TÓM TẮT Xử lý nước thải thực phẩm sữa là một vấn đề môi trường lớn. Đánh giá này thảo luận về các vi sinh vật liên quan đến quá trình phân hủy kỵ khí của nước thải thực phẩm sữa, sinh hóa của quá trình, các yếu tố ảnh hưởng đến phân hủy kỵ khí và nỗ lực phát triển công nghệ xác định. Quá trình phân hủy kỵ khí của nước thải thực phẩm sữa có nhiều lợi thế so với các phương pháp xử lý khác ở chỗ đạt được mức độ ổn định chất thải cao với mức bùn thấp hơn nhiều. Ngoài ra, quá trình này tạo ra khí mêtan dễ sử dụng với nhu cầu dinh dưỡng thấp và không có oxy. Phân hủy kỵ khí là một loạt các phản ứng phức tạp bao gồm 2 nhóm vi sinh vật kỵ khí hoặc kỵ khí tùy tiện: axitogens và methanogens. Nhóm vi sinh vật đầu tiên phá vỡ các hợp chất hữu cơ thành CO2 và axit béo dễ bay hơi. Một trong số các sinh vật này là acetogen, chuyển đổi axit béo chuỗi dài thành acetate, CO2 và hydro. Methanogens chuyển đổi các sản phẩm của axit thành metan. Sự mất cân bằng giữa các nhóm vi sinh vật khác nhau có thể dẫn đến không chỉ sản sinh mêtan ít hơn mà còn dẫn đến thất bại trong quá trình. Điều này là do sự tích tụ của các hợp chất trung gian, chẳng hạn như axit béo dễ bay hơi, ức chế methanogens. Các tiêu chí được sử dụng để đánh giá quá trình phân hủy kỵ khí bao gồm mức độ hydro và axit béo dễ bay hơi, tỷ lệ metan: carbon và tốc độ sản sinh khí. Một trạng thái ổn định đạt được trong bể xử lý kỵ khí khi pH, nhu cầu oxy hóa học của nước thải, chất rắn lơ lửng của nước thải và sản sinh khí hàng ngày không đổi. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả và tính ổn định của quá trình là các loại vi sinh vật, tỷ lệ C: N, thời gian lưu, thiết kế bể phản ứng, nhiệt độ, kiểm soát pH, áp suất hydro và các chất phụ gia như phân chuồng và chất hoạt động bề mặt. Khi các chất phân hủy kỵ khí ngày càng được sử dụng trong các nhà máy sữa, cần nghiên cứu nhiều hơn về việc lựa chọn các công nghệ tốt nhất để tối đa hóa sản sinh mêtan từ chất thải thực phẩm từ sữa. Từ khóa: chất thải thực phẩm từ sữa, phân hủy kỵ khí, metan, váng sữa
Đánh giá: lên men kỵ khí nước thải thực phẩm sữa A N Hassan* and B K Nelsonf * Khoa Khoa học Sữa, Đại học Bang Nam Dakota, Brookings 57007 Daisy Brand LLC, Garland, TX 75041 TÓM TẮT Xử lý nước thải thực phẩm sữa vấn đề môi trường lớn Đánh giá thảo luận vi sinh vật liên quan đến trình phân hủy kỵ khí nước thải thực phẩm sữa, sinh hóa trình, yếu tố ảnh hưởng đến phân hủy kỵ khí nỗ lực phát triển cơng nghệ xác định Q trình phân hủy kỵ khí nước thải thực phẩm sữa có nhiều lợi so với phương pháp xử lý khác chỗ đạt mức độ ổn định chất thải cao với mức bùn thấp nhiều Ngồi ra, q trình tạo khí mê-tan dễ sử dụng với nhu cầu dinh dưỡng thấp khơng có oxy Phân hủy kỵ khí loạt phản ứng phức tạp bao gồm nhóm vi sinh vật kỵ khí kỵ khí tùy tiện: axitogens methanogens Nhóm vi sinh vật phá vỡ hợp chất hữu thành CO2 axit béo dễ bay Một số sinh vật acetogen, chuyển đổi axit béo chuỗi dài thành acetate, CO2 hydro Methanogens chuyển đổi sản phẩm axit thành metan Sự cân nhóm vi sinh vật khác dẫn đến khơng sản sinh mêtan mà dẫn đến thất bại trình Điều tích tụ hợp chất trung gian, chẳng hạn axit béo dễ bay hơi, ức chế methanogens Các tiêu chí sử dụng để đánh giá trình phân hủy kỵ khí bao gồm mức độ hydro axit béo dễ bay hơi, tỷ lệ metan: carbon tốc độ sản sinh khí Một trạng thái ổn định đạt bể xử lý kỵ khí pH, nhu cầu oxy hóa học nước thải, chất rắn lơ lửng nước thải sản sinh khí hàng ngày không đổi Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu tính ổn định q trình loại vi sinh vật, tỷ lệ C: N, thời gian lưu, thiết kế bể phản ứng, nhiệt độ, kiểm soát pH, áp suất hydro chất phụ gia phân chuồng chất hoạt động bề mặt Khi chất phân hủy kỵ khí ngày sử dụng nhà máy sữa, cần nghiên cứu nhiều việc lựa chọn công nghệ tốt để tối đa hóa sản sinh mêtan từ chất thải thực phẩm từ sữa Từ khóa: chất thải thực phẩm từ sữa, phân hủy kỵ khí, metan, váng sữa GIỚI THIỆU Lượng chất hữu nước thải ngành công nghiệp sữa thay đổi đáng kể (Gough et al., 1987) Mức chất béo, đường lactose protein nằm khoảng từ 35 đến 500, 250 đến 930 210 đến 560 mg / L, tương ứng (Lalman et al., 2004) Nước thải từ ngành sản sinh thực phẩm sữa có nhu cầu oxy hóa học (COD) cao, nhu cầu oxy sinh học (BOD) chất rắn dễ bay (Demirel et al., 2005) COD cao chủ yếu đường lactose, thành phần rắn nước thải từ thực phẩm từ sữa Nhu cầu whey protein cô đặc sản phẩm cô lập làm giảm chất thải thực phẩm từ sở sản xuất; nhiên, đường lactose không sử dụng rộng rãi sản phẩm thực phẩm Do đó, đường lactose, chất rắn sữa dồi nhất, nói chung sản phẩm thải Hobman (1984) nhận vấn đề mơ tả q trình phân hủy kỵ khí để tạo khí mê-tan cách sử dụng có khả sinh lợi đường lactose serum sữa khử protein Ông liệt kê 11 nghiên cứu phòng thí nghiệm quy mơ thí điểm sử dụng whey phô mai serum sữa khử protein để phân hủy kỵ khí Mặc dù lượng đường lactose bị đánh giá thấp tăng lên, việc chuyển đổi đường lactose