Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƢỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2016
2. Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS.Nguyễn Lan Hƣơng 2. PGS.TS. Tô Kim Anh Phản biện 1: GS.TS. Đặng Đình Kim Phản biện 2: PGS.TS. Lê Gia Hy Phản biện 3: PGS.TS. Trần Đức Hạ Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi giờ, ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
3. A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Nước thải sơ chế mủ cao su có mức độ ô nhiễm cao với lưu lượng lớn nếu không được xử lý triệt để sẽ tác động xấu đến môi trường. Hiện nay, hiệu quả xử lý nước thải tại các nhà máy cao su ở Việt Nam rất thấp, nước thải dòng ra không đạt theo tiêu chuẩn QCVN 01-MT:2015/BTNMT. Kết quả khảo sát cho thấy nhiều hệ thống xử lý nước thải tại các nhà máy cao su bị quá tải, đặc biệt vào những tháng sản xuất cao điểm. Tình trạng này có nhiều nguyên nhân, một trong những nguyên nhân là hệ thống xử lý nước thải được thiết kế chưa đủ công suất. Thêm vào đó, lưu lượng nước thải sơ chế mủ cao su thường xuyên biến động đòi hỏi thể tích công trình xử lý nước thải phải rất lớn trong khi các nhà máy cao su thường nằm xen kẽ với khu dân cư nên rất khó tăng diện tích công trình. Do đó, giải pháp lựa chọn tối ưu cho xử lý nước thải sơ chế mủ cao su tại Việt Nam là sử dụng các thiết bị cao tải. Hệ thống xử lý kỵ khí với dòng chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính (UASB) là một trong những thiết bị cao tải đã được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp trong nhiều thập kỷ. Hệ thống UASB có ưu điểm là vận hành đơn giản, chịu được tải trọng hữu cơ (OLR) cao và có thể điều chỉnh chúng theo từng thời kỳ sản xuất của nhà máy. Ngoài ra hệ thống này tiêu thụ năng lượng ít, diện tích xây dựng công trình nhỏ và không phát tán mùi hôi. Khí phát sinh trong quá trình xử lý nước thải có thể thu hồi và được sử dụng làm nhiên liệu. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý phụ thuộc vào trạng thái bùn. Bùn phân tán dễ bị rửa trôi khi tăng tải trọng hệ thống. Bùn hạt có khả năng chống rửa trôi, tạo trạng thái lơ lửng làm tăng khả năng tiếp xúc với cơ chất, mật độ vi sinh vật trong bùn hạt cao hơn bùn phân tán nên sử dụng bùn hạt dễ dàng nâng cao OLR trong hệ thống UASB. Thời gian khởi động hệ thống UASB để bùn hạt hình thành thường kéo dài. Chính vì vậy để rút ngắn thời gian khởi động, tăng cường sự tách bùn ở dòng ra nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống UASB thì "Nghiên cứu quá trình tạo hạt bùn trong hệ thống UASB nhằm xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su" là rất cần thiết. 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án 2.1. Mục tiêu - Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt kỵ khí trong hệ thống UASB nhằm nâng cao năng lực hệ thống xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Đánh giá hiệu quả sử dụng bùn hạt kỵ khí trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên. 2.2. Nội dung - Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Nghiên cứu các điều kiện tạo bùn hạt trong hệ thống UASB; - Nghiên cứu cấu trúc quần xã vi sinh vật trong các loại bùn hạt kỵ khí; - Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên bằng UASB sử dụng bùn hạt; - Khảo sát điều kiện bảo quản bùn hạt. 3. Những đóng góp mới của luận án - Là nghiên cứu khởi đầu cho hướng nghiên cứu tạo bùn hạt trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su tại Việt Nam. Bước đầu tìm hiểu cấu trúc quần xã vi sinh vật trong bùn hạt nhằm tìm ra vai trò của chúng trong sự hình thành bùn hạt cũng như trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên. - Thử nghiệm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su sử dụng bùn hạt trong hệ thống UASB đã đã nâng OLR lên 15,3 kg-COD/m3.ngày với hiệu suất xử lý COD đạt 95,8%, hiệu suất sinh khí metan đạt 3 0,325 m -CH4/kg-CODchuyển hóa tương ứng với tăng OLR 3,5 lần, tăng hiệu suất xử lý COD 7,6% và tăng hiệu suất sinh khí metan 2,86 lần so với sử dụng bùn phân tán ở cùng điều kiện. Bùn hạt có cấu trúc ổn định và hoàn toàn phù hợp cho hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su. 4. Bố cục của luận án 1
4. Luận án gồm 119 trang (không kể phụ lục) được chia thành các phần như sau: Giới thiệu luận án 2 trang, chương 1: tổng quan tài liệu 32 trang, chương 2: vật liệu và phương pháp nghiên cứu: 12 trang, chương 3: kết quả và thảo luận: 50 trang, kết luận chung 2 trang, có 49 hình vẽ và đồ thị, 13 bảng, 191 tài liệu tham khảo và phụ lục. B. NỘI DUNG CHÍNH Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Ngành công nghiệp cao su và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su Sản lượng cao su thiên nhiên toàn cầu năm 2015 là 12,2 triệu tấn, trong đó sản lượng cao su của Việt Nam đạt xấp xỉ 1,1 triệu tấn. Sản xuất 1 tấn cao su thải ra môi trường 18 – 35 m3 nước thải. Nước thải sơ chế mủ cao su chứa hàm lượng COD, BOD, SS, TN và N-NH3 cao. Các công nghệ xử lý nước thải sơ chế mủ cao su ở Việt Nam phổ biến là hồ kỵ khí – hiếu khí. Công nghệ này có nhược điểm là phát tán khí nhà kính và mùi hôi thối, cần diện tích xây dựng công trình lớn, thời gian lưu (HRT) dài và phát sinh bùn dư. Một số công nghệ như đĩa quay sinh học, mương oxi hóa, xử lý tuần tự theo mẻ (SBR) cũng được nghiên cứu ứng dụng nhưng các công nghệ này tiêu tốn năng lượng. Hiện nay trên thế giới đã xuất hiện một số nghiên cứu bước đầu ứng dụng hệ thống UASB trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su. UASB là thiết bị xử lý tốc độ cao và có thể thu hồi biogas. 1.2. Hệ thống UASB Hệ thống UASB được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ cao. Trong hệ thống UASB diễn ra hai quá trình: Lọc nước qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn bị giữ lại. Dòng vào đi qua lớp bùn kỵ khí chứa các vi sinh vật ở dạng hạt. Nhờ các vi sinh vật chứa trong bùn hạt mà các chất hữu cơ bị phân hủy thành metan và cacbonic. Sự chuyển động của dòng khí này khiến chất lỏng được khuấy trộn. Các hạt bùn ở trạng thái lơ lửng và lắng cần thiết làm tăng mức độ tiếp xúc với vi sinh vật, chống rửa trôi bùn khi ở chế độ thủy lực cao. Ưu điểm của hệ thống UASB là OLR cao, HRT ngắn, diện tích công trình nhỏ và có thể thu hồi biogas. Nhược điểm của hệ thống này là hiệu quả xử lý thấp khi bùn ở dạng phân tán, thời gian hình thành bùn hạt có thể kéo dài từ 2 - 12 tháng, thậm chí hàng năm. Vì vậy, xu hướng nghiên cứu hiện nay tập trung rút ngắn thời gian tạo bùn hạt trong hệ thống UASB. 1.3. Sự hình thành bùn hạt kỵ khí Bùn hạt kỵ khí là một quần xã vi sinh vật bao gồm các loài vi sinh vật cần thiết cho sự phân hủy các chất hữu cơ xuất hiện trong nước thải. Bùn hạt có mật độ vi sinh vật dày đặc bao gồm hàng triệu tế bào trong một gam sinh khối với sự đa dạng về loài do đó có thể chuyển hóa nhanh chất hữu cơ (1g bùn hạt có thể chuyển hóa 0,5 – 1,0 g-COD/ngày). Kích thước hạt bùn lớn (0,5 mm < d < 5 mm), tỷ trọng hạt bùn cao (1,033 – 1,065 g/cm3) và hình dạng cân đối giúp chúng lắng nhanh nên dễ dàng tách sinh khối khỏi dòng ra. Trong hệ thống UASB, bùn hạt được hình thành thông qua sự tương tác giữa các tế bào vi sinh vật. Các mô hình tạo hạt dựa trên các thuyết vật lý, nhiệt động học và vi sinh vật được đưa ra để giải thích cho sự hình thành hạt bùn. