ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI

0
4234

Sự phát triển khoa học kỹ thuật dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ các ngành công nghiệp , song song với nó là sự bùng nổ về dân số kéo theo vấn nạn chất thải gây ô nhiễm môi trường. Hiện nay, ô nhiễm môi trường đã và đang trở thành vấn đề cấp thiết và được quan tâm trên toàn thế giới.

Xem thêm:  BẬT MÍ KỸ THUẬT NUÔI CẤY VI SINH TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHUẨN NHẤT

Lượng rác hải trong sinh hoạt và hoạt động công nghiệp thải ra môi trường ngày càng nhiều trong khi lượng rác được xử lý để an toàn cho môi trường thì không tương xứng. Xử lý rác thải là việc làm rất cần thiết, tuy nhiên hiện nay, những công nghệ xử lý rác thải truyền thống như: chôn lấp, đốt,… không mang lại hiệu quả cao, và chưa là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ môi trường. 
Đứng trước những thực trạng trên, đòi hỏi cần những giải pháp lâu dài, hiệu quả, mang tính công nghệ và đặc biệt là an toàn cho môi trường để xử lý rác thải. Ngày nay, sự phát triển của công nghệ sinh học đặc biệt là công nghệ vi sinh vật ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Nhiều quy trình công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường hiện tại được xây dựng trên cơ sở tham gia tích cực của vi sinh vật.

1. Nguyên lý sử dụng vi sinh vật trong xử lý rác thải

Xử lý rác thải bằng công nghệ vi sinh vật là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật phân hủy rác thải thành các thành phần nhỏ hơn, hình thành sinh khối vi sinh vật cao hơn, các sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật và các loại khí như CO2, CH4,… Các quá trình chuyển hóa này có thể xảy ra ở điều kiện hiếu khí hay kỵ khí.
Việc lựa chọn các vi sinh vật xử lý rác thải cần dựa trên những nguyên tắc sau:
• Các chủng vi sinh vật phải có hoạt tính sinh học cao như khả năng sinh phức hệ enzyme cellulase cao và ổn định.
• Sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện thực tế của đống ủ.
• Có tác dụng cải tạo đất và có lợi cho thực vật khi sản xuất được phân ủ bón vào đất.
• Không độc cho người, cây trồng, động vật và vi sinh vật hữu ích trong đất.
• Nuôi cấy dễ dàng, sinh trưởng tốt trên môi trường tự nhiên, thuận lợi cho quá trình xử lý.
Phân loại rác thải:
– Phân loại dựa vào đặc tính tự nhiên như: các chất hữu cơ, vô cơ, chất có thể cháy hoặc không có khả năng cháy.
Rác thải có thể phân loại bằng nhiều cách khác nhau: 
– Phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh như: rác thải sinh hoạt, văn phòng, thương mại, công nghiệp, đường phố, chất thải trong quá trình xây dựng hay đập phá nhà xưởng.

2. Thành phần của rác thải hữu cơ

Các chất hữu cơ trong rác thải là các phần của thực vật, động vật bị loại bỏ, chúng có chứa các thành phần như trong cơ thể sinh vật, trong đó quan trọng nhất là: hydratcacbon, protein, lipit.
Các Hydratcacbon: chiếm tỷ trọng lớn nhất trong sinh khối động vật, thực vật, vi sinh vật. Chúng tương đối phức tạp và khó phân hủy. Trong rác thải thường gặp các loại như: cenlulose, hemicenlulose, lignin, tinh bột, pectin.
Protein là hợp chất hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, thường chứa 15%-17,5% nitơ, là thành phần quan trọng trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật.
Lipit: lipit và các chất sáp có nhiều trong cơ thể sinh vật.

