nitrogen là 35, sản lượng khí giảm đáng kể; nhiệt độ phù hợp là 30-40°C; giá trị pH là yếu tố cần thiết để vi khuẩn metan duy trì môi trường kiềm nhẹ. Đúng, phạm vi pH tối ưu là 6,8-7,5. Giá trị pH thấp làm tăng đáng kể CO2 và sản sinh lượng lớn chất hữu cơ hòa tan trong nước và H2S. Sự gia tăng hàm lượng sulfide ức chế sự phát triển của vi khuẩn methanogen.

Vôi có thể được thêm vào để điều chỉnh pH, nhưng cách tốt nhất để điều chỉnh pH là điều chỉnh tỷ lệ carbon-nitrogen của nguyên liệu thô, vì độ kiềm được sử dụng để trung hòa axit trong chất nền chủ yếu là nitơ amoniac. Hàm lượng nitơ trong chất nền càng cao, độ kiềm càng lớn. Khi VFA (axit béo bay hơi) vượt quá 3000, phản ứng sẽ dừng lại.

Kết luận

Cả quá trình ủ phân hiếu khí và lên men kỵ khí đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Chúng có cả điểm tương đồng và khác biệt. Về nhu cầu xử lý chất thải hữu cơ, người dùng có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp dựa trên tình hình thực tế và xử lý chất thải hữu cơ đạt mức độ cao. Xử lý dựa trên giá trị, không gây ô nhiễm.