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành bùn hạt như OLR, HRT, cơ chất, bùn giống, chất dinh dưỡng, các ion hóa trị 2 và 3, nhiệt độ, pH cũng đã được nghiên cứu. Thành phần vi sinh vật trong một số loại bùn hạt đã được xác định. Tuy nhiên, có rất ít các công trình nghiên cứu về sự hình thành bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su. Nghiên cứu tác động của việc bổ sung 300mg-AlCl3/L đến quá trình hình thành bùn hạt tại Thái Lan là duy nhất. Do đó, các nghiên cứu về quá trình hình thành bùn hạt trong nước thải cao su sơ chế mủ cao su đang được tập trung nghiên cứu. 1.4. Định hƣớng nghiên cứu Các nghiên cứu về xử lý nước thải sơ chế mủ cao su còn một số vấn đề chưa được đề cập và giải quyết triệt để như: - Nước thải sơ chế mủ cao su chứa các hạt cao su dư gây tắc dòng chảy, tích tụ trong hệ thống UASB ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý cần lựa chọn phương pháp tiền xử lý nước thải sơ chế mủ cao su phù hợp để tách các hạt cao su. 2
5. - Các nghiên cứu ảnh hưởng của OLR đến quá trình hình thành bùn hạt chủ yếu trên nước thải tổng hợp với cơ chất là axetat, propionat hoặc sucroza, nước thải nhà máy bia, rượu. Những loại nước thải này có thành phần khác xa so với nước thải sơ chế mủ cao su. Các thành phần axit béo trong nước thải sơ chế mủ cao su kìm hãm sự hình thành hạt bùn. Chính vì vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của OLR đến quá trình tạo bùn hạt kỵ khí. - Mặc dù đã xuất hiện nghiên cứu tác động của 300mg-AlCl3/L đến quá trình hình thành bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su tại Thái Lan nhưng công nghệ đánh đông ở Thái Lan sử dụng axit H2SO4 2- nên nước thải chứa rất nhiều SO4 khác xa với nước thải sơ chế mủ cao su ở Việt Nam. Hàm lượng 2- SO4 tác động đến tập hợp vi sinh vật nên ảnh hưởng đến quá trình hình thành hạt bùn. Do đó, cần nghiên cứu tác động của việc bổ sung 300mg-AlCl3/L đến quá trình tạo bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su ở Việt Nam. - Rỉ đường được công bố chứa nhiều hydratcacbon thúc đẩy việc sản xuất các polime ngoại bào (ECP) nâng cao khả năng hình thành bùn hạt. Nước thải sơ chế mủ cao su chứa ít hydratcacbon và nhiều axit béo bay hơi (VFA) nên thời gian hình thành bùn hạt dài. Vì vậy, tiến hành nghiên cứu bổ sung rỉ đường nhằm rút ngắn thời gian tạo bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su trong hệ thống UASB. - Việc hiểu rõ vai trò của tập hợp vi sinh vật trong quá trình hình thành bùn hạt và xử lý nước thải sơ chế mủ cao su giúp chúng ta có thể điều khiển quá trình theo hướng có lợi nhất. Việc tiến hành xác định tập hợp vi sinh vật và xác định vai trò của chúng trong quá trình hình thành bùn hạt là cần thiết. - Các nhà máy cao su thường dừng sản xuất trong 3 tháng để cây cao su phục hồi nên quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su cũng tạm dừng. Do đó, nhằm rút ngắn thời gian khởi động hệ thống khi vào vụ sản xuất cần nghiên cứu bảo quản bùn hạt. Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu 2.1.1. Nước thải và bùn giống - Nước thải sơ chế mủ cao su tại nhà máy ở tỉnh Thanh Hóa từ tháng 4 đến tháng 12 năm 2013. - Bùn giống từ hệ thống xử lý kỵ khí nước thải tinh bột sắn (Yên Bái). 2.1.2. Hóa chất - Các hóa chất sử dụng trong phân tích: Sigma (Mỹ) và (Wako, Nhật Bản); - Các kit thử COD và TN (Hach, Mỹ); - Các hóa chất sinh học phân tử (MP Biomedicals và Illumia, Mỹ); - Các hóa chất sử dụng trong xử lý nước thải (Trung Quốc). 2.1.3. Thiết bị - Hệ thống UASB quy mô 20 lít, kích thước 1444 x 104 x 104 mm có ổn nhiệt. - Hệ thống bẫy cao su quy mô 43 lít. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Các phương pháp phân tích - Phân tích các chỉ tiêu pH, SS, VSS và SVI theo APHA (2005); - Phân tích TN và COD bằng kit thử theo tài liệu hướng dẫn của hãng Hach (Mỹ); - Phân tích BOD theo quy trình của nhà sản xuất trên máy Oxitop12 (WTW, Đức); - Phân tích thành phần VFA (axit axetic, propionic, N-butyric, Iso-butyric, N-valeric, Iso-valeric) và hỗn hợp khí (CH4, N2, H2, CO2) bằng phương pháp sắc ký khí với detector lần lượt là FID (GC-2014, Shimazu) và TCD (GC-8A, Shimazu); - Phân tích NH4+ bằng phương pháp sắc ký lỏng (LC-20Adsp, Shimazu); - Phân tích SMA theo phương pháp của Harada và công sự (1994); - Xác định phân bố kích thước hạt bùn theo phương pháp sàng ướt của Francese và công sự (1998); 3
6. - Phân tích quần xã vi sinh vật bằng phương pháp metagenomics trên hệ thống Miseq (Illumina, Mỹ). Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát đặc tính nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên 3.1.1. Nước thải nhà máy tại khâu đánh đông Nước thải sơ chế mủ cao su được lấy 20 mẫu/tháng vào các tháng 4, 9 và 12 tại nhà máy cao su ở tỉnh Thanh Hóa. Các mẫu nước thải này được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD tổng, BOD, SS, TN và N- NH3 và các VFA (axetic, propionic, Iso-butyric, N- butyric, Iso-valeric và N-valeric). Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su tại khâu đánh đông được thể hiện trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc tính nước thải khâu đánh đông của nhà máy cao su tại Thanh Hóa Chất lƣợng nƣớc thải loại B Thời gian lấy mẫu (QCVN 01-MT:2015/BTNMT) Thông số Cơ sở đang Tháng 4/2013 Tháng 9/2013 Tháng 12/2013 Cơ sở mới hoạt động pH 4,6 - 4,7 4,6 – 4,7 5,1 - 5,2 6 - 9 6 - 9 COD tổng 26100 - 27200 16390 – 17950 27450 - 28940 200 250 BOD 14300 - 14980 8990 – 9870 15090 - 15120 50 50 SS 1460 - 1520 870 – 930 1860 - 2020 100 100 TN 760 - 800 730 - 790 630 - 670 60 80 N-NH3 290 - 320 210 – 260 380 - 420 40 60 Đơn vị: mg/L, trừ pH Nước thải khâu đánh đông tại nhà máy cao su ở tỉnh Thanh Hóa có mức độ ô nhiễm rất cao: COD tổng, BOD, TN và SS lần lượt trong khoảng 17000 - 29000 mg/L, 8990 – 15120 mg/L, 630 – 800 mg/L và 873 – 2020 mg/L. Nước thải từ khâu ép, nước rửa cao su có hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn khoảng 10 lần (kết quả không đưa ra). Nước thải tại cống chung nhà máy có hàm lượng COD tổng khoảng 3550 – 6270 mg/L. Tỷ lệ BOD/COD là 0,55 nên có thể xử lý bằng phương pháp sinh học. Tuy nhiên các chất rắn lơ lửng chủ yếu là các hạt cao su dư rất khó phân hủy và bám trên bề mặt vi sinh vật dẫn đến kìm hãm sự trao đổi chất đồng thời cũng gây khó khăn cho việc vận hành hệ thống UASB. Do đó, các hạt cao su dư cần được loại bỏ trước khi xử lý bằng hệ thống này. Hàm lượng VFA trong nước thải sơ chế mủ cao su tại khâu đánh đông cũng được phân tích. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.2 Bảng 3.2. Hàm lượng VFA nước thải khâu đánh đông của nhà máy cao su tại Thanh Hóa Thời gian lấy mẫu Thông số Tháng 4/2013 Tháng 9/2013 Tháng 12/2013 Giá trị trung bình VFA tổng 13210 6428 12860 10833 ± 3118 Axetic 5113 2956 4710 4260 ± 936 Propionic 7043 1932 7052 5342 ± 2411 Iso-Butyric 40 306 270 205 ± 118 N-Butyric 816 818 483 705 ± 157 Iso-valeric 80 296 270 215 ± 96 N-valeric 118 120 75 104 ± 21 Đơn vị: mg-COD/L Hàm lượng VFA tổng số trong nước thải tại khâu đánh đông là 10833 ± 3118 mg/L, trong đó hàm lượng axit axetic và axit propionic lần lượt chiếm 40,4 ± 4,01% và 46,07 ± 11,34%. Hàm lượng VFA chiếm 81,18 ± 9,43% so với BOD. Nước thải sơ chế mủ cao su tại khâu đánh đông của nhà máy cao su trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa có pH thấp (4,6 – 5,2), hàm lượng chất hữu cơ cao (COD: 16390 – 28940 mg/L), giàu VFA (10833 ± 3118 4