3. Các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ

Các vi sinh vật phân giải cellulose

Các nhóm vi khuẩn và xạ khuẩn: Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ cellulose nhờ có hệ enzym cellulose ngoại bào nhưng chủ yếu là các chi thuộc nhóm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí và các xạ khuẩn hiếu khí. Các vi sinh vật hiếu khí có khả năng phân giải cellulose thuộc về các chi: Arzotobacter, Achromobacter, Pseudomonas, Cellulomonas, Vibrio, Cellvibrio, Bacillus, Cytophaga, Angiococcus, Polyangium, Sorangium,…(vi khuẩn hiếu khí); Micromonospora, Proactinomyces, Actinomyces, Streptomyces,…(xạ khuẩn). Nhưng trong thực tế, trong nghiên cứu người ta thấy chi Bacillus, Fravobacterium và Pseudomonas là các chi phân lập được có tần suất cao nhất. Một số vi khuẩn kỵ khí tham gia vào quá trình phân giải cellulose, điển hình là các vi khuẩn trong dạ cỏ của động vật nhai lại: Ruminococcus flavefeciens, R. albus, R. parvum, Bacteroides succinpgenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium cellobioparum, Cillobacterium cellulosolvens,…

Các nhóm vi nấm: Vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn enzym có đầy đủ các thành phần.

• Nấm mốc phát triển mạnh ở môi trường xốp có độ ẩm trên 70%, tối ưu 95% và nhiệt độ ấm (24C), các loại thường gặp thuộc nấm bất toàn và Ascomysetes. Các loại nấm này chủ yếu thuộc các chi Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Fusarium,…trong đó đáng chú ý là Trichoderma (hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất, rác và có khả năng phân huỷ cellulose).

• Nấm đốm là các loại nấm phát triển sâu trong tế bào gỗ tạo thành các đốm màu nâu. Hầu hết các loài thuộc nhóm nấm bất toàn và nấm Ascomysetes. Sống phụ thuộc vào độ ẩm của gỗ (khoảng 30%) và nhiệt độ 30-35C, quần thể nấm phát triển lúc đầu là màu xanh sau đó tạo thành màu nâu. Ví dụ các loài: Ceratocystis sp, Cladosporium sp, Aureobasidium sp,…

• Nấm mục: Nấm mục xốp có khoảng 300 loài thuộc các chi: ChaetomiumHumocola và Phialophora của nấm bất toàn và Ascomysetes, chủ yếu phát triển bên trong thành tế bào gỗ. Nấm mục nâu thuộc nhóm của nấm bất toàn vàBasidiomycetes, chúng xâm nhập vào thành tế bào gỗ và phân hủy chúng, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 22-31C, độ ẩm thấp khoảng 40-55%, các loài quan trọng như: Phaeolus schweiniti, Piptopous betulinus, Laetipous sulphureus, Sperassis srispa,… Nấm mục trắng thuộc nhóm của nấm bất toàn và Basidiomycetes, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 22-31C, tối đa không quá 44C, độ ẩm tối ưu có loài thấp, cao và rất cao, các loài điển hình như: Armillaria mellea, Fonus fomentatius, Meripilus giganteus, Fomes annosus,

Vi khuẩn có khả năng phân huỷ cellulose, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm. Nguyên nhân là do số lượng enzym tiết ra môi trường của vi khuẩn thường ít hơn, thành phần các loại enzym không đầy đủ. Thường ở trong đống ủ rác có ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ bốn loại enzym trong hệ enzym cellulose. Nhóm này tiết ra một loại enzym, nhóm khác tiết ra loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ hỗ sinh.

Các vi sinh vật phân giải protein

Trong môi trường rác ủ đống, nitơ tồn tại ở các dạng khác nhau, từ nitơ phân giải ở dạng khí cho đến các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể động, thực vật và con người. Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm như protein, axit amin. Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại trong đất (rác).

Nhóm vi khuẩn chính phân giải protein là vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn nitrit hóa vi khuẩn cố định nitơ. 
Nhóm vi khuẩn nitrit hoá bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên môi trường thạch.
Nhóm vi khuẩn nitrat hoá tiến hành oxi hoá NO2– thành NO3– bao gồm ba chi khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira Nitrococcus.