thành metan quy trình kỵ khí thương mại không phổ biến Do khối lượng sản phẩm phụ chế biến sữa tăng (whey permeate), kích thước nhà máy sữa tăng yêu cầu pháp luật nghiêm ngặt, việc tìm phương pháp xử lý sử dụng hiệu chi phí cho chất thải vấn đề quan trọng ngành sữa (Mawson, 1994) Việc xả chất thải từ sữa, whey phơ mai vào đất có tác động tiêu cực đến cấu trúc hóa học vật lý đất, làm giảm suất trồng gây ô nhiễm nước ngầm (Ben-Hassan Ghaly, 1994) Chất lượng khơng khí bị ảnh hưởng, theo báo cáo Bullock et al (1995) phát hàm lượng CO cao giải phóng whey thấm vào đất đá vôi phù sa Xử lý hiếu khí kỵ khí lựa chọn khả thi cho nhà máy sữa chi phí đầu tư cao cho chế biến whey vấn đề môi trường liên quan đến thải xuống đất Phân hủy hiếu khí sử dụng để xử lý nước thải thị Trong q trình lên men hiếu khí, vi sinh vật phát triển nhanh chóng hầu hết lượng sử dụng cho phát triển tế bào vi khuẩn, sản xuất khí sinh học (Gough et al., 1987) Chỉ khoảng nửa hợp chất hữu phân hủy nước thải ổn định q trình tiêu hóa hiếu khí, có tới 90% bị phân hủy trình phân hủy kỵ khí (McCarty, 1964; Demirel et al., 2005) Ngồi ra, khơng pha lỗng chất thải cường độ cao cần thiết trình kỵ khí Chất dinh dưỡng thấp khơng có oxy cần thiết cho phân hủy kỵ khí Nếu khí mê-tan sử dụng để sản xuất điện, xử lý kỵ khí chất thải thị dẫn đến cân lượng dương Sự cân lượng âm q trình phân hủy hiếu khí phần lớn mức tiêu thụ lượng hệ thống sục khí (Speece, 2008) Phát sinh bùn, đầu vào lượng nhiễm khơng khí vật liệu có mùi giảm mạnh với q trình phân hủy kỵ khí (Ryhiner et al., 1993) Q trình phân hủy kỵ khí đòi hỏi phản ứng phức tạp, liên quan đến nhóm vi sinh vật kỵ khí khơng xác định bao gồm vi khuẩn cổ sinh sản mêtan (Demirel et al., 2005) Chi phí thấp thiết bị xử lý kỵ khí làm cho điều trở thành thay hấp dẫn cho ngành công nghiệp sữa Tuy nhiên, nguyên tắc hoạt động phức tạp Tổng quan đề cập đến nhiều chủ đề khác liên quan đến trình phân hủy kỵ khí nước thải thực phẩm từ sữa, bao gồm vi sinh vật, hóa sinh, yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men phát triển nuôi cấy hiệu VI SINH VẬT LIÊN QUAN ĐẾN SẢN SINH METAN Thành phần vi sinh vật hệ thống phân hủy kỵ khí khơng xác định Sản phẩm thương mại cho phân hủy kỵ khí chất thải sữa khơng có sẵn Thay vào đó, bùn từ hệ thống xử lý chất thải thường sử dụng để bắt đầu trình phân hủy (Chartrain et al., 1987) Mặc dù vi sinh vật liên quan đến q trình phân hủy kỵ khí khơng xác định đầy đủ, có nhóm vi sinh vật tham gia vào q trình (Chartrain et al., 1987; Lee cộng sự, 2008) Nhóm vi khuẩn thủy phân phân hủy OM phức tạp (protein, carbohydrate chất béo) thành hợp chất đơn giản hơn, chẳng hạn axit hữu cơ, rượu, CO2 hydro Nhóm thứ hai vi khuẩn acetogen sản sinh hydro sử dụng axit hữu rượu để sản sinh acetate hydro Áp suất riêng phần H2 thấp điều cần thiết để phản ứng acetogen trở nên thuận lợi mặt nhiệt động (Stams et al., 1998) Chuyển hóa trao đổi chất khác tạo mức độ hydro khác từ chất cụ thể Việc chuyển đổi mol glucose thành butyrate kèm với việc sản sinh mol H2 Chuyển đổi toàn glucose thành axit propionic ethanol dẫn đến sản lượng hydro âm tương ứng Glucose chuyển đổi trực tiếp thành axit axetic mà không sản sinh hydro Tuy nhiên, tạo tới mol hydro từ glucose trình lên men axit axetic (Venetsaneas et al., 2009) Nhóm thứ ba vi khuẩn đồng hợp tử tạo thành acetate từ hydro CO2, axit hữu cơ, rượu carbohydrate Các axit béo (FA) dài nguyên tử carbon, rượu với nguyên tử carbon FA chuỗi nhánh FA thơm sử dụng trực tiếp trình sinh methan Các phân tử lớn cần phải oxy hóa thành acetate H2 vi khuẩn khử proton bắt buộc mối quan hệ trợ dưỡng với vi khuẩn methanogen Nhóm thứ tư bao gồm methanogens tạo thành metan từ acetate, CO2 hydro Các vi sinh vật thủy phân, acetogen methanogen đóng vai trò quan trọng sản sinh mêtan Sản sinh mêtan tối ưu đạt với tương tác vi sinh vật (Chartrain et al., 1987) Mất cân nhóm vi sinh vật khác dẫn đến khơng sản sinh mêtan mà dẫn đến thất bại trình (Lee et al., 2008) Điều tích tụ hợp chất trung gian ức chế methanogens (Lee cộng sự, 2008) Trong bể xử lý kỵ khí whey màng cố định, 55% chủng lên men, 5% acetogen 40% methanogen (Zellner Winter, 1987) Trong bể xử lý kỵ khí khác whey ngọt, số lượng vi khuẩn thủy phân đường lactose, acetogens sản sinh hydro methanogens 1010, 108 đến 1010 106 đến 109 (Chartrain Zeikus, 1986a) Phân hủy sinh học OM nước thải sữa phụ thuộc vào hoạt động tất nhóm vi sinh vật tham gia Sự khác biệt tìm thấy tốc độ tăng trưởng nhóm vi sinh vật khác liên quan đến trình lên men kỵ khí Ví dụ, thời gian nhân đơi tối thiểu 35 ° C 30 phút vi khuẩn tạo axit lên men đường, methanogens phát triển hydro formate, 1,4 ngày vi khuẩn acetogen lên men butyrate, 2,5 ngày vi khuẩn acetogen lên men propionate 2,6 ngày methanogen sử dụng acetate (Mosey Fernandes, 1989) Hai bước (acidogenesis methanogenesis) thường khơng cân (2 tỷ lệ khác nhau) tốc độ thức ăn phân hủy thấp (Yan et al., 