7. mg/L) và dễ phân hủy sinh học, hàm lượng TN đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng N-NH3 không gây độc cho quá trình phân hủy kỵ khí. Tuy nhiên hàm lượng SS cao (870 – 2020 mg/L), các hạt cao su dư dễ bám dính vào bùn nên cần loại bỏ trước khi xử lý bằng hệ thống UASB. 3.1.2. Nước thải đánh đông trong phòng thí nghiệm Hàng năm các nhà máy cao su chỉ sản xuất trong 9 tháng, để chủ động về nguồn nước thải sơ chế mủ cao su chúng tôi đã tiến hành đánh đông mủ cao su li tâm trong phòng thí nghiệm. Quy trình đánh đông tuân thủ theo quy trình của nhà máy cao su tại Thanh Hóa. Đặc tính của nước thải sơ chế mủ cao su trong phòng thí nghiệm được thể hiện trong bảng 3.3. Bảng 3.3. Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su đánh đông trong phòng thí nghiệm Thông số Đơn vị Hàm lƣợng pH 4,7 - 5,0 COD tổng mg-COD/L 12830 - 15270 BOD mg-BOD/L 9040 - 10740 SS mg-SS/L 976 - 1139 TN mg-N/L 2450 - 3400 N-NH3 mg-N/L 1121 - 2299 VFA tổng số mg-COD/L 5455 - 10672 Axetic mg-COD/L 2030 - 3992 Propionic mg-COD/L 2110 - 4337 Iso-Butyric mg-COD/L 49 - 151 N-Butyric mg-COD/L 180 - 983 Iso-valeric mg-COD/L 49 - 258 N-valeric mg-COD/L 363 - 951 Nước thải đánh đông tại phòng thí nghiệm sử dụng mủ ly tâm có tỷ lệ BOD/COD là 0,7; VFA/BOD từ 60,3 – 99,4%, TN từ 2450 – 3400 mg/L, N-NH3 từ 1121 – 2299 mg/L. Nước thải đánh đông trong phòng thí nghiệm có các thông số tương đương nước thải từ nhà máy cao su ở tỉnh Thanh Hóa trừ hàm lượng nitơ cao hơn. Hàm lượng nitơ trong nước thải này tương đương với nước thải của một số nhà máy cao su tại Nam Bộ. Do đó, sử dụng nước thải đánh đông trong phòng thí nghiệm có thể thay thế nước thải sơ chế mủ cao su lấy tại nhà máy. 3.1.3. Tiền xử lý nước thải nhà máy Trong các công trình xử lý hiện tại, các hạt cao su dư trong nước thải đi vào hệ thống UASB kết tụ với bùn và nổi lên mặt nước, cản trở dòng khí thoát ra. Hình 3.1. mô tả sự kết tụ của hạt cao su dư trong hệ thống UASB. A B Hình 3.1. Sự kết tụ cao su trong hệ thống UASB (A), hạt cao su kết tụ với bùn (B) Như vậy, việc loại bỏ hạt cao su là yêu cầu bắt buộc trước khi tiến hành xử lý bằng hệ thống UASB. Để giảm lượng cao su dư mà ít tiêu tốn năng lượng, quá trình loại bỏ cao su dư đã được tiến hành trong thiết bị bẫy cao su. Nước thải sơ chế mủ cao su được pha loãng với nước máy để đạt nồng độ COD theo yêu cầu. Khả năng loại SS của thiết bị bẫy cao su được chỉ ra trong hình 3.2. Khi hàm lượng SS dòng vào từ 200 - 2000 mg/L, hiệu suất xử lý SS tỷ lệ thuận với hàm lượng SS dòng vào. Nước thải dòng vào có 5
8. hàm lượng SS trong khoảng 200 - 500 mg/L, 500 - 1000 mg/L và 1000 – 2000 mg/L, hiệu suất xử lý SS lần lượt là 14,9 ± 6,9%, 50,2 ± 1,8% và 70,8 ± 2,2%. Khi hàm lượng SS dòng vào khoảng 2000 mg/L, hiệu suất xử lý SS của thiết bị bẫy cao su đạt 73,0% với HRT 23 giờ. Hình 3.2. Hiệu suất xử lý SS biến động theo hàm lượng SS đầu vào Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su trước và sau khi qua bẫy cao su được chỉ ra trong bảng 3.4. Bảng 3.4. Đặc tính nước thải trước và sau khi qua bẫy cao su Thông số Đơn vị Nƣớc thải trƣớc bẫy cao su Nƣớc thải sau bẫy cao su pH 4,6 – 5,4 5,1 – 6,5 COD tổng mg-COD/L 4735 - 9020 3585 - 7400 CODs mg-COD/L 4200 -7450 2736 - 7140 BOD mg-BOD/L 2662 - 6278 2734 - 6048 SS mg-SS/L 274 - 2033 239 - 533 TN mg-N/L 205 - 545 180 - 440 N-NH3 mg-N/L 106 - 257 109 - 344 VFA tổng mg-COD/L 1343 - 5011 1979 - 5359 Axetic mg-COD/L 530 - 2043 537 - 2081 Propionic mg-COD/L 613 - 2148 776 - 2643 Iso-Butyric mg-COD/L 20 - 78 37 - 103 N-Butyric mg-COD/L 20 - 836 221 - 924 Iso-valeric mg-COD/L 0 - 31 0 - 86 N-valeric mg-COD/L 124 - 822 212 - 820 Nước thải sau khi qua thiết bị bẫy cao su có tỷ lệ BOD/COD là 0,82, VFA tăng nhẹ. Nước thải sau quá trình tiền xử lý sẽ tiếp tục được xử lý trong hệ thống UASB. 3.2. Nghiên cứu tạo bùn hạt trong hệ thống UASB 3.2.1. Hoạt hóa bùn trong hệ thống UASB Bùn được hoạt hóa bằng nước thải sơ chế mủ cao su từ nhà máy trong 73 ngày. Nước thải được pha loãng đến nồng độ thích hợp bằng nước máy, pH: 6,8 – 7,2. OLR được tăng trong khoảng 0,72 – 2,61 kg- COD/m3.ngày thông qua việc tăng COD dòng vào, HRT là 18h. Trong quá trình hoạt hóa, bùn được lấy 6
9. mẫu định kỳ sau 15 ngày và xác định các thông số: hoạt tính sinh metan riêng (SMA), chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp lỏng (MLSS) và chất rắn lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp lỏng (MLVSS). Chỉ số thể tích lắng của bùn (SVI) trước và sau hoạt hóa cũng được xác định. a. Hoạt tính sinh metan riêng SMA của bùn hoạt hóa trong hệ thống UASB được biểu diễn trong hình 3.3. Hình 3.3. SMA của bùn và ảnh hưởng của OLR đến SMA trong thời gian hoạt hóa SMA của bùn giống là 0,310 ± 0,007 gCH4-COD/gVSS.ngày. Khi tăng OLR, SMA cũng tăng theo và đạt giá trị ổn định khi OLR > 2,65 kg-COD/m3.ngày. Sau 73 ngày hoạt hóa bùn, SMA đạt 0,831 ± 3 0,013 gCH4-COD/gVSS.ngày với OLR là 2,65 kg-COD/m .ngày. Như vậy, bùn sau quá trình hoạt hóa đã ở trạng thái hoạt động ổn định. b. Nồng độ MLSS, MLVSS và chỉ số SVI Bảng 3.5 chỉ ra sự thay đổi hàm lượng MLSS và MLVSS của bùn giống và bùn sau quá trình hoạt hóa theo chiều cao thiết bị. Bảng 3.5. Hàm lượng MLSS và MLVSS của bùn giống và bùn đã hoạt hóa Ngày 1 Ngày 73 Chiều cao thiết MLSS MLVSS MLVSS/ MLSS MLVSS MLVSS/ bị (cm) (g/L) (g/L) MLSS (g/L) (g/L) MLSS 2 72,54 37,62 0,52 118,11 61,92 0,52 17 106,78 57,46 0,54 125,52 66,45 0,53 32 90,11 46,19 0,51 98,69 54,66 0,55 47 79,43 39,28 0,49 89,34 50,24 0,56 62 67,82 32,76 0,48 68,43 37,02 0,54 77 48,52 22,54 0,46 47,36 26,37 0,56 92 28,76 15,02 0,52 27,17 14,73 0,54 107 15,41 7,62 0,49 10,46 5,21 0,50 122 11,32 6,1 0,54 1,88 1,02 0,54 137 10,34 5,24 0,51 1,61 1,08 0,61 Hàm lượng MLSS của bùn giống và bùn sau hoạt hóa 73 ngày tương ứng là 53,10 g/L và 58,86 g/L. MLVSS của bùn giống và bùn sau hoạt hóa lần lượt là 26,98g/L và 31,86 g/L; tương ứng với tỷ lệ MLVSS/MLSS của bùn giống và bùn sau hoạt hóa lần lượt là 0,51 và 0,54. Khả năng lắng của bùn được biểu diễn thông qua chỉ số SVI. SVI của bùn giống (ngày 1) và bùn hoạt tính (ngày 73) lần lượt là 59,3 mL/g và 29,2 mL/g (hình 3.4). Như vậy, trong quá trình hoạt hóa bùn giống chỉ số SVI đã giảm, bùn có khả năng lắng tốt hơn và ở dạng phân tán. 7