Nhóm vi khuẩn cố định nitơ có trong môi trường rác ủ là các nhóm: Azotobacter – là một loại vi khuẩn hiếu khí, không sinh bào tử, có khả năng cố định nitơ phân tử, sống tự do trong đất (rác); Clostridium – là một loại vi khuẩn kỵ khí sống tự do trong rác, có khả năng hình thành bào tử, lòai phổ biến nhất là Clostridium pastenisium có hình que ngắn. Clostridium có khả năng đồng hoá nhiều nguồn cacbon khác nhau như các loại đường, rượu, tinh bột …

Vi sinh vật phân giải tinh bột

Trong rác bể ủ có nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột. Một số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ enzym amilaza. Ví dụ như một số vi nấm bao gồm một số loại trong các chiAspergillus, , Rhizopus. Trong nhóm vi khuẩn có một số loài thuộc chi Bacillus, Cytophaza, Pseudomonas … Xạ khuẩn cũng có một số các chi Aspergillus, Fusarium, Rhizopus,… có khả năng phân huỷ tinh bột. Đa số các vi sinh vật không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân huỷ tinh bột. Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó. Ví dụ như các loài Apergillus candidus, Pasteurianum, Bacillus sublitis, B. Mesenterices,Clostridium, A. Oryzae … chỉ có khả năng tiết ra môi trường một loại enzym amilaza. Các loài Aspergillus oryzae, Clostrinium acetobuliticum chỉ tiết ra môi trường enzyme amiolaza. Một số loài khác chỉ có khả năng tiết ra môi trường enzym gluco amilaza. Các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân huỷ tinh bột thành đường. Trong chế biến rác thải hữu cơ người ta cũng sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột để phân huỷ tinh bột có trong thành phần rác hữu cơ.

Vi sinh vật phân giải phosphat

Trong rác thải, phospho tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau. Phospho được tích luỹ trong rác khi động thực vật chết đi, những hợp chất phospho hữu cơ này được vi sinh vật phân giải tạo thành các hợp chất phospho vô cơ.

Vi khuẩn phân giải phospho hữu cơ chủ yếu thuộc hai chi: Bacillus  Pseudomonas. Các loài có khả năng phân giải mạnh là B. Megatherium, B. Mycoides, B.butyricus, B.mycoides và Pseudomonas sp, Pseudomonas radiobacter, P.gracilis.

Ngày nay, người ta đã phát hiện ra một số xạ khuẩn và vi nấm cũng có khả năng phân giải phospho hữu cơ. Trong nhóm vi nấm thì Aspergillus niger có khả năng phân giải mạnh nhất. Ngoài ra một số xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải lân vô cơ.

 * Hình ảnh một số chủng vi sinh vật:

Aspergillus-candidus

bacillus

        Apergillus candidas                                                            Bacillus subtilis

clostridium

        Fusarium

 

      Clostridium pastenisium        

                                                                                                                   Fusarium

4. Các phương pháp xử lý rác thải hữu cơ

a) Ủ kỵ khí – anaerobic composting

Khái niệm: là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ không có mặt của oxy (tinh bột, cellulose, lipit và protein), sản phẩm cuối cùng là khí CH4, CO2, NH3, một lượng nhỏ các loại khí khác, acid hữu cơ và sinh khối vi sinh vật.

Đây là phương pháp đã được áp dụng từ lâu, các rác thải hữu cơ được bổ sung thêm phân bùn và vi sinh vật phân giải, sau đó được ủ thành đống trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, độ xốp thích hợp,… Sản phẩm thu đượclà các chất dễ tan, hỗn hợp các chất khí CH4, CO2, NH3,…trong đó CH4 chiếm đại đa số.

Qua thực nghiệm tính toán cho thấy, quá trình phân hủy rác thải hữu cơ bằng phương pháp ủ kỵ khí thì cứ 200kg chất thải rắn cần 800kg nước sẽ chuyển hóa thành 50kg chất rắn và 150kg khí sinh học (biogas). Thành phần khí sinh học gồm: CH4 55,65%, CO2 35,45%, N2 0,3%, H2 0,1%, H2S 0,1%.

