Quá trình các phản ứng vi sinh hóa xảy ra trong quá trình sản xuất Biogas (CH4) có thể được chia/ phân làm 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1:
(Giai đoạn thủy phân) Phân mới nạp vào BSK, bắt đầu quá trình lên men vi sinh. Dưới tác dụng của các loại men khác nhau do nhiều loại vi sinh vật tiết ra (vi khẩn Closdium, bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus), các chất hữu cơ phức tạp như hydratcacbon, protein, lipit dễ dàng bị phân hủy thành các chất hữu có đơn giản, dễ bay hơi như etanol, các axit béo như axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic…. và các khí CO2, H2 và NH3. Quá trình này tương ứng khi phân tươi mới nạp vào, sự lên men kỵ khí được diễn ra nhanh chóng, các “túi khí” được tạo thành, như là chiếc phao, làm cho nguyên liệu nhẹ và nổi lên, thành váng ở lớp trên.
Giai đọan 2:
(Giai đoạn Axit hóa) là giai đoạn lên men, hay giai đoạn đầu của quá trình bán phân hủy, nhờ các vi khuẩn Acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng hợp axetat), chuyển hóa các hydrater carbon và các sản phẩm của giai đoạn 1 như Albumozpepit, Glyxerin và các axit béo thành các axit có phân tử lượng thấp hơn, như C2H5COOH, C3H7COOH2, CH3COOH, một ít khí hydro và khí CO2,… Quá trình này sản sinh các sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối như H2S, indol, scatol…., pH của môi trường dịch phân hủy ở dưới 5.
Giai đoạn 3:
(Giai đoạn Axetat hóa) Các vi khuẩn tạo Metan chưa thể sử dụng được các sản phẩm của các giai đoạn trước (1 và 2) để tạo thành Metan, nên phải phân giải tiếp tục để tạo thành các phân tử đơn giản nhỏ hơn nữa (trừ axit acetic), nhờ các vi khuẩn Axetat hóa. Sản phẩm của quá trình phân giải này gồm axit acetic, H2, CO2. CH3CH2OH (ethanol) + H2O → CH3COO- + H+ + 2H2 CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O → CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2 CH3(CH2)2COO- (butyric) +H2O → 2CH3COO- + H+ + 2H2 Giai đoạn này, nhờ các vi khuẩn Axetat hóa phân giải các sản phẩm của giai đoạn trước tạo nhiều sản phẩm H2, và nó được vi khuẩn Metan sử dụng cùng với CO2 để hình thành Metan (CH4), bắt đầu giai đoạn phân hủy. Lúc này các chất bã hữu cơ phân hủy mủn ra thành các phần tử nhỏ, lơ lửng trong dịch thải. pH của môi trường dịch bể phân hủy chuyển sang kiềm và tối ưu ở khoảng 6,8 – 7,8.
Giai đoạn 4:
hình thành khí Metan. Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân giải kỵ khí tạo thành hỗn hợp sản phẩm, trong đó khí Metan chiếm thành phần lớn. Quá trình hình thành khí Metan được đồng thời, bằng 3 con đường: 1- Nhờ vi khuẩn hydrogenotrophic methanogen sử dụng cơ chất là hydro và CO2: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O 2- Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2. acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2. Khoảng 70% lượng metan sinh ra bằng con đường này. CH3COOH → CO2 + CH4 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 3- Nhờ vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm metyl: CH3OH + H2 → CH4 + 2H2O 4(CH3)3-N + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
KS LỘC