10. Hình 3.4. SVI của bùn ngày 1 và ngày 73 của quá trình hoạt hóa trong hệ thống UASB Sau quá trình hoạt hóa bùn giống, SMA đạt 0,831 ± 0,013 gCH4-COD/gVSS.ngày, hàm lượng MLSS là 58,9 g/L, tỷ lệ MLVSS/MLSS 0,5, chỉ số SVI đạt 29,2 mL/g. Bùn có màu đen và ở dạng phân tán, đạt trạng thái hoạt động ổn định. 3.2.2. Nghiên cứu một số điều kiện ảnh hưởng tới sự hình thành bùn hạt 3.2.2.1. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ OLR được thay đổi trong khoảng 1,01 ± 0,32 kg-COD/m3.ngày và trong khoảng 3,10 ± 0,92 kg- COD/m3.ngày, HRT giữ ở 18h, nhiệt độ duy trì 35 oC trong 70 ngày. Các thông số xác định: kích thước bùn hạt, thành phần khí, thể tích khí, COD và SVI. a. Kích thước hạt bùn Khi vận hành UASB với OLR trong khoảng 1,01 ± 0,32 kg-COD/m3.ngày, bùn hạt không được hình thành (như bùn giống hình 3.5A). Khi tăng OLR lên 3,10 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày hạt bùn đã hình thành. Bùn hạt được quan sát sau 45 ngày tại OLR 3,75 kg-COD/m3.ngày (hình 3.5B) và sau 60 ngày vận hành tại OLR là 3,95 kg-COD/m3.ngày (hình 3.5C) (A)-Bùn giống, (B)-Bùn khi OLR đạt 3,75 kg-COD/m3.ngày, (C)-Bùn khi OLR đạt 3,95 kg-COD/m3.ngày Hình 3.5. Hình thái bùn khi tăng OLR trong khoảng 3,10 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày Hình 3.6. Phân bố kích thước hạt bùn tại OLR đạt 3,75 và 3,95 kg-COD/m3.ngày 8
11. Hạt bùn có màu đen, có hình cầu hoặc oval. Bùn hạt hình thành khi OLR đạt 3,75 kg-COD/m3.ngày với kích thước hạt < 1 mm, trong đó các hạt có kích thước 0,5 – 1,0 mm chiếm 40,9%. Khi OLR đạt 3,95 kg-COD/m3.ngày, tỷ lệ phân bố kích thước bùn hạt đã được cải thiện, các hạt có đường kính lớn hơn 2 mm đã xuất hiện với tỷ lệ 5,1%, các hạt có đường kính 1 - 2 mm chiếm 9,8% và các hạt có đường kính 0,5 - 1 mm chiếm 44,6% (hình 3.6). b. Chỉ số thể tích lắng của bùn SVI của bùn sau 60 ngày vận hành hệ thống UASB với OLR trong khoảng 1,01 ± 0,32 kg- COD/m3.ngày giảm từ 42,6 mL/g xuống 26,4 mL/g trong khi vận hành với OLR trong khoảng 3,1 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày giảm đến 16,6 mL/g (hình 3.7). Hình 3.7. SVI của bùn giống và bùn trong hệ thống UASB ứng với các OLR c. Hiệu suất sinh khí metan Hình 3.8 biểu diễn tỷ lệ khí metan và hiệu suất sinh khí metan khi vận hành hệ thống UASB làm việc tại các chế độ OLR khác nhau. Hình 3.8. Hiệu suất sinh khí metan và tỷ lệ khí metan khi thay đổi OLR Khi vận hành hệ thống UASB với OLR trong khoảng 1,01 ± 0,32 kg-COD/m3.ngày, tỷ lệ khí metan 3 trong hỗn hợp khí là 79,8 ± 7,7%, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,258 ± 0,066 m -CH4/kg-CODchuyển hóa. Khi vận hành hệ thống UASB với OLR là 3,1 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày, tỷ lệ khí metan từ 80,6 ± 4,1%, 3 hiệu suất sinh khí metan đạt 0,260 ± 0,093 m -CH4/kg-CODchuyển hóa. 9
12. Khi vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su với OLR tăng trong khoảng 3,1± 0,92 kg-COD/m3.ngày; HRT 18h, bùn hạt đã hình thành sau 45 ngày khởi động. Sau 60 ngày hạt bùn có kích thước lớn hơn 2 mm chiếm tỷ lệ 5,1%, chỉ số lắng của bùn 16,6 mL/g, hiệu suất sinh metan đạt 0,260 ± 3 0,093 m -CH4/kg-CODchuyển hóa với tỷ lệ khí metan đạt 80,6 ± 6,1%. 3.2.2.2. Ảnh hưởng của AlCl3 Nước thải sơ chế mủ cao su từ nhà máy được pha loãng bằng nước máy đến COD theo yêu cầu, bổ sung 300 mg- AlCl3/L và điều chỉnh pH bằng NaOH đến 6,8 – 7,2. OLR trong khoảng 3,18 ± 0,74 kg- COD/m3.ngày, HRT là 18h, nhiệt độ duy trì 35 oC trong 103 ngày. Các thông số xác định: kích thước bùn hạt, thành phần khí, thể tích khí, COD và SVI. a. Kích thước hạt bùn Sự thay đổi về hình thái bùn giống và bùn hạt trong hệ thống UASB khi vận hành với nước thải sơ chế mủ cao su có bổ sung 300 mg- AlCl3/L sau 60 và 103 ngày được chỉ ra trong hình 3.9. Bùn giống (A), bùn hạt sau 60 (B) và 103 ngày (C) Hình 3.9. Hình thái bùn hạt khi bổ sung 300 mg-AlCl3/L Khi bổ sung 300 mg-AlCl3/L, bùn hạt hình thành sau 20 ngày với kích thước khoảng 0,2 mm (hình ảnh không đưa vào) trong khi không bổ sung AlCl3 bùn hạt xuất hiện vào ngày thứ 45. Hạt bùn có kích thước trên 2 mm đã xuất hiện vào ngày 60. Kích thước hạt bùn lớn hơn 1 mm tiếp tục tăng và đạt xấp xỉ 78% vào ngày 103. Hình 3.10 mô tả phân bố kích thước bùn hạt của quá trình không bổ sung và bổ sung AlCl3 vào ngày 60 và 103. Hình 3.10. Phân bố kích thước hạt bùn khi bổ sung và không bổ sung AlCl3 vào ngày 60 và ngày 103 Sau 60 ngày bổ sung 300mg-AlCl3/L hạt bùn có kích thước trên 2,0 mm chiếm 13,0%, kích thước 1,0 – 2,0 mm chiếm 28,1%, kích thước 0,5 - 1,0 mm chiếm 26,6%, và kích thước dưới 0,5 mm chiếm 32,3%. Khi không bổ sung AlCl3 các hạt bùn có kích thước lớn hơn 2,0 mm chiếm 5,1%, kích thước 1,0 mm < d < 2,0 mm chiếm 9,8%, kích thước 0,5 mm < d < 1 mm chiếm 44,6%. So với khi không bổ sung AlCl3, kích thước bùn hạt lớn hơn. Như vậy, bổ sung 300mg-AlCl3/L đã rút ngắn được thời gian tạo bùn hạt và tỷ lệ kích thước hạt bùn từ 1,0 mm trở lên được cải thiện. 10
13. Vào ngày 103, kích thước hạt bùn trên 2,0 mm chiếm 36,9%, kích thước 1,0 - 2,0 mm chiếm 39,9%, kích thước 0,5 - 1,0 mm chiếm 11,2% và kích thước dưới 0,5 mm chiếm 12,1%. Tỷ lệ kích thước hạt bùn lớn hơn 2,0 mm tăng 2,84 lần so với ngày 60. Như vậy, khi bổ sung 300 mg-AlCl3 kích thước hạt bùn vẫn tiếp tục phát triển theo thời gian. b. Chỉ số thể tích lắng của bùn SVI của bùn sau quá trình tạo bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su không bổ sung AlCl3 và có bổ sung 300mg- AlCl3/L được chỉ ra trên hình 3.11. Hình 3.11. Chỉ số SVI của bùn khi bổ sung và không bổ sung AlCl3 vào ngày 60 SVI của bùn vào ngày 60 của quá trình tạo bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung và không bổ sung AlCl3 lần lượt là 17,68 mL/g và 16,64 mL/g. Mặc dù SVI của bùn hạt bổ sung AlCl3 cao hơn khi không bổ sung AlCl3 một chút nhưng bùn hạt vẫn lắng tốt. c. Hiệu suất sinh khí metan Hình 3.12 biểu diễn hiệu suất sinh khí metan và tỷ lệ khí metan trong hỗn hợp khí thu được khi vận hành hệ thống UASB bằng nước thải sơ chế mủ cao su không bổ sung AlCl3 và bổ sung AlCl3 với HRT là 18h, OLR tăng từ 1,2 – 4,2 kg-COD/m3.ngày. Hình 3.12. Hiệu suất sinh khí metan và tỷ lệ khí metan khi bổ sung và không bổ sung AlCl3 Tỷ lệ khí metan khi không bổ sung AlCl3 và bổ sung AlCl3 lần lượt là 80,6 ± 4,1% và 81,8 ± 11,3%. 3 Hiệu suất sinh khí metan khi không bổ sung AlCl3 và bổ sung AlCl3 lần lượt là 0,260 ± 0,093 m -CH4/kg- 11