Trong quá trình xử lý phế thải yếm khí (lên men tạo khí methane). Có ba nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình: 
1) Nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm thủy giải và lên men; 
2) Nhóm vi khuẩn tạo Hvà acetic acid; 
3) Nhóm vi khuẩn tạo khí methane tự dưỡng sử dụng H2.

tải xuống

Để nâng cao năng suất của quá trình lên men, hiện người ta vẫn tiếp tục hoàn thiện các loại giống, chủng, vi khuẩn lên men kỵ khí bằng biện pháp chọn lọc tự nhiên hoặc nhờ phương pháp công nghệ di truyền. Đặc biệt về mặt công nghệ người ta cần phải chú ý khắc phục các yếu tố giới hạn tốc độ phân huỷ cơ chất có mặt trong phế thải như cellulose, tinh bột …., và tốc độ tạo khí methane. Cần lưu ý là một số sản phẩm cuối của quá trình lên men như H2, CO2 và H2S, thường có tác động ức chế ngược làm giảm hoạt tính hoạt động của vi khuẩn tạo khí methane.

a.1 Các giai đoạn của quá trình sinh tổng hợp methan (Biogas).
Giai đoạn thủy phân cơ chất: các thành phần hữu cơ của rác thải bị phân hủy dưới tác động của men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra để hình thành các hợp chất đơn giản (đường đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin,… vi sinh vật tham gia vào giai đoạn này là Clostridium thermocellum.

Giai đoạn hình thành các axit hữu cơ: dưới tác dụng của enzym vi sinh vật, các chất hữu cơ dễ tan chuyển thành các axit hữu cơ (axit axetic, axit propionic, axit butyric,…), rượu etylic, rượu metylic, CO2, H2. Các vi sinh vật có mặt trong giai đoạn này là Bacteroides, Suminicola, Clostridium, Bifido bacterium.

Giai đoạn hình thành methan: Các axit hữu cơ và các hợp chất khác chuyển thành CH4, CO2, O2, N2, H2,…

Sơ đồ tóm tắt các phản ứng:

R-COOH + R1-COOH –>  CH3COOH + CH4 + CO2

Các phản ứng sinh methan :

Phản ứng
CH3COOH → CH4 + CO2
4CH3CH2COOH + 2H2O → 7CH4 + 5CO2

2CH3(CH2)2COOH + 2H2O + CO2 → CH+ 4CH3COOH2CH3CH2OH –> 3CH4 + CO2

2CH3CH2OH + CO2 → CH4 + 2CH3COOHCH3COCH3 + H2O –>  2CH4 + CO2

a.2 Các loại hầm lên men kỵ khí

Lên men chất hữu cơ theo mẻ.
Lên men chất hữu cơ liên tục: loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định, loại hầm sinh khí có nắp đậy di động, loại hầm sinh khí kiểu túi.

a.3 Kiểm soát sinh học các hệ xử lý:

Thông thường người ta theo dõi theo nhu cầu sử dụng oxy, độ pH và hàm lượng ATP của quần thể vi sinh vật và dựa vào các thông số này để kiểm soát và điều hòa quá trình lên men yếm khí. Trong đó việc theo dõi biến thiên hàm lượng ATP là quan trọng nhất. Thông thường để đánh giá khả năng hoạt động của hệ xử lý người ta tiến hành xác định sự biến thiên của hàm lượng ATP nội bào.

a.4 Kiểm soát nguồn bệnh:

Một trong những ưu điểm của quá trình lên men yếm khí là nó giúp loại bỏ các nguồn gây bệnh. Nguyên nhân chủ yếu là do sự có mặt của acid béo bão hòa được tạo thành bởi phản ứng oxy hóa trong dịch lên men. Các acid này thường kết hợp với H2, cũng được tạo thành trong quá trình trên, tạo ra octanic acid là chất kháng khuẩn rất mạnh.

a.5 Thu nhận các chất hữu ích từ lên men yếm khí: 

Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của quá trình xử lý phế thải, là tái sử dụng các chất hữu cơ có trong phế thải. Nội dung của vấn đề này bao gồm hai khía cạnh:

1) Tách và cô đặc các chất hữu ích có trong phế thải;

2) Biến phế thải thành sản phẩm có ích.