1993) Nếu chúng cân bằng, sản phẩm trung gian VFA phát (Yan et al., 1993) Các kỹ thuật phân tử sử dụng để điều tra dịch chuyển quần thể vi khuẩn liên quan đến thay đổi sinh hóa q trình lên men kỵ khí Sản sinh mêtan bể phản ứng khuấy liên tục cho ăn whey thấm 4,7 ngày lên men quần thể vi sinh vật chuyển sang Archaea, với suy giảm axitogen (Lee et al., 2008) Sự khử khí metan dừng lại 18,9 ngày acetate tiêu thụ hoàn toàn bắt đầu lại vào 29,9 ngày acetate sản sinh từ propionate (Lee et al., 2008) Sự phát triển vi khuẩn tiếp tục giai đoạn methanogen (Lee et al., 2008) Thời gian lưu (HRT) có ảnh hưởng đáng kể đến số lượng đa dạng quần thể vi sinh vật Quần thể thủy phân đường lactose không bị ảnh hưởng HRT khoảng từ 25 đến 100 (Chartrain et al., 1987) Tuy nhiên, sinh vật phân hủy acetate giảm xuống mức không đáng kể HRT 12 (Chartrain et al., 1987) Nhiệt độ lên men pH yếu tố ảnh hưởng đến thành phần loài thống trị nhóm vi khuẩn q trình lên men kỵ khí (Brummeler et al., 1985; Tzeng, 1985) Ái lực cao vi sinh vật bám vào bề mặt ngăn cản q trình rửa trơi chúng, ảnh hưởng đến thành phần vi sinh vật trình lên men bể phản ứng sinh học sử dụng công nghệ tế bào bất động (Yang Guo, 1990) Vi khuẩn lên men phổ biến bao gồm Lactobacillus, Eubacterium, Clostridium, Escherichia coli, Fusobac- terium, Bacteroides, Leuconostoc, Klebsiella Ví dụ acetogens Acetobacterium, Clostridium, Desulfovibrio Theo Boone Castenholz (2001), sinh vật sản sinh mêtan phân loại theo miền Archaea, phylum AII, Euryarchaeota Archaea nhóm prokaryote khác với vi khuẩn Một số Archaea tồn điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn mẫn nhiệt độ cao (lên đến 110 ° C) Thành tế bào chúng thiếu peptidoglycan chứa axit muramic trình tự nucleotide 5S, 16S 23S rRNA khác với vi khuẩn Các vết gram Archaea thay đổi khác biệt lớn thành phần lớp vỏ tế bào nhóm Methanogens có dạng hình que, hình lưỡi liềm coccoids Chúng làm giảm CO2 hợp chất methyl tạo metan sản phẩm chính, hydro, formate rượu thứ cấp đóng vai trò chất cấp electron Có methanogens: Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicro- biales, Methanosarcinales, Methanopyrales họ: Methanobacteriaceae, Methanothermaceae, Methanococcaceae, Methanocaldococcaceae, Methano- microbiaceae, Methanocorpusculaceae, Methanospiril- laceae, Methanosarcinaceae, Methanosaetaceae Các đặc điểm họ Archaea thể Bảng Các sinh vật có nhiệt độ tăng trưởng tối ưu cao 60 ° C khơng đưa vào bảng tính không thực tế chúng Khi nhiệt độ sản phẩm chất thải từ sữa phổ biến, whey thấm, 60 ° C, nhiệt độ lên men kỵ khí cao cần nhiều lượng để làm ấm Lên men nhiệt độ cao tốn cần thiết kế thiết bị đặc biệt HĨA SINH CỦA PHÂN HỦY KỴ KHÍ CHẤT THẢI SẢN PHÂM SỮA Phân hủy kỵ khí chất béo Chất béo sữa chiếm đến 22% DM nước thải từ nhà máy sữa (Sage et al., 2008) Nó bao gồm chủ yếu hỗn hợp triglyceride (hơn 97%) Ngồi triglyceride, lipit sữa chứa số hợp chất bổ sung mono- diglyceride, FFA, phospholipids vitamin (E, D, A K) Khoảng 60% FA sữa bão hòa, với oleic linoleic đại diện cho hầu hết FA khơng bão hòa Oleate palmitate FA phổ biến nước thải thực phẩm từ sữa (Hanaki et al., 1981; Lalman et al., 2004) Sự chuyển hóa chất béo sữa q trình phân hủy kỵ khí thể Hình Chất béo sữa thủy phân lipase từ vi khuẩn gây axit, clostridia micrococci (Miyamoto, 1997), thành glycerol FFA chuỗi dài Bên tế bào vi khuẩn, acidogenesis chuyển đổi glycerol thành acetate Acetyl-CoA FA rút ngắn carbons tạo q trình oxy hóa P FFA bão hòa Chu kỳ lặp lại tất FFA khử hoàn toàn thành acetyl-CoA thành acetyl-CoA mol propionyl-CoA / mol FA (trong FA với số lượng nguyên tử carbon lẻ) Propionate sau khử carboxyl thành acetate, CO2 H2 Do đó, sản phẩm cuối q trình oxy hóa P FA acetate, H2 CO2 Ví dụ vi khuẩn chịu trách nhiệm oxy hóa P Syntrophomonas wolfei Sytro- phobacter wolinii (Miyamoto, 1997) Sản lượng metan sản sinh từ lipid cao nhiều so với từ carbohydrate protein Tuy nhiên, lipid can thiệp mặt vật lý hóa học q trình phân hủy hiếu khí (Kim et al., 2004; Cirne et al., 2007; Sage et al., 2008) Do tính kỵ nước cao, chất béo sữa hấp thụ vào sinh khối, cản trở ổn định sinh học hạn chế xâm nhập vào chất khác Sự hấp phụ chất béo gây khối vi sinh vật rửa trôi, đặc biệt với hệ thống bể phản ứng kỵ khí tốc độ cao, chẳng hạn Công nghệ chăn bùn kỵ khí ngược dòng, bể phản ứng bùn hạt mở rộng (Cammarota et al., 2001) Cirne cộng (2007) Vidal et al (2000) báo cáo mức chất béo lên tới 18 16% (trọng lượng / trọng lượng, theo COD), không ảnh hưởng đến tốc độ sản sinh mêtan FA tự do thủy phân chất béo ức chế vi khuẩn sản sinh hydrogen chịu trách nhiệm oxy hóa P, vi khuẩn acetoclastic (chuyển acetate thành metan) methanogens hydrotrophic (sản sinh metan từ hydro; Hanaki et al., 1981; Kim et al., 1981 2004) Sự ức chế dẫn đến giai đoạn trễ vài ngày, làm giảm tốc độ sản sinh mêtan (Lalman Bagley, 2000; Sage et al., 2008) Sự ức chế vi khuẩn kỵ khí FA phụ thuộc vào nồng độ, chiều dài