Tiêu hóa kỵ khí (AD) là một quá trình sinh học diễn ra tự nhiên trong đất, trầm tích, động vật nhai lại và một số môi trường thiếu oxy khác, tuần hoàn cacbon và các chất dinh dưỡng khác, chuyển đổi chất hữu cơ thành khí giàu mê-tan. Là một công nghệ sinh học, AD hiện đã được thiết lập tốt để xử lý phần hữu cơ của nhiều loại chất thải khác nhau, bao gồm cả nước thải, nhưng cũng ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho một loạt các nguyên liệu hữu cơ phù hợp để chuyển đổi sinh học thành khí sinh học. Các ứng dụng AD được phân loại theo nhiều cách khác nhau, bao gồm dựa trên thiết kế lò phản ứng sinh học; và các thông số vận hành, chẳng hạn như thời gian lưu, nhiệt độ, độ pH, tổng chất rắn (TS) và hàm lượng chất rắn dễ bay hơi (VS), và khả năng phân hủy sinh học của chất nền. AD là một công nghệ xử lý năng lượng sinh học và chất thải/nước thải hấp dẫn. Ưu điểm của AD đối với xử lý chất thải bao gồm: sản xuất nhiên liệu có thể sử dụng (khí sinh học/mê-tan); khả năng tải hữu cơ cao; giảm lượng khí thải carbon; và phù hợp để tích hợp vào nhiều cấu hình và quy mô quy trình khác nhau. Cụ thể, hai ứng dụng quan trọng và đang phát triển minh họa cho tiềm năng của công nghệ AD: (1) tích hợp AD làm cơ sở cho các công nghệ cốt lõi hỗ trợ xử lý nước thải và nước thải đô thị, để thay thế các hệ thống xử lý sinh học hiếu khí kém bền vững hơn và tốn nhiều năng lượng hơn trong cơ sở hạ tầng nước đô thị; và (2) các cải tiến kỹ thuật để chuyển đổi tốc độ cao hơn các dòng chất thải rắn cao và nguyên liệu đầu vào để sản xuất các chất mang năng lượng (tức là khí sinh học mêtan, nhưng có thể là cả hydro sinh học) và các chất trung gian liên quan đến công nghiệp khác, chẳng hạn như axit hữu cơ. Trên phạm vi quốc tế, nỗ lực nghiên cứu nhằm tối đa hóa sản lượng khí sinh học AD đã tăng gấp mười lần trong thập kỷ qua. Tùy thuộc vào nguyên liệu đầu vào, thiết kế lò phản ứng sinh học và các thông số quy trình, vẫn cần có kiến ​​thức cơ bản và ứng dụng để cải thiện tỷ lệ chuyển đổi và sản lượng khí sinh học. Chủ đề nghiên cứu này bao gồm các khía cạnh liên quan đến quy trình AD, chẳng hạn như ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu đầu vào, cũng như ảnh hưởng của quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu đầu vào, thiết kế lò phản ứng sinh học và chế độ vận hành đến hiệu quả quy trình; động lực học cộng đồng vi sinh vật và sinh học hệ thống; ảnh hưởng của nồng độ và tính khả dụng của các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng; kiểm soát quy trình; nâng cấp và hiệu chuẩn các mô hình tiêu hóa kỵ khí (ví dụ: ADM1) có tính đến các con đường sinh hóa cũng như thủy động lực học trong các hệ sinh thái đó; và các phương pháp tiếp cận mới để giám sát quy trình, chẳng hạn như phát triển và ứng dụng các xét nghiệm chẩn đoán nhanh mới, bao gồm cả các xét nghiệm dựa trên vi sinh vật học phân tử. Các nghiên cứu ứng dụng chi tiết trên quy mô đầy đủ cũng được đặc biệt hoan nghênh.

Abstract:

Anaerobic digestion (AD) is a naturally-occurring biological process in soils, sediments, ruminants, and several other anoxic environments, that cycles carbon and other nutrients, and converts organic matter into a methane-rich gas. As a biotechnology, AD is now well-established for the treatment of the organic fraction of various waste materials, including wastewaters, but is also increasingly applied for an expanding range of organic feedstocks suitable for biological conversion to biogas. AD applications are classified in various ways, including on the basis of bioreactor design; and operating parameters, such as retention time, temperature, pH, total solids (TS) and volatile solids (VS) contents, and biodegradability of substrates. AD is an attractive bioenergy and waste / wastewater treatment technology. The advantages of AD for waste treatment include: production of a useable fuel (biogas/methane); possibility of high organic loading; reduced carbon footprint; and suitability for integration into a wide variety of process configurations and scales.