Trong thực tế, hiện người ta đặc biệt quan tâm đến vấn đề xử lý và tái sử dụng nguồn nước, xử lý phế thải nói chung để sản xuất khí sinh học, đồng thời tạo ra sản phẩm làm nguồn thức ăn gia súc hoặc phân bón hữu cơ. 
• Xử lý tái sử dụng nước thải: 
Xu thế hiện nay là người ta tiến hành xử lý các dạng nước thải khác nhau và tái sử dụng chúng để phục vụ cho các ngành công nghiệp nặng như ngành năng lượng, sản xuất phân bón và khai thác than. Vì nói chung nước sử dụng trong các lĩnh vực nói trên không đòi hỏi độ sạch như đối với nước dân dụng. 
• Xử lý phế thải tạo thức ăn gia súc: 
Hằng năm chỉ riêng ở Anh hoạt động sống của con người thải ra chừng 2,5.1010 kg phế thải, ngành chăn nuôi thải ra chừng 1,8.1011 kg. Từ lượng phế thải này, qua quá trình xử lý sẽ tạo ra một số lượng bùn hoạt tính khổng lồ có hàm lượng protein chiếm tới khoảng 30 – 40% sinh khối khô. Tiếp tục xử lý chúng sẽ tạo được một nguồn thức ăn cho gia súc rất có giá trị.

b) Ủ hiếu khí – aerobic composting.

Khái niệm: là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ có mặt của oxy sản phẩm cuối cùng là H20, CO2 và sinh khối vi sinh vật.

b.1 Sơ đồ nguyên tắc phương pháp ủ hiếu khí

 Capture

Capture

Sơ đồ chung của hệ thống xử lý rác thải bằng phương pháp ủ hiếu khí:

Quá trình này thể hiện như sau:
+ Oxy hóa carbon hiếu khí:
Chất hữu cơ (C,O,H,N)  + VSV dị dưỡng –> Tế bào VSV mới + CO2 + H2O + NH3 + Kcal
+Nitrat hóa hiếu khí:
Giai đoạn 1:
CO2, CO, Amon + VSV dị dưỡng ( Nitromonas) –>  Tế bào VSV mới + NO2+ H2O+ H+

Giai đoạn 2: 
CO2, nitrit +  VSV dị dưỡng (Nitrobacter) –>  Tế bào VSV mới +  NO2 + H2O
Qua thực nghiệm cho thấy quá trình phân hủy rác thải hữu cơ bằng ủ hiếu khí thì cứ 400kg chất thải rắn cần 600kg nước và 180kg oxy sẽ chuyển hóa thành 250kg chất rắn, 245kg CO2 và nhiệt lượng thoát ra ngoài.

b2. Các dạng công nghệ

Các mô hình công nghệ ủ hiếu khí hiện nay trên thế giới, phân loại theo nhiều cách:
• Theo trạng thái của khối ủ: tĩnh hoặc động.
• Theo phương pháp thông khí khối ủ: cưỡng bức hay tự nhiên.
• Theo đặc điểm hệ thống ủ: hệ thống mở hay kín, liên tục hay không liên tục.
Mô hình ủ theo hệ thống mở phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh hoặc luống động có kết hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kì. Tuy nhiên nhược điểm của hệ thống này là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian ủ có thể kéo dài, thường áp dụng cho qui mô nông trường, trang trại có diện tích mặt bằng lớn và xa khu dân cư hay đô thị.
Đối với qui mô công nghiệp trong các nhà máy lớn thường áp dụng mô hình hệ thống kín, được thiết kế hoạt động liên tục. Dựa trên cấu trúc và dòng chuyển động của vật liệu phân loại mô hình ủ hiếu khí trên qui mô công nghiệp thành: mô hình kiểu ngang, mô hình kiểu quay.