chuỗi mức độ không bão hòa (Lalman Bagley, 2000; Kim et al., 2004) Sage cộng (2008) cho thấy giai đoạn trễ chủ yếu FFA chưa bão hòa Perle et al (1995) báo cáo chất béo sữa tạo kết tương tự oleate cộng với glycerol việc giảm sản sinh khí sinh học hàm lượng ATP Điều cho thấy ức chế sinh hóa việc sản sinh mêtan FA khơng bão hòa Dữ liệu Pereira cộng (2005) ủng hộ giả thuyết tác dụng ức chế FA chưa bão hòa sản sinh mêtan chủ yếu hấp phụ chúng vào sinh khối, ngăn cản chuyển chất sản phẩm Các methanogens bị ức chế phục hồi hoạt động chúng sau FA chuỗi dài liên quan đến sinh khối chuyển đổi thành metan (Cavaleiro et al., 2008) Pereira cộng (2004) nồng độ FA chuỗi dài 1.000 mg / g chất rắn dễ bay không ức chế sản sinh mêtan Sự hội tụ SFA thành metan xảy với tốc độ thấp FA khơng bão hòa độ hòa tan thấp (Sage et -Bảng Đặc điểm1 họ Methanobacteriaceae, Methanomicrobiaceae, Methanocorpusculaceae Chất cho sản sinh mêtan2 Độ dày tế bào (^m) Nhiệt độ tối ưu (°C) H2/CO2 Sec OH3 CH2O2 Methanobacterium 0.1-1.0 37-45 x x x Methanobrevibacter 0.5-0.7 37-40 x Methanosphaera 1.0 37 x Methanothermobacter 0.3-0.5 55-65 x x 0.6-0.7 40 x x 0.5-2.0 20-45 x x x 1.5-3.0 37-40 x x x 0.5-2.6 15-57 x x x 0.6 40 x x 1-2 32-40 x 10 mg / L), kẽm clorua (> 40 mg / L) niken clorua (> 60 mg / L; Zayed Winter, 2000) Methanogens nhạy cảm với kim loại nặng axitogen (Hickey et al., 1989) Việc bổ sung đồng thời sulfide với kim loại nặng ngăn chặn độc tính chúng kết tủa chúng sunfua kim loại; nhiên, nồng độ tối đa natri sunfua 180 mg / L (Zayed Winter, 2000) Những yếu tố khác Sự diện nồng độ natri cao gây bất lợi cho q trình lên men kỵ khí (Backus et al., 1988) Pha loãng muối whey với tổng lượng nước thải sữa theo tỷ lệ 1: trì độ pH ảnh hưởng mức 7.0 giải vấn đề (Patel et al., 1999) Lựa chọn vi sinh vật chịu mặn cải thiện q trình lên men ảnh hưởng muối cao (Patel Madamwar, 1998) Các quần thể vi khuẩn sử dụng đường lactose, lactate acetate tăng đồng thời với nồng độ đường lactose (Chartrain et al., 1987) Tăng TS hỗn hợp phân gia súc, chất thải gia cầm phô mai từ đến 6% dẫn đến gia tăng sản sinh khí (Desai et al., 1994) Thỉnh thoảng (4 ngày với tốc độ 120 vòng / phút), không khuấy trộn liên tục cải thiện tổng sản lượng khí giảm nồng độ VFA COD (Desai et al., 1994) Việc áp dụng chất hấp phụ (silica gel, than hoạt tính, bentonite, bột nhơm, gelatin pectin) vào hỗn hợp chất rắn 6% whey phô mai chất thải động vật tạo môi trường thuận lợi cho phát triển vi khuẩn Chất hấp phụ cải thiện hiệu trình, tăng sản sinh hàm lượng mêtan, trì nồng độ hydro thấp giảm COD (Desai et al., 1994) XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ Các vi sinh vật liên quan đến phân hủy kỵ khí khơng xác định đầy đủ Các bể phân hủy kỵ khí ln gieo hạt bùn thải Do đó, hệ vi sinh vật bể xử lý kỵ khí phức tạp Nói chung, vi khuẩn acetogen Archaea methanogen nhóm vi sinh vật tham gia vào trình lên men kỵ khí Thơng tin hạn chế có sẵn phát triển công nghệ xác định sử dụng q trình phân hủy kỵ khí nước thải thực phẩm sữa Ba nhóm vi sinh vật đại diện cho vi sinh vật thủy phân, đồng hợp tử methanogen xác định Schug et al (1987) Lactobacillus casei ssp casei, Lactobacillus plantarum ssp plantarum E coli đại diện cho vi khuẩn thủy phân, Acetobacterium woodii, chuyển đổi lactate thành acetate, đại diện cho vi khuẩn homoacetogen (Schug et al., 1987) Archaea sử dụng Schug et al (1987) Methano- sarcina barkeri (chuyển đổi acetate thành methane CO2) Methanobacterium bryantii (tạo thành metan từ hydro CO2) Methanobacterium bryantii khơng có khả sử dụng hydro sản sinh sản sinh metan tăng cường E coli, đó, nhiều khí mê-tan tạo methanogens tạo E coli (Schug et al 1987) Hydrogen sản sinh E coli ức chế việc sử dụng acetate Methanosarcina barkeri, dẫn đến việc sản sinh mêtan Sự kết hợp Lb plantarum, A woodii M barkeri khuyến nghị cho tỷ lệ chuyển đổi chất cao Trong nghiên cứu khác (Chartrain et al., 1987), Leuconostoc mesenteroides (thủy phân), Desulfovibrio Vulgaris (acetogen), M barkeri Methanobacterium formicicum (methanogen) chọn dựa tốc độ tăng trưởng tối đa (chất nền) lực không đổi (Ks) Một chủng Leuconostoc sản sinh exopolysacarit chọn để góp phần hình thành khối, điều mong muốn bể phân hủy kỵ khí (Chartrain Zeikus, 1986b) Hiệu suất công nghệ xác định tương tự cơng nghệ chưa xác định thích nghi q trình tiêu hóa liên tục whey phơ mai có hiệu sản sinh mêtan tốc độ 100 HRT Một công nghệ xác định chủng hỗn hợp phát triển cho trình lên men kỵ khí whey permeate (Yang et al., 1988) Nuôi cấy bao gồm chủng homolactic (Lactococcus lactis), homoacetic (Clostridium formicoaceticum) chủng methanogen (Methanococcus mazei) sử dụng acetate Bổ sung whey thấm với chiết xuất nấm men Trypticase cần thiết cho tăng trưởng văn hóa xác định phát triển Yang et al (1988), sản sinh mêtan 5,3 mol / mol đường lactose Ngoài ra, việc thiếu axit propionic butyric tăng cường tỷ lệ methanogen KẾT LUẬN Cơng trình xử lý