14. 3 CODchuyển hóa và 0,322 ± 0,091 m -CH4/kg-CODchuyển hóa . Như vậy, việc bổ sung 300 mg-AlCl3/L đã cải thiện hiệu suất sinh khí metan và tỷ lệ khí metan của hệ bùn trong hệ thống UASB. Khi vận hành hệ thống UASB bằng nước thải sơ chế mủ cao su, bổ sung 300 mg-AlCl3/L, hạt bùn xuất hiện sau 20 ngày. Tại thời điểm ngày 60, kích thước hạt bùn trên 2 mm chiếm 13%, cao hơn mẫu không bổ sung AlCl3 (5,1%). Kích thước hạt bùn vẫn tiếp tục tăng theo thời gian (ngày 103, các hạt có kích 3 thước trên 2 mm là 36,9%). SVI đạt 17,68 mL/g. Hiệu quả sinh khí metan đạt 0,322 ± 0,091 m -CH4/kg- CODchuyển hóa và tỷ lệ khí metan trong hỗn hợp khí đạt 81,8 ± 11,3%. 3.2.2.3. Ảnh hưởng của rỉ đường Nước thải đánh đông trong phòng thí nghiệm được pha loãng bằng nước máy đến COD theo yêu cầu, bổ sung 1 g/L rỉ đường, pH dòng vào 6,0 – 8,0, OLR trong khoảng 3,19 ± 0,68 kg-COD/m3.ngày, HRT là 12h. Các thông số xác định: kích thước bùn hạt, thành phần khí, thể tích khí, COD và SVI. a. Kích thước bùn hạt Bùn hạt xuất hiện vào ngày thứ 20. Hạt bùn có màu đen, hình cầu hoặc oval. Kích thước tăng dần theo thời gian (hình 3.13). (A): 20 ngày (B): 38 ngày Hình 3.13. Hình thái bùn hạt trong hệ thống UASB có bổ sung rỉ đường Phân bố kích thước của hạt bùn được biểu biến trong hình 3.14. Vào ngày 20, kích thước hạt bùn từ 1 - 2 mm chiếm 9,02%, kích thước 0,5 - 1 mm chiếm 35,5% và kích thước nhỏ hơn 0,5 mm chiếm 55,5%. Vào ngày 38, phân bố kích thước đã thay đổi, kích thước hạt bùn lớn hơn 2 mm chiếm 13,8%, kích thước 1 - 2 mm chiếm 24,9%, kích thước 0,5 - 1 mm chiếm 42,4% và kích thước nhỏ hơn 0,5 mm chiếm 19%. So với mẫu đối chứng (không bổ sung gì), bổ sung 1 g/L rỉ đường đã rút ngắn thời gian tạo bùn hạt từ 45 ngày còn 20 ngày và kích thước bùn hạt cũng lớn hơn. Hình 3.14. Phân bố kích thước hạt bùn vào ngày 20 và ngày 38 khi bổ sung rỉ đường b. Chỉ số thể tích lắng của bùn Hình 3.15 chỉ ra SVI của bùn hạt khi vận hành hệ thống UASB với nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung 300 mg-AlCl3/L và bổ sung 1 g/L rỉ đường. Chỉ số SVI của bùn hạt trong quá trình vận hành hệ thống UASB với nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung 1 g/L rỉ đường đạt giá trị thấp nhất (12,03 mL/g). Do đó, bổ sung 1 g/L rỉ đường được chọn để tạo bùn hạt cho các thí nghiệm tiếp theo. 12
15. Hình 3.15. Chỉ số SVI cùa bùn hạt khi bổ sung AlCl3 và rỉ đường c. Hiệu suất sinh khí metan Hiệu suất sinh khí metan và tỷ lệ khí metan trong hỗn hợp khí của các quá trình tạo hạt được biểu diễn trong hình 3.16. Hình 3.16. Hiệu suất sinh khí metan và tỷ lệ khí metan khi vận hành UASB bằng nước thải sơ chế mủ cao bổ sung AlCl3 và rỉ đường 3 Hiệu suất sinh metan trong 38 ngày đầu bổ sung 1g/L rỉ đường là 0,289 ± 0,07 m -CH4/kg- 3 CODchuyển hóa và trong 22 ngày tiếp theo khi không bổ sung rỉ đường là 0,324 ± 0,037 m -CH4/kg- CODchuyển hóa với tỷ lệ khí metan chiếm 85,0 ± 3,1%. Khi bổ sung rỉ đường với liều lượng là 1 g/L vào nước thải sơ chế mủ cao su thời gian hình thành bùn hạt trong hệ thống UASB được rút ngắn. Hạt bùn hình thành sau 20 ngày vận hành trong điều kiện OLR 3,31 ± 0,68 kg-COD/m3.ngày, HRT 12h. Sau 38 ngày kích thước hạt bùn lớn hơn 2 mm là 13,8%. 3 Chỉ số SVI giảm đến 12,03 mL/g. Hiệu suất sinh khí metan là 0,324 ± 0,037 m -CH4/kg-CODchuyển hóa và tỷ lệ khí metan 85,0 ± 3,1%. 13
16. Bảng 3.6 tổng hợp các phương án tạo bùn hạt và tính chất của bùn hạt khi tăng OLR, khi bổ sung AlCl3, khi bổ sung rỉ đường. Bảng 3.6. Tính chất bùn hạt kỵ khí ở các điều kiện khác nhau Điều kiện vận hành OLR: 3,18 ± 0,74 OLR: 3,19 ± 0,68 Thông số kiểm soát OLR: 3,10 ± 0,92 3 kg-COD/m .ngày kg-COD/m3.ngày kg-COD/m3.ngày và 300 mg-AlCl3/L và 1 g/L rỉ đường SVI hạt bùn (mL/g) 16,64 17,1 12,03 Hiệu suất sinh metan trong 60 ngày 3 0,260 ± 0,093 0,322 ± 0,091 0,324 ± 0,037* (m -CH4/kg-CODchuyển hóa ) Thời gian xuất hiện hạt bùn (ngày) 45 20 20 Đường kính hạt khi xuất hiện (mm) d < 1 d < 0,5 d < 2 Thời gian hạt đạt kích thước ≥ 2 mm 60 60 38 (ngày) Tỷ lệ hạt bùn kích thước ≥ 2 mm (%) 5,1 13,0 13,8 * Xác định từ ngày 38 đến ngày 60 Hình 3.17 trình bày quy trình tạo bùn hạt trong UASB trên quy mô 20 L. Bùn phân tán: SMA: 0,310 ± 0,007 (gCH4- COD/gVSS.ngày) Hoạt hóa bùn Nước thải cao su Thể tích UASB: 20L MLSS: 58,87 g/L (OLR 0,72 – 2,61 MLSS: 53,10 g/L SMA: 0,831 ± 0,013 kg-COD/m3.ngày, HRT: 18h (gCH4-COD/gVSS.ngày) pH: 6,8 –7,2) Thời gian:75 ngày Sàng cỡ lỗ: 0,2 mm, lấy phần dưới sàng Rỉ đường 1g/L Tạo hạt bùn Thể tích UASB: 20L MLSS: 48,85 g/L Nước thải cao su HRT: 12h (OLR: 3,19 ± 0,68 o kg-COD/m3.ngày, Nhiệt độ: 35 C pH: 6,0 – 8,0) Thời gian: 38 ngày Kích thước hạt ≥ 2mm: 13,8% Hình thái hạt: tròn hoặc oval Đánh giá sự hình thành SVI: 12 (mL/g) bùn hạt Hiệu suất sinh metan: 0,324 ± 0,037 3 (m -CH4/kg-CODchuyển hóa) Bùn hạt Hình 3.17. Quy trình tạo bùn hạt trong UASB (quy mô phòng thí nghiệm). 14
17. 3.3. Cấu trúc quần xã vi sinh vật trong hạt bùn kỵ khí Tỷ lệ các ngành vi sinh vật chiếm ưu thế trong các mẫu bùn được biểu diễn trên hình 3.18. Hình 3.18. Tỷ lệ các ngành vi sinh vật của bùn phân tán đã hoạt hóa và bùn hạt Các ngành Chloroflexi, Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria, Euyachaeota và WWE1 chiếm ưu thế trong các mẫu bùn. Ngành Chloroflexi xuất hiện trong các mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa và hạt bùn khi tăng OLR, bổ sung AlCl3, bổ sung rỉ đường lần lượt là 34,2%, 30,7%, 25,1% và 6,5%. Ngành Proteobacteria có tỷ lệ lần lượt là 3,8%, 6,4%, 5,8% và 28,7%. Ngành Firmicutes có tỷ lệ lần lượt là: 24,3%, 26,61%, 22% và 20,7%. Ngành Bacteroidetes có tỷ lệ lần lượt là: 9,3%, 11,2%, 11,3% và 10,3%. Ngành WWE1 cũng chiếm tỷ lệ lần lượt là 4%, 0,5%, 4,8% và 0,3%. Ngành cổ khuẩn Euyachaeota chiếm tỷ lệ trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa và bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3, bổ sung rỉ đường tỷ lệ lần lượt là 7,4%, 8,9%, 11,2% và 19,0%. Kết quả này chỉ ra rằng khi thay đổi điều kiện vận hành, tỷ lệ các ngành Firmicutes và Bacteroidetes ít biến động trong khi tỷ lệ các ngành Chloroflexi, Proteobacteria và Euyachaeota biến động rõ rệt. Khi bổ sung rỉ đường, tỷ lệ ngành Chloroflexi giảm, tỷ lệ các ngành Proteobacteria và Euyachaeota tăng. Các ngành Proteobacteria và Euyachaeota chiếm tỷ lệ cao nhất trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường. Như vậy, bổ sung rỉ đường đã thúc đẩy các ngành cổ khuẩn sinh metan phát triển mạnh mẽ. 3.3.1. Thành phần vi khuẩn Các vi khuẩn chiếm ưu thế (>1%) trong các mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và bổ sung rỉ đường được chỉ ra trong bảng 3.7. Lớp Gammaproteobacteria và Betaproteobacteria chiếm tỷ lệ vượt trội trong mẫu bùn hạt khi bổ sung rỉ đường với tỷ lệ lần lượt là: 20,34% và 6,00%. Loài Comamonas sp. chiếm tỷ lệ vượt trội trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường (5,76%). Loài Acinetobacter johnsonii chiếm ưu thế trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường với tỷ lệ 18,59%. Họ Anaerolinaceae chiếm ưu thế trong bùn hạt với tỷ lệ trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa và bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và bổ sung rỉ đường lần lượt là 21,76%, 16,39%, 16,01% và 4,55%. Bộ Bacteroidales chiếm ưu thế trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa và bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3, bổ sung rỉ đường với các tỷ lệ lần lượt là 8,8%, 3,38%, 10,31% và 9,85%. Các thành viên chiếm ưu thế trong bùn hạt khi tăng OLR là lớp Thermoleophilia (3,42%) và khi bổ sung rỉ đường là lớp Actinobacteria (5,9%). Chi Corynebacterium chiếm tỷ lệ cao (5,6%) trong bùn hạt bổ sung rỉ đường. Họ Cloacamonaceae trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa và bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 với tỷ lệ lần lượt là 4,65%; 0,13% và 4,47%. Như vậy, khi bổ sung rỉ đường, các loài A. johnsonii, Comamonas sp., Clostridium sp., chiếm ưu thế trong bùn hạt. 15
18. Bảng 3.7. Tỷ lệ các nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế trong các mẫu bùn Các nhóm vi khuẩn chiếm ƣu thế Tỷ lệ (%) Bùn hạt Bùn phân Lớp/bộ Họ Tăng Bổ sung Bổ sung tán OLR AlCl3 rỉ đƣờng Bacilli/ Carnobacteriaceae 7,95 8,08 6,10 0,64 Lactobacillales Chưa nuôi cấy được 0 0,00 0,02 1,42 Syntrophomonadaceae 6,63 10,47 6,71 1,66 Clostridiaceae 2,86 2,59 2,57 10,59 Clostridia/ Christensenellaceae 0,99 1,20 1,23 1,21 Clostridiales Peptococcaceae 1,02 0,44 0,65 0,03 Peptostreptococcaceae 0,84 0,11 0,68 1,57 Chưa nuôi cấy được 0,72 0,68 0,82 2,13 Deltaproteobacteria/ Syntrophobacteraceae 1,86 4,78 3,46 0,47 Syntrophobacterales Betaproteobacteria/ Comamonadaceae 1,13 0,07 0,07 5,76 Burkholderiales Gammaproteobacteri/ Moraxellaceae 0,04 0,01 0,35 18,59 Pseudomonadales Chưa nuôi cấy được 0,01 0,31 0,35 1,75 Anaerolineae/ Anaerolinceae 21,76 16,39 16,01 4,55 Anaerolineales Chưa nuôi cấy được 12,30 14,18 9,02 1,92 Bacteroidia/ Chưa nuôi cấy được 8,9 3,39 10,64 8,77 Bacteroidales Flavobacteria/ Cromorphaceae 0,01 0,01 0,00 1,10 Flavobacteriales Actinobacteria/ Corynebacteriaceae 0,41 0,5 0,35 5,90 Actinomycetales Micromonosporaceae 1,02 0,01 0,27 0,02 Thermoleophilia/ Chưa nuôi cấy được 0,64 3,42 0,48 0,20 Gaiellales Cloacamonales Cloacamonaceae 3,65 0 4,47 0 3.3.2. Thành phần cổ khuẩn Trong các loại bùn xuất hiện 3 ngành cổ khuẩn sinh metan là: Euryachaeota, Parvarchaeota và Crenarchaeota. Ngành Parvarchaeota và Crenarchaeota chiếm tỷ lệ rất nhỏ (0,10% – 0,30%). Ngành Euryacheaota chiếm ưu thế trong tất cả các mẫu bùn. Thành phần các nhóm cổ khuẩn chiếm ưu thế trong ngành Euryacheaota trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa và các mẫu bùn hạt được chỉ ra ở hình 3.19. Bùn phân tán sau hoạt hóa chứa đầy đủ các nhóm chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành metan. Các nhóm chiếm ưu thế trong mẫu bùn này là Methanosaeta, Methanosarcina, Methanobacterium, Candidatus methanoregula và nhóm không nuôi cấy được Methanomicrobiales với tỷ lệ lần lượt là 1,2%, 1,1%, 0,6%, 2,1% và 1,6%. Khi tăng OLR, tất cả các nhóm Methanosaeta, Methanosarcina, Methanobacterium, Candidatus methanoregula và nhóm không nuôi cấy được Methanomicrobiales đều xuất hiện với tỷ lệ lần lượt là 2,39 %; 0,21%, 3,07%, 1,10% và 2,50%. Khi bổ sung AlCl3 các nhóm Methanosaeta, Methanosarcina, Methanobacterium, Candidatus methanoregula và nhóm không nuôi cấy được Methanomicrobiales cũng xuất hiện với tỷ lệ lần lượt là 2,70%, 2,30%, 0,90%, 0,20% và 1,40%. Khi bổ sung rỉ đường, chi Methanosaeta và Methanobacterium chiếm ưu thế với số lượng vượt trội, chi Methanosaeta chiếm 12,96% và chi Methanobacterium chiếm 5,08% trong khi chi Methanosarcina chỉ 16
19. chiếm 0,02%, nhóm không nuôi cấy được Methanomicrobiales chiếm 0,45% và loài Candidatus methanoregula chiếm 0,05%. Như vậy, khi thay đổi các điều kiện vận hành hệ thống UASB tập hợp vi sinh vật đã thay đổi đáng kể. Hình 3.19. Các nhóm cổ khuẩn chiếm ưu thế trong ngành Euryacheaota Bùn hạt hình thành trong các điều kiện vận hành khác nhau có đặc điểm và sự đa dạng vi sinh vật khác nhau. Nhìn chung, các loài cổ khuẩn sinh metan chiếm tỷ lệ cao trong các loại bùn hạt là chi Methanosaeta, Methanosarcina, Methanobacterium, nhóm không nuôi cấy được Methanomicrobiales và loài Candidatus methanoregula. Khi bổ sung 1g/L rỉ đường, các chi Methanosaeta và Methanobacterium chiếm ưu thế với tỷ lệ cao nhất. 3.3.3. Dự đoán vai trò của các nhóm vi sinh vật trong bùn hạt bổ sung rỉ đường Dựa vào kết quả phân tích thành phần vi sinh vật chiếm ưu thế trong bùn hạt tham gia vào con đường chuyển hóa kỵ khí nước thải sơ chế mủ cao su (bảng 3.7) và các công bố về vai trò của các vi sinh vật trong con đường chuyển hóa. Chúng tôi đã đề xuất sơ đồ quần xã vi sinh vật tham gia vào quá trình chuyển hóa kỵ khí và hình thành bùn hạt trong hình 3.20. Protein Cacbonhydrat Chất béo Bacteroidales Clostridiacea Acinetobacter Corynebacteriume Axit amin johnsonii Anaerolinceae Bacteroidales Syntrophomonadaceae Axetat Propionat, lactat Comamonas Bacteroidales format CO2 H2 Methanobacterium Methanosaeta Không nuôi cấy được Methanomicrobiales Metan Hình 3.20. Quần xã vi sinh vật tham gia vào quá trình chuyển hóa và hình thành bùn hạt 17
20. Các nhóm vi sinh vật chiếm ưu thế trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường là họ Bacteroidale, Clostridiaceae, Syntrophomonadaceae, Anaerolinceae và các chi Corynebacterium, Comamonas, Methanobacterium, Methanosaeta và loài A. johnsonii. Các nhóm vi sinh vật này có tiên mao và lông mao. Loài A. johnsonii có tính kỵ nước lớn nên dễ bám dính và hình thành các cụm tế bào. Như vậy việc bổ sung 1g/L rỉ đường có thể thúc đẩy sự phát triển của các loài vi sinh vật có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành bùn hạt. Các bước chuyển hóa trên sơ đồ này có nhiều điểm tương đồng với các bước chuyển hóa của các con đường khác đã công bố. Loài Corynebacterium sp. và A. johnsonii là nhóm mới xuất hiện trên sơ đồ chuyển hóa. Có thể rút ngắn thời gian việc hình thành bùn hạt bằng cách điều khiển sự phát triển của các loài vi vinh vật này thông qua việc điều chỉnh cơ chất và bổ sung vi sinh vật này từ bên ngoài vào hệ thống UASB. 3.4. Xử lý nƣớc thải sơ chế cao su bằng UASB sử dụng bùn hoạt tính dạng hạt 3.4.1. Hiệu quả xử lý của bùn hạt Sự biến động COD, OLR và hiệu suất xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su trên 2 hệ thống được thể hiện ở hình 3.21. Hình 3.21. Sự biến động COD, OLR, hiệu suất xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB Trong quá trình vận hành hệ thống UASB, pH của nước thải dòng vào hệ thống UASB sử dụng bùn hạt (UASB1) trong khoảng 5,4 - 6,6 và pH dòng ra trong khoảng 6,8 - 7,8. pH dòng vào hệ thống UASB sử dụng bùn phân tán (UASB2) trong khoảng 6,2 – 7,5 và pH dòng ra trong khoảng 6,8 – 7,6 (Kết quả không được trình bày). Hiệu quả xử lý COD của hệ thống UASB2 không ổn định, dao động trong khoảng rộng 51,6 % – 88,2%. Khi tăng OLR trong khoảng 0,9 – 4,3 kg-COD/m3.ngày, COD dòng vào và dòng ra hệ thống UASB2 tương ứng là 246 – 1168 mg/L và 29 - 244 mg/L. Khi tiếp tục tăng OLR trong khoảng 4,3 – 8,7 kg-COD/m3.ngày, COD dòng vào và dòng ra của hệ thống UASB2 tương ứng là 1192 – 2405 mg/L và 341 - 517 mg/L. Sử dụng bùn phân tán gây cản trở dòng vào khi vận hành hệ thống UASB2 dẫn đến làm thay đổi OLR thất thường. Hiệu suất xử lý COD của UASB1 ổn định trong khoảng 92,6 - 95,8%. Tại OLR 15,3 kg-COD/m3.ngày, COD dòng vào và dòng ra của hệ thống UASB1 lần lượt là 5448 mg-COD/L và 230 mg-COD/L tương ứng với hiệu suất xử lý COD là 95,8%. Như vậy, sử dụng bùn hạt kỵ khí đã nâng cao tải trọng hữu cơ gấp 3,5 lần với hiệu suất xử lý tăng 7,6%. 18