Các dạng công nghệ thường áp dụng ở nước ta:
• Ủ rác thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn (Windrow composting): Đây là phương pháp cổ điển nhất, rác được chất thành từng đống có chiều cao khoảng 1,5-2,5m, hàng tuần đảo trộn hai lần, nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ là 55C. Quá trình ủ có đảo trộn kéo dài 4 tuần độ ẩm duy trì là 50-60%. Sau đó là 3 hay 4 tuần ủ không đảo trộn, trong giai đoạn này các loài nấm mốc và xạ khuẩn chuyển hóa các chất hữu cơ thành mùn. Ưu điểm của phương pháp là dễ thực hiện, nhược điểm là mất vệ sinh gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường xung quanh.
• Ủ rác thành đống không đảo trộn và thổi khí (Aeroted staticpile composting): Rác được ủ thành đống cao từ 2-2,5m, phía dưới có lắp đặt một hệ thống phân phối khí. Nhờ hệ thống phân phối khí mà quá trình chuyển hóa diễn ra nhanh hơn, nhiệt độ đống ủ được ổn định và phù hợp với sự phát triển của vi sinh vật.

b3. Các vi sinh vật tham gia:

Các nhóm vi sinh vật tham gia chuyển hóa vật chất hữu cơ trong quá trình ủ phân rác hiếu khí gồm các vi khuẩn hiếu khí, xạ khuẩn hiếu khí và các vi nấm hiếu khí. Một vài loài tiêu biểu: Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrospira, Thiobacillus,…

5. Hoạt động của vi sinh vật trong đống ủ

Các quá trình sinh hoá diễn ra trong đống ủ rác chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống của chúng. Các loại vi khuẩn và nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải các hợp chất. Các loại vi sinh vật phát triển tốt trong các điều kiện môi trường được xác định như bảng sau.

Bảng. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật

Yếu tố môi trường  Khoảng xác định
Nhiệt độ, oC  0 – 70
Nồng độ muối, % NaCl 0 – 3
pH  1,0 – 1,2
Nồng độ oxi, % 0 – 21
Áp suất, mPa  0 – 115
Ánh sáng Bóng tối, ánh sáng mạnh

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải tại các đống ủ rác được chia thành ba nhóm chủ yếu sau: 
– Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 20oC.
– Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 40oC.
– Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 – 70oC. 
Sự phát triển của các loại vi sinh vật theo nhiệt độ được thể hiện theo đồ thị sau: Thời kỳ đầu của quá trình ủ rác, quá trình hiếu khí được diễn ra, giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxi hoá sinh hoá thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo, một lượng nhất định chất xenluloza. Trong quá trình này, các vi sinh vật tiếp nhận một lượng năng lượng rất lớn và vì thế có tồn tại một lượng năng lượng đáng kể ở dạng nhiệt. Lượng năng lượng nhiệt được tạo thành bên trong lòng đống ủ được tạo ra nhiều hơn so với lượng nhiệt được thoát ra bên ngoài và do đó nhiệt độ bên trong các đống bể ủ được tăng lên. Giá trị nhiệt độ tăng tới 60 – 70oC, kéo dài trong thời gian khoảng 30 ngày. Ở khoảng nhiệt độ này, các phản ứng hoá học diễn ra sẽ trội hơn các phản ứng vi sinh vật bởi vì hầu hết chủng vi sinh vật không phát triển được ở nhiệt độ 70oC.

Trong quá trình phân huỷ hiếu khí, các polime ở dạng đa phân tử được vi sinh vật chuyển hoá sang dạng đơn phân tử và tồn tại ở dạng tự do. Các polime đơn phân tử sau đó lại được vi sinh vật hấp thụ, sử dụng trong việc tiếp nhận năng lượng để kiến tạo nên tế bào mới. Khi O2 bị các vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ dần thì các vi sinh vật yếm khí bắt đầu xuất hiện và nhiều quá trình lên men khác được bắt đầu diễn ra trong đống ủ. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện cả yếm khí lẫn kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ dạng đơn giản, các axit amin, đường … được chuyển hoá thành các axit béo dễ bay hơi, rượu, CO2 và N2. Các axit béo dễ bay hơi, rượu sau đó lại được chuyển hoá tiếp tục với sự tham gia của các vi sinh vật axeton và các vi sinh vật khử sunfat.