kỵ khí chất thải sữa đáng kể Một số lĩnh vực vi sinh, hóa sinh kỹ thuật liên quan đến phân hủy kỵ khí nghiên cứu từ nhiều điểm thuận lợi Tuy nhiên, vấn đề xử lý liên quan đến chất thải thực phẩm từ sữa việc sử dụng phân hủy kỵ khí dường phù hợp hết Việc tăng tỷ lệ khí mêtan khí sinh học quan trọng để tạo lượng giảm lượng CO2 giải phóng Bể phản ứng thiết kế sử dụng giai đoạn với phân tách axitdogenic methogen giữ lại tải tế bào cao dường thành công Độ pH bể phản ứng nên trì mức đến đến giai đoạn sinh axit methogen tương ứng Lợi ích công nghệ xác định đến, tiềm đáng kể Khơng có nghi ngờ nghiên cứu thực để xác định sinh vật có khả khử COD tạo khí mê-tan tối ưu Ít nhất, hệ vi sinh nên so sánh nhiều hệ thống thành cơng Vì lý thực tế, điều kiện mesophilic khuyến khích Ngoài việc xử lý nước thải nhà máy sữa, thách thức nhà nghiên cứu kết hợp chất thải có độ bền cao từ sản sinh sữa Các bãi chôn lấp khu vực xử lý chung cho lượng lớn sản phẩm sau xử lý Lên men kỵ khí cung cấp tùy chọn để sử dụng bãi chôn lấp Tùy chọn tốt phân phối sản phẩm thải phù hợp cho q trình phân hủy kỵ khí thay làm cho q trình lên men thích ứng với đầu vào khác Kết hợp chất thải thực phẩm từ sữa với phân có lợi thế, gần gũi nhà máy chế biến thực phẩm sữa nông nghiệp động vật ngăn cản lựa chọn trở thành thông lệ Trong nhiều thập kỷ, ngành công nghiệp sữa sử dụng nguồn lực quan trọng để tối ưu hóa q trình lên men để sản sinh sản phẩm sữa cho người Những lên men tiến hành quy mơ lớn, phù hợp, để đạt lợi ích tài Có khả vi sinh sinh trưởng cho q trình phân hủy kỵ khí theo cách tương tự nghiên cứu nuôi cấy khởi động làm cho thực phẩm lên men sữa Bởi mùi liên quan đến ao mở rộng để xử lý chất thải hiếu khí khơng rõ ràng bên ngồi bể chứa phân hủy kỵ khí, tương lai q trình lên men chất thải kỵ khí phải giải vấn đề quy mô thiết kế để công nghệ sử dụng gần sở chăn ni bò sữa, gần khu vực đô thị dân cư THAM KHẢO Adams, G P., and D M Prairie 1988 Monitoring and optimization program for completely mixed full-scale anaerobic digestion at a Canadian cheese plant Pages 433-436 in Poster Papers 5th Int Symp Anaerobic Digestion A Tilche and A Rozzi, ed Monduzzi Editore, Bologna, Italy Aguilar, A., C Casas, and J M Lema 1995 Degradation of volatile fatty acids by differently enriched methanogenic cultures: Kinetics and inhibition Water Res 29:505-509 Anderson, G K., T Donnelly, and K J McKeown 1982 Identification and control of inhibition in the anaerobic treatment of industrial wastewater Process Biochem 17:28-32 Antonopoulou, G., K Stamatelatou, N Venetsaneas, M Kornaros, and G Lyberatos 2008 Biohydrogen and methane production from cheese whey in a two-stage anaerobic process Ind Eng Chem Res 47:5227-5233 Backus, B D., C J Clanton, P R Goodrich, and H A Morris 1988 Carbon-nitrogen ratio and hydraulic retention time effect on an-aerobic digestion of cheese whey Trans ASAE 31:1274-1282 Ben-Hassan, R M., and A E Ghaly 1994 Continuous propagation of Kluyveromyces fragilis in cheese whey for pollution potential reduction Appl Biochem Biotechnol 47:89-105 Boone, D R., and R W Castenholz 2001 Bergey's Manual of Sys-tematic Bacteriology 2nd ed Volume Springer-Verlag, New York, NY Bullock, D K., C L Hansen, and S E Poe 1995 Carbon monoxide production from land applied cheese whey Bioresour Technol 54:231-233 Cammarota, M C., G A Teixeira, and D M G Freire 2001 Enzymatic pre-hydrolysis and anaerobic degradation of wastewaters with high fat contents Biotechnol Lett 23:1591-1595 Canovas-Diaz, M., and J A Howell 1987 Downflow anaerobic filter stability studies Process Biochem 22:181-184 Cavaleiro, A J., M A Pereira, and M Alves 2008 Enhancement of methane production from long chain fatty acid based effluents Bioresour Technol 99:4086-4095 Chartrain, M., L Bhatnagar, and J G Zeikus 1987 Microbial eco-physiology of whey biomethanation: Comparison of carbon trans-formation parameters, species composition, and starter culture performance in continuous culture Appl Environ Microbiol 53:1147-1156 Chartrain, M., and J G Zeikus 1986a Microbial ecophysiology of whey biomethanation: Intermediary metabolism of lactose degradation in continuous culture Appl Environ Microbiol 51:180187 Chartrain, M., and J G Zeikus 1986b Microbial ecophysiology of whey biomethanation: Characterization of bacterial trophic populations and prevalent species in continuous culture Appl Environ Microbiol 51:188-196 Cirne, D G., L Bjornsson, M Alves, and B Mattiasson 2006 Effects of bioaugmentation by an anaerobic lipolytic bacterium on anaerobic digestion of lipid-rich waste J Chem Technol Biotechnol 81:1745-1752 Cirne, D G., X Paloumet, L Bjornsson, M M Alves, and B Mattias- son 2007 Anaerobic digestion of lipid-rich waste—Effects of lipid concentration Renew Energy 32:965-975 Clark, J N 1988 Utilization of acid and sweet wheys in a pilot-scale upflow anaerobic sludge blanket digester N.Z J Dairy Sci