21. Sử dụng bùn hạt kỵ khí đã nâng cao tải trọng hữu cơ gấp 3,5 lần với hiệu suất xử lý tăng 7,6% so với sử dụng bùn phân tán ở cùng điều kiện. Sử dụng bùn phân tán không những cho hiệu suất xử lý thấp mà còn không ổn định do dòng vào hệ thống UASB bị cản trở dẫn đến thay đổi OLR thất thường. Tốc độ sinh khí và thể tích khí metan sinh ra khi vận hành hai hệ thống UASB sử dụng bùn hạt và bùn phân tán được trình bày trong hình 3.22 và hình 3.23. Hình 3.22. Tốc độ sinh khí trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB Kết quả cho thấy hiệu suất sinh khí metan của thiết bị UASB1 ổn định với giá trị trung bình là 0,325 3 3 m -CH4/kg-CODchuyển hóa . Khi OLR đạt 15,3 kg-COD/m .ngày, tổng lượng khí sinh ra đạt 112 L/ngày với thể tích metan là 97,8 L/ngày tương ứng với tỷ lệ khí metan là 84,4% và tỷ lệ thu hồi 95 %. Hiệu suất 3 sinh khí CH4 của hệ thống UASB2 không ổn định với giá trị trung bình đạt 0,123 m -CH4/kg-CODchuyển hóa tương ứng với tỷ lệ khí metan là 64,2% và tỷ lệ thu hồi khí đạt 35,1%. Hiệu suất sinh khí metan của bùn hạt tăng 2,86 lần so với bùn phân tán Hình 3.23. Hiệu suất sinh khí metan trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB 19
22. Khi sử dụng bùn hạt hiệu suất sinh khí metan cao hơn và ổn định hơn sử dụng bùn phân tán. Hiệu suất sinh khí metan của bùn hạt tăng 2,86 lần so với bùn phân tán. Khi sử dụng bùn hạt trong vận hành 3 hệ thống UASB, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,325 m -CH4/kg-CODchuyển hóa, thể tích khí thu hồi 112 L/ngày với tỷ lệ metan đạt 84,4%. 3.4.2. Đánh giá sự thay đổi cấu trúc hạt bùn Chỉ số SVI của bùn hạt trong quá trình vận hành UASB được chỉ ra trong hình 3.24. Hình 3.24. SVI của bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, SVI tăng nhẹ (sau 32 ngày SVI đạt 13,39 ± 0,21 mL/g), sau đó SVI bắt đầu giảm nhẹ. Sau 98 ngày vận hành, giá trị SVI đạt 11,48 ± 0,11 mL/g. Như vậy, khả năng lắng của bùn biến động không đáng kể. Hình 3.25 chỉ ra hình thái bùn hạt trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su. Phân bố kích thước hạt bùn ngày 1 và ngày 98 ngày chỉ ra trong hình 3.26. B- Bùn giống, C-Bùn sau 98 ngày Hình 3.25. Hình thái bùn hạt ngày 1 và ngày 98 trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Hình 3.26. Phân bố kích thước bùn hạt ngày 1 và ngày 98 trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế cao su Phân bố kích thước bùn hạt ngày 1 là: kích thước lớn hơn 2 mm chiếm 13,8%, kích thước 1 - 2 mm chiếm 24,9%, kích thước 0,5 - 1 mm chiếm 42,4% và kích thước nhỏ hơn 0,5 mm chiếm 19,0%. Phân bố kích thước bùn hạt ngày 98 là kích thước lớn hơn 2 mm chiếm 21,4%, kích thước 1 – 2 mm chiếm 39,4%, kích thước 0,5 – 1 mm chiếm 37,9% và kích thước nhỏ hơn 0,5 mm chiếm 1,4%. Các hạt bùn có kích 20
23. thước lớn hơn 1 mm vào ngày 98 tăng 1,57 lần so với ngày 1. Như vậy trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su kích thước bùn hạt có xu hướng tiếp tục phát triển trong hệ thống UASB. Hình 3.27 mô tả sự biến động các ngành vi sinh vật trong bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su bằng hệ thống UASB. Hình 3.27. Sự biến động các ngành vi sinh vật trong bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải cao su Kết quả cho thấy ngành Chloroflexi tăng từ 6,5% lên 22,1%, ngành Proteobacteria giảm từ 28,7% xuống 5,3%, ngành Euryarchaeota tăng từ 19% lên 28%, các ngành khác khá ổn định. Tỷ lệ các ngành Chloroflexi, Firmicutes, Bacteroidetes và Euryarchaeota chiếm ưu thế trong bùn hạt ngày 98. Kết hợp với kết quả trên hình 3.18 cho thấy ngành Proteobacteria chỉ xuất hiện với tỷ lệ cao khi bổ sung rỉ đường. Sự xuất hiện của chúng có thể chỉ đóng vai trò trong việc phân hủy hợp chất mang màu trong rỉ đường. Trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, tỷ lệ ngành Euryarchaeota đã tăng lên đáng kể (tăng 9%). Sự thay đổi tỷ lệ các loài cổ khuẩn sinh metan trong bùn hạt ngày 1 và ngày 98 trong quá trình vận hành hệ thống UASB được chỉ ra trong hình 3.28. Hình 3.28. Tỷ lệ các nhóm methanogen của bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Kết quả chỉ ra rằng tỷ lệ các nhóm cổ khuẩn sinh metan trong bùn hạt ngày 98 đều tăng so với ngày 1. Chi Methanosaeta tăng từ 13,0% lên 13,9%, chi Methanobacterium tăng từ 5,08% lên 8,87%, chi Methanosphaera tăng từ 0,06% chiếm 3,12% và chi Methanomassiliicoccus tăng từ 0,12% lên 1,39%. Kết quả này cho thấy tỷ lệ các loài cổ khuẩn sinh metan đều tăng sau thời gian xử lý nước thải sơ chế mủ cao su. Như vậy, bùn hạt có khả năng thích ứng tốt. 21
24. Bùn hạt được hình thành khi bổ sung rỉ đường đã thích ứng và hoạt động tốt trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su. Hiệu suất xử lý COD và hiệu suất sinh khí metan của bùn hạt cao hơn bùn phân tán, chỉ số SVI của bùn hạt ổn định, hệ vi sinh vật có cấu trúc đa dạng hơn. 3.5. Điều kiện bảo quản hạt bùn 3.5.1. Sự thay đổi hoạt tính sinh metan riêng Sự thay đổi SMA trong quá trình bảo quản bùn hạt ở 4 oC và nhiệt độ phòng được thể hiện trong hình 3.29. Kết quả cho thấy trong quá trình bảo quản SMA của hạt bùn giảm nhanh trong 3 tháng đầu o tiên. Bùn hạt ban đầu có SMA là 0,878 ± 0,034 gCH4-COD/gVSS.ngày. Sau 3 tháng bảo quản tại 4 C và nhiệt độ phòng SMA lần lượt là 0,564 ± 0,021 và 0,634 ± 0,012 gCH4-COD/gVSS.ngày tương ứng giảm tương ứng là 35,7% và 27,8%. Sau 6 tháng SMA ở nhiệt độ 4 oC và nhiệt độ phòng lần lượt là 0,495 ± o 0,019 và 0,585 ± 0,017 gCH4-COD/gVSS.ngày. Bảo quản tại nhiệt độ phòng duy trì SMA tốt hơn ở 4 C. Từ tháng thứ 4 đến tháng thứ 6, mức độ giảm SMA rất thấp. Hình 3.29. Sự thay đổi SMA của bùn hạt trong quá trình bảo quản 3.5.2. Sự thay đổi COD hòa tan trong môi trường bảo quản Hình 3.30 miêu tả sự thay đổi hàm lượng COD hòa tan (CODs) trong quá trình bảo quản hạt bùn kỵ khí. Hình 3.30. Sự biến động hàm lượng CODs trong quá trình bảo quản Kết quả chỉ ra rằng trong thời gian bảo quản tại 4 oC hàm lượng CODs có xu hướng tăng nhẹ vào 2 tháng đầu tiên, sau đó hàm lượng CODs ổn định. Sau 6 tháng bảo quản tại 4 oC hàm lượng CODs tăng 14,3%. Khi bảo quản ở nhiệt độ phòng hàm lượng CODs giảm mạnh vào tháng thứ nhất (77,8%), sau đó CODs chỉ giảm nhẹ. Sau 6 tháng bảo quản tại nhiệt độ phòng CODs giảm 83,8%. 3.4.3. Sự thay đổi hình thái hạt bùn Sự thay đổi về phân bố hạt bùn được chỉ ra trong hình 3.31. Sau 2 tháng đầu tiên trong quá trình bảo quản, kích thước hạt bùn gần như không thay đổi. Sau 3 tháng bảo quản phân bố kích thước hạt bùn đã 22