Các vi sinh vật axeton tạo ra các axit axetic, khí CO2 còn các vi khuẩn khác thì chỉ tạo ra khí N2 và khí CO2. Các chất này là nguồn nguyên liệu ban đầu của quá trình metan hoá. Các vi khuẩn tạo sunfat và vi khuẩn tạo metan là những vi khuẩn thuộc nhóm tạo vi sinh vật kỵ khí bắt buộc. Có hai nhóm vi sinh vật chủ yếu tham gia vào quá trình tạo metan, phần lớn là nhóm các vi sinh vật tạo metan từ khí N2 và khí CO2, phần nhỏ (gồm 2 đến 3 chủng loài) là những vi sinh vật tạo metan từ axit axetic. Trong tổng lượng khí metan tạo thành từ đống ủ thì có tới 70% được tạo thành từ axit axetic. Nếu như có tồn tại nhiều sunfat trong các đống ủ thì các vi khuẩn khử sunfat sẽ mang tính trội hơn vi khuẩn metan và như vậy sẽ không có khí metan tạo thành nếu sunfat vẫn tồn tại. Trong quá trình chuyển hoá kỵ khí, nhiệt độ của các đống ủ giảm xuống vì các chủng loại vi sinh vật ở giai đoạn này tạo ra ít nhiệt lượng hơn nhiều so với quá trình chuyển hoá hiếu khí (chỉ bằng 7% so với quá trình hiếu khí).

Như vậy, rác hữu cơ tại các đống ủ được phân huỷ theo nhiều giai đoạn chuyển hoá sinh học khác nhau để tạ ra sản phẩm cuối cùng là mùn hữu cơ để làm phân sinh học.

Kết luận và kiến nghị

Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải là một trong những hướng phát triển ưu tiên hàng đầu trong đó chú trọng sử dụng các công nghệ sạch tạo đà cho việc phát triển bền vững. 
Các quá trình xử lý chất thải bằng biện pháp sinh học mà vai trò chính là sự đóng góp của các loài vi sinh vật nhằm bảo vệ các giá trị của môi trường thiên nhiên.
Công nghệ phân hủy chất thải bằng vi sinh vật dựa trên cơ sở loại bỏ hỗn hợp nhiều chất có trong chất thải và tái sử dụng chúng. Ứng dụng công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải sẽ tăng cường khả năng phân hủy các chất, giảm thời gian phân hủy dẫn đến giảm giá thành sản phẩm.
Tóm lại, công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải là sự phát triển của công nghệ sinh học nhằm ứng dụng vi sinh vật và các cấu phần của tế bào vi sinh vật để sản xuất các chế phẩm có giá trị mới và ứng dụng các quá trình công nghệ mới, thích hợp trong bảo vệ và phục hồi chất lượng môi trường sống của con người.

Kiến nghị:

Trên cơ sở thành công của những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ vi sinh vật xử lý rác thải, nên tiếp tục đi sâu nghiên cứu, phân lập, chọ lọc và nuôi cấy các giống vi sinh vật có hoạt tính cao phân giải rác thải. Ứng dụng công nghệ vi sinh sản xuất các chế phẩm sinh học xử lý rác thải hiệu quả và giá thành hợp lý. 
Cải tiến những công nghệ xử lý rác thải có ứng dụng vi sinh vật và tìm ra những phương pháp xử rác thải mới ứng dụng công nghệ vi sinh thay thế những công nghệ truyền thống.
Xây dựng, nâng cấp và mở rộng về qui mô lẫn số lượng các nhà máy đáp ứng nhu cầu xử lý rác thải.

Tài liệu tham khảo

Giáo trình Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải, PGS. TS Lê Gia Hy. Nxb Giáo dục Việt Nam, 2010.
Giáo trình Quản lý và xử lý chất thải rắn, Ths Lê Minh Thành, khoa Kỹ thuật – công nghệ – môi trường, Đại học An Giang.
Luận án tiến sĩ sinh học Nghiên cứu các vi sinh vật phân giải xenluloza trong phân hủy rác thải hiếu khí và ứng dụng, 2001.
Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kỹ thuật lên men kỵ khí, Ngô Kế Sương, Nguyễn Lân Dũng. Nxb Giáo Dục, 1997.

Bài viết nên xem :

 – Lập báo cáo giám sát môi trường định kỳ

 – Lập kế hoạch bảo vệ môi trường

 – Hệ thống xử lý nước thải

Đọc Thêm :   VI SINH XỬ LÝ BÙN MICROBE-LIFT SA