Tech 23:305-327 De Haast, J., T J Britz, and J C Novello 1986 Effect of different neutralizing treatments on the efficiency of an anaerobic digester fed with deproteinated cheese whey J Dairy Res 53:467-476 De Haast, J., T J Britz, J C Novello, and E W Verwey 1985 Anaerobic digestion of deproteinated cheese whey J Dairy Res 52:457-467 Demirel, B., O Yenigun, and T T Onay 2005 Anaerobic treatment of dairy wastewaters: A review Process Biochem 40:2583-2595 Desai, M., and D Madamwar 1994a Anaerobic digestion of a mixture of cheese whey, poultry waste and cattle dung: A study of the use of adsorbents to improve digester performance Environ Pollut 86:337-340 Desai, M., and D Madamwar 1994b Surfactants in anaerobic digestion of cheese whey, poultry waste, and cattle dung for improved biomethanation Trans ASAE 37:959-962 Desai, M., V Patel, and D Madamwar 1994 Effect of temperature and retention time on biomethanation of cheese whey-poultry waste-cattle dung Environ Pollut 83:311-315 Fang, H H P., and H Q Yu 2001 Acidification of lactose in waste-water J Environ Eng 127:825831 Fox, E J., C J Clanton, P R Goodrich, B D Backus, and H A Morris 1992 Liming an anaerobic cheese whey digester Trans ASAE 35:269-274 Gannoun, H., E Khelifi, H Bouallagui, Y Touhami, and M Hamdi 2008 Ecological clarification of cheese whey prior to anaerobic digestion in upflow anaerobic filter Bioresour Technol 99:6105-6111 Garcia, P A., J L Rico, and F Fdz-Polanco 1991 Anaerobic treatment of cheese whey in a twophase UASB reactor Environ Tech- nol 12:355-362 Georgacakis, D., D M Sievers, and E L Iannotti 1982 Buffer stability in manure digesters Agric Wastes 4:427-441 Ghaly, A E 1989 Biogas production from acid cheese whey using a two-stage digester Energy Sources 11:237-250 Ghaly, A E 1996 A comparative study of anaerobic digestion of acid cheese whey and dairy manure in a two-stage reactor Bioresour Technol 58:61-72 Ghaly, A E., and R M Ben-Hassan 1989 Continuous production of biogas from dairy manure using an innovative no-mix reactor Appl Biochem Biotechnol 20-21:541-559 Ghaly, A E., and J B Pyke 1991 Amelioration of methane yield in cheese whey fermentation by controlling the pH of the methanogenic stage Appl Biochem Biotechnol 27:217-237 Ghaly, A E., D R Ramkumar, S S Sadaka, and J D Rochon 2000 Effect of reseeding and pH control on the performance of a two- stage mesophilic anaerobic digester operating on acid cheese whey Can Agric Eng 42:173-183 Goblos, Sz., P Portoro, D Bordas, M Kalman, and I Kiss 2008 Comparison of the effectivities of two-phase and single-phase an-aerobic sequencing batch reactors during dairy wastewater treatment Renew Energy 33:960-965 Gough, R H., D Roy, and T R McDowell 1987 Methane generation from digestion of whey in a two-stage system J Environ Sci Health 5:463-483 Grady, C P L., and H C Lim 1980 Biological Wastewater Treatment Marcel Dekker Inc., New York, NY Hanaki, K., T Matsuo, and M Nagase 1981 Mechanisms of inhibition caused by long chain fatty acids in anaerobic digestion process Biotechnol Bioeng 23:1591-1610 Hickey, R F., J Vanderwielen, and M S Switzenbaum 1989 The effect of heavy metals on methane production and hydrogen and carbon monoxide levels during batch anaerobic sludge digestion Water Res 23:207-219 Hills, D J 1979 Effects of carbon:nitrogen ratio on anaerobic digestion of dairy manure Agric Wastes 1:267-278 Hobman, P G 1984 Review of processes and products for utilization of lactose in deproteinated milk serum J Dairy Sci 67:26302653 Hwang, S 1997 Feasibility assay in phase-separated anaerobic treatment of cheese industry wastewater Biotechnol Bioprocess Eng 2:53-58 Hwang, S H., and C L Hansen 1992 Performance of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating whey permeate Trans ASAE 35:1665-1671 Kang, I.-J., S.-H Yoon, and C.-H Lee 2002 Comparison of the filtra-tion characteristics of organic and inorganic membranes in a mem-brane-coupled anaerobic bioreactor Water Res 36:1803-1813 Ke, S., and Z Shi 2005 Applications of two-phase anaerobic degrada-tion in industrial wastewater treatment Int J Environ Pollut 23:65-80 Kemp, D L., and J Quickenden 1988 Whey processing for profit—A worthy alternative Pages 323331 in Resources and Applications of Biotechnology—The New Wave R Greenshields, ed Macmillan Press, Basingstoke, UK Kim, S.-H., S.-K Han, and H.