25. bắt đầu thay đổi. Phân bố kích thước hạt bùn sau 3 tháng bảo quản tại 4 oC như sau: hạt có kích thước lớn hơn 2 mm giảm 31,2%, kích thước 1 - 2 mm giảm 31,2%, kích thước 0,5 - 1 mm giảm 53,3% và kích thước nhỏ hơn 0,5 mm tăng 21 lần. Sau 3 tháng bảo quản tại nhiệt độ phòng, phân bố kích thước hạt bùn là: hạt có kích thước lớn hơn 2 mm giảm 32,9%, kích thước từ 1 - 2 mm giảm 11,7%, kích thước hạt từ 0,5 – 1 mm giảm 63,5% và kích thước hạt nhỏ hơn 0,5 mm tăng 25 lần. Kích thước của các hạt giảm dần cho thấy đã xảy ra sự phân rã hạt bùn. Sau 3 tháng bảo quản tại 4 oC và nhiệt độ phòng, kích thước hạt bùn trên 1mm lần lượt chiếm 52,3% và 49,4% (bùn hạt ban đầu 60,8%). Như vậy trong 3 tháng đầu tiên, cấu trúc hạt bùn ít bị tác động bởi các yếu tố môi trường. Hình 3.31. Phân bố kích thước hạt bùn trong quá trình bảo quản bùn hạt kỵ khí Hình 3.32 miêu tả hình thái bùn hạt trong quá trình bảo quản. Kết quả chỉ ra rằng bùn hạt ban đầu có màu đen và không thay đổi trong suốt quá trình bảo quản. Bề mặt bùn hạt trước và sau quá trình bảo quản đều trơn nhẵn. Hình 3.32. Hình thái bùn hạt: (A) bùn hạt trước bảo quản, (B) bùn hạt sau 6 tháng bảo quản tại 4oC, (C) bùn hạt sau 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng SMA của bùn hạt giảm trong 3 tháng đầu bảo quản tại 4 oC và nhiệt độ phòng. Sau 3 tháng bảo quản SMA tương đối ổn định, SMA khi bảo quản tại 4 oC và tại nhiệt độ phòng có giá trị lần lượt là 0,564 ± 0,021 và 0,634 ± 0,012 (gCH4-COD/gVSS.ngày). Cấu trúc hạt bùn duy trì tốt trong 3 tháng đầu tiên. Sau 3 tháng bảo quản tại 4 oC và nhiệt độ phòng, kích thước hạt bùn trên 1 mm lần lượt chiếm 51,2% và 49,1%. Để có thể duy trì cấu trúc hạt bùn và SMA tốt hơn trong thời gian nhà máy cao su ngừng sản xuất (khoảng 3 tháng) bùn hạt nên được bảo quản tại UASB ở nhiệt độ phòng cùng với việc bổ dinh dưỡng vào dung dịch bảo quản định kỳ. 23
26. KẾT LUẬN 1. Đã nghiên cứu đặc tính của nước thải tại khâu đánh đông của nhà máy cao su cho thấy nước thải có pH thấp (4,6 – 5,2), hàm lượng chất hữu cơ cao (COD: 16390 – 28940 mg/L), giàu VFA (10833 ± 3118 mg/L), hàm lượng SS cao (870 – 2020 mg/L). Nước thải dạng này cần qua công đoạn tiền xử lý nhằm tách các hạt cao su dư trước khi xử lý trong hệ thống UASB tránh gây tắc đường ống. 2. Đã nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống UASB xử lý nước thải cao su: - Bùn phân tán được hoạt hóa trong nước thải cao su trong 73 ngày với tải trọng hữu cơ (OLR) từ 0,72 đến 0,26 kg-COD/m3.ngày, thời gian lưu nước (HRT) 18h và nhiệt độ 35 oC. Bùn sau khi hoạt hóa có chỉ số hoạt tính sinh metan riêng (SMA) 0,831 ± 0,013 gCH4-COD/gVSS.ngày, hàm lượng bùn (MLSS) 58,9 g/L và chỉ số lắng của bùn (SVI) 29,2 mL/g. - Bùn hạt hình thành khi tăng OLR trong khoảng OLR: 3,10 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày. Thời gian hình thành bùn hạt rút ngắn khi bổ sung 300 mg-AlCl3 và rỉ đường. Bùn hạt hình thành tốt nhất trong điều kiện vận hành: nước thải cao su bổ sung rỉ đường 1 g/L, nhiệt độ 35 oC trong 38 ngày với OLR 3,19 ± 0,68 kg-COD/m3.ngày, HRT duy trì 12h. Kích thước hạt bùn lớn hơn 1 mm đạt 38,7%, SVI 3 đạt 12,03 mL/g, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,324 ± 0,037 m -CH4/kg-CODchuyển hóa tăng 25,6% so với bùn phân tán ở cùng điều kiện. 3. Xác định được các quần thể vi sinh vật chủ yếu tham gia vào quá trình hình thành hạt bùn. Bùn hạt chứa các nhóm: thủy phân (Bacteroidales, Clostridiaceae, Acinetobacter johnsonii), acidogen (Anaerolinceae, Comamonas, Corynebacterium), acetogen (Syntrophomonadaceae) và methanogen (Euryarchaeota chiếm 19,0%, trong đó Methanosaeta chiếm 13,0% và Methanobacterium chiếm 5,1%). 4. Bùn hạt được thử nghiệm cho xử lý nước thải sơ chế mủ cao su trong hệ thống UASB đã nâng OLR 3 lên 15,3 kg-COD/m3.ngày, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,325 m -CH4/kg-CODchuyển hóa và hiệu suất xử lý COD đạt 95,8% tương ứng cao gấp 3,5 lần; 2,86 lần và tăng 7,6% so với bùn phân tán ở cùng điều kiện. Bùn hạt thích ứng và hoạt động tốt trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, SVI của bùn ổn định, tỷ lệ các loài cổ khuẩn sinh metan tăng cao. 5. Bùn hạt được bảo quản tại nhiệt độ phòng trong hệ thống UASB đã duy trì tốt cấu trúc hạt và giữ ổn định hoạt tính. Sau 3 tháng bảo quản, SMA của bùn là 0,634 ± 0,012 gCH4-COD/gVSS.ngày (SMA giảm 27,8%). KIẾN NGHỊ 1. Hoàn thiện quy trình bảo quản bùn hạt. 2. Nghiên cứu hợp khối hệ thống UASB sử dụng bùn hạt với hệ thống xử lý nitơ trong nước thải dòng ra nhằm hoàn thiện quy trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, đạt tiêu chuẩn QCVN01 - MT: 2015/BTNMT. 24
27. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Bài báo khoa học 1. Nguyễn Thi Thanh, Nguyen Minh Tan, To Kim Anh, Nguyen Lan Huong (2015) Performance of An Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor treating natural rubber processing wastewater under low pH condition. Journal of Sicience and Technology, 105: 024 – 028. 2. Nguyễn Thi Thanh, Trần PhươngThảo, Tô Kim Anh, Nguyễn Lan Hương (2015). Ảnh hưởng của rỉ đường đến sự hình thành bùn hạt hạt ở giai đoạn khởi động của bể UASB khi xử lý nước thải sơ chế cao su thiên thiên. Tạp chí Công nghệ sinh học, 2A (13): 771 – 776. 3. Nguyễn Thi Thanh, Nguyễn Thị Trang , Tô Kim Anh, Nguyễn Lan Hương (2015) Tuyển chọn chủng vi khuẩn Paracoccus denitrificans E1 trong nước thải quá trình sơ chế cao su thiên thiên. Tạp chí Công nghệ sinh học, 3(13): 901 - 906. 4. Nguyen Thi Thanh, Takahiro Watari, Tran Phuong Thao, Nguyen Minh Tan, Phan Trung Nghia, Daisuke Tanikawa, Masashi Hatamoto, Kazuaki Syutsubo, To Kim Anh, Masao Fukuda, Takashi Yamaguchi, Nguyen Lan Huong (2016). Impact of aluminum chloride on process performance and microbial community structure of granular sludge in an upflow anaerobic sludge blanket reactor for natural rubber processing wastewater treatment. Water Science & Technology, 74(2):500 – 507. Hội thảo khoa học 1. T. Watari, N.T.Thanh, N.Tsusuoka, D. Tanikawa, K.Kuroda, N. L. Huong , N. M. Tan, H.T.Hai, M. Hatamoto, K. Syutsubo, M. Fukuda , T. Yamaguchi. Development of BR –UASB-DHS system for natural rubber processing wastewater. 9th IWA International Symposium on Waste Management Problems on Agro Industries -AGRO 2014, p.66-73, Kouchi (Japan). 2. Nguyen Thi Thanh, Takahiro Watari, Tran Phuong Thao, Nguyen