-S Shin 2004 Two-phase anaerobic treatment system for fat-containing wastewater J Chem Tech- nol Biotechnol 79:63-71 Kisaalita, W S., K V Lo, and K L Pinder 1990 Influence of whey protein on continuous acidogenic degradation of lactose Biotech- nol Bioeng 36:642-646 Kisaalita, W S., K L Pinder, and K V Lo 1987 Acidogenic fermen-tation of lactose Biotechnol Bioeng 30:88-95 Koster, I W., and G Lettinga 1988 Anaerobic digestion at extreme ammonia concentrations Biological Wastes 25:51-59 Lalman, J A., and D M Bagley 2000 Anaerobic degradation and inhibitory effects of linoleic acid Water Res 34:4220-4228 Lalman, J A., I Komjarova, and N Jing 2004 Lactose fermentation in the presence of C18 fatty acids J Chem Technol Biotechnol 79:1259-1267 Lee, C., J Kim, S G Shin, and S Hwang 2008 Monitoring bacterial and archaeal community shifts in a mesophilic anaerobic batch reactor treating a high-strength organic wastewater FEMS Microbiol Ecol 65:544-554 Lettinga, G., A F M van Velsen, S W Hobma, W de Zeeuw, and A Klapwijk 1980 Use of the upflow sludge blanket (USB) reactor concept for biological wastewater treatment, especially for anaerobic treatment Biotechnol Bioeng 22:699-734 Liu, C.-F., X.-Z Yuan, G.-M Zeng, W.-W Li, and J Li 2008 Prediction of methane yield at optimum pH for anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste Bioresour Technol 99:882888 Lo, K V., and P H Liao 1986 Digestion of cheese whey with anaerobic rotating biological contact reactors Biomass 10:243-252 Lo, K V., and P H Liao 1988 Laboratory scale studies on the me- sophilic anaerobic digestion of cheese whey in different digester configurations J Agric Eng Res 39:99-105 Lo, K V., P H Liao, and C Chiu 1988 Mesophilic anaerobic digestion of a mixture of cheese whey and dairy manure Biomass 15:45-53 Loehr, R C 1984 Pollution Control for Agriculture 2nd ed Academic Press, New York, NY Malaspina, F., C M Cellamare, L Stante, and A Tilche 1996 An-aerobic treatment of cheese whey with a downflow-upflow hybrid reactor Bioresour Technol 55:131-139 Mawson, A J 1994 Bioconversions for whey utilization and waste abatement Bioresour Technol 47:195-203 McCarty, P L 1964 Anaerobic waste treatment fundamentals: Part one: Chemistry and microbiology Public Works 95:107-112 McCarty, P L., and D P Smith 1986 Anaerobic waste water treatment Environ Sci Technol 20:1200-1206 McInerney, M J 1988 Anaerobic hydrolysis and fermentation of and proteins Pages 373-415 in Biology of Anaerobic Microorganisms A J B Zehnder, ed John Wiley and Sons, New York, NY Miyamoto, K 1997 Renewable biological systems for alternative sus-tainable energy production FAO Agricultural Services Bulletin No 128 Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Rome, Italy Mosey, F E., and X A Fernandes 1989 Patterns of hydrogen in biogas from the anaerobic digestion of milk-sugars Water Sci Technol 21:187-196 Nagase, M., and T Matsuo 1982 Interactions between amino acid degrading bacteria and methanogenic bacteria in anaerobic digestion Biotechnol Bioeng 24:2227-2239 Parkin, G F., R E Speece, C H J Yang, and W M Kocher 1983 Response of methane fermentation system to industrial toxicants J Water Pollut Control Fed 55:44-53 Patel, C., and D Madamwar 1996 Biomethanation of a mixture of salty cheese whey and poultry water or cattle dung A study of effect of temperature and retention time Appl Biochem Biotech- nol 60:159-166 Patel, C., V Sastry, and D Madamwar 1996 Tegoprens in anaerobic digestion of a mixture of a cheese whey, poultry waste, and cattle dung for improved biomethanation Appl Biochem Biotechnol 56:89-94 Patel, P., and D Madamwar 1998 Surfactants in anaerobic digestion of salty cheese whey using upflow fixed film reactor for improved biomethanation Process Biochem 33:199-203 Patel, P., C Patel, and D Madamwar 1999 Anaerobic upflow fixed- film bioreactor for biomethanation of salty cheese whey Appl Biochem Biotechnol 76:193-201 Pereira, M A., O C Pires, M Mota, and M M Alves 2005 Anaerobic biodegradation of oleic and palmitic acids: Evidence of mass transfer limitations caused by long chain fatty acid accumulation onto the anaerobic sludge Biotechnol Bioeng 92:15-23 Pereira, M A., D Z Sousa, M Mota, and M M Alves 2004 Miner-alization of LCFA associated to anaerobic sludge: Kinetics, transport limitations, enhancement of methanogenic activity and effect of VFA Biotechnol Bioeng 88:502-511 Perle, M., S Kimchie, and G Shelef 1995 Some biochemical aspects of the anaerobic degradation of dairy wastewater Water Res 29:1549-1554 Petruy, R., and G Lettinga 1997 Digestion of a milk-fat emulsion Bioresour Technol 61:141-149 Prochazka, J., P Dolejs, J Maca, and M Dohanyos 2012 Stability and inhibition of anaerobic processes caused by insufficiency or excess of ammonia nitrogen Appl Microbiol Biotechnol 93:439447 Ramkumar, D R., A E Ghaly, and J B Pyke 1992 Anaerobic digestion of cheese whey with pH control American Society of Agricultural Engineers (ASAE) meeting presentation Paper no 926606:1-34 ASAE, St Joseph, MI Ramsay, I R., and P C Pullammanappallil 2001 Protein degradation during anaerobic wastewater treatment: Derivation of stoichiometry Biodegradation 12:247-257 Ryhiner, G B., E Heinzle, and I J Dunn 1993 Modeling and simu-lation of anaerobic wastewater treatment and its application to control design: Case whey Biotechnol Prog 9:332-343 Rosa, D R., I C S Duarte, N K Saavedra, M B Varesche, M Zaiat, M C Cammarota, and D M G Freire 2009 Performance and molecular evaluation of an aerobic system with suspended biomass for treating wastewater with high fat content after enzymatic hydrolysis Bioresour Technol 100:6170-6176 Saddoud, A., I Hassairi, and S Sayadi 2007 Anaerobic membrane reactor with phase separation for the treatment of cheese whey Bioresour Technol 98:2102-2108 Sage, M., G Daufin, and G Gesan-Guiziou 2008 Effects of prehy-drolysis of milk fat on its conversion to biogas J Dairy Sci 91:4062-4074 Schroder, E W., and J De Haast 1989 Anaerobic digestion of de- proteinated cheese whey in an upflow sludge blanket reactor J Dairy Res 56:129-139 Schug, A., S M Schoberth, and H Sahm 1987 Conversion of lactose to methane by defined bacterial cocultures Acta Biotechnol 7:337-345 Skiadas, I V., and G Lyberatos 1998 The periodic anaerobic baffled reactor Water Sci Technol 38:401-408 Speece, R E 2008 Anaerobic Biotechnology and Odor/Corrosion Control for Municipalities and Industries Archae Press, Nashville, TN Stams, A J M., C Dijkema, C M Plugge, and P Lens 1998 Con-tribution of 13C-NMR spectroscopy to the elucidation of methano-genic environments Biodegradation 9:463-473 Switzenbaum, M S., and S C Danskin 1982 Anaerobic expanded bed treatment of whey Agric Waste 4:411-426 ten Brummeler, E., L W Hulshoff Pol, J Dolfing, G Lettinga, and A J B Zehnder 1985 Methanogenesis in an upflow anaerobic sludge blanket reactor at pH on an acetate-propionate mixture Appl Environ Microbiol 49:1472-1477 Thauer, R K., K Jungermann, and K Decker 1977 Energy con-servation in chemotrophic anaerobic bacteria Bacteriol Rev 41:100-180 Tzeng, C H 1985 Applications of starter cultures in the dairy industry Develop Industr Microbiol 16:323-338 Venetsaneas, N., G Antonopoulou, K Stamatelatou, M Kornaros, and G Lyberatos 2009 Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process with alternative pH controlling approaches Bioresour Technol 100:3713-3717 Vidal, G., A Carvalho, R Mendez, and J M Lema 2000 Influence of the content in fats and proteins on the anaerobic biodegradability of dairy wastewaters Bioresour Technol 74:231-239 Wang, S., N Chandrasekhara Rao, R Qiu, and R Moletta 2009 Per-formance and kinetic evaluation of anaerobic moving bed biofilm reactor for treating milk permeate from dairy industry Bioresour Technol 100:5641-5647 Wildenauer, F X., and J Winter 1985 Anaerobic digestion of high- strength acidic whey in a pHcontrolled up-flow fixed film loop reactor Appl Microbiol Biotechnol 22:367-372 Wilson, C A., S M Murthy, Y Fang, and J Novak 2008 The effect of temperature on the performance and stability of thermophilic digestion Water Sci Technol 57:297-304 Yan, J Q., K V Lo, and K L Pinder 1993 Instability caused by high strength of cheese whey in a UASB reactor Biotechnol Bioeng 41:700-706 Yang, K., Y Yu, and S Hwang 2003 Selective optimization in ther-mophilic acidogenesis of cheese whey wastewater to acetic and butyric acids: Partial acidification and methanation Water Res 37:2467-2477 Yang, S T., and M Guo 1990 Kinetics of methanogenesis from whey permeate in packed bed immobilized cells bioreactor Biotechnol Bioeng 36:427-436 Yang, S T., I.-C Tang, and M R Okos 1988 Defined bacterial culture development for methane generation from lactose Biotech- nol Bioeng 32:28-37 Yu, H Q., and H H P Fang 2001 Acidification of mid- and high- strength dairy wastewaters Water Res 35:3697-3705 Yu, H.-Q., and H H P Fang 2002 Acidogenesis of dairy wastewater at various pH levels Water Sci Technol 45:201-206 Zayed, G., and J Winter 2000 Inhibition of methane production from whey by heavy metals— Protective effect of sulfide Appl Microbiol Biotechnol 53:726-731 Zellner, G., P Vogel, H Kneifel, and J Winter 1987 Anaerobic di-gestion of whey and whey permeate with suspended and immobi-lized complex and defined consortia Appl Microbiol Biotechnol 27:306-314 Zellner, G., and J Winter 1987 Analysis of a highly efficient metha-nogenic consortium producing biogas from whey Syst Appl Mi-crobiol 9:284-292 Zindel, U., W Freudenberg, M Rieth, J R Andreesen, J Schnell, and F Widdel 1988 Eubacterium acidaminophilum sp nov., a versatile amino acid-degrading anaerobe producing or utilizing H2 or formate Arch Microbiol 150:254-266 ... sản phẩm thải phù hợp cho q trình phân hủy kỵ khí thay làm cho q trình lên men thích ứng với đầu vào khác Kết hợp chất thải thực phẩm từ sữa với phân có lợi thế, gần gũi nhà máy chế biến thực phẩm. .. nhóm vi sinh vật tham gia vào trình lên men kỵ khí Thơng tin hạn chế có sẵn phát triển công nghệ xác định sử dụng q trình phân hủy kỵ khí nước thải thực phẩm sữa Ba nhóm vi sinh vật đại diện cho... 1994b) Nhiệt độ Lên men Mesophilic thường sử dụng trình phân hủy kỵ khí nước thải thực phẩm sữa lý nêu trước Nhiệt độ tăng từ 20 đến 40 ° C dẫn đến gia tăng dần sản lượng khí tỷ lệ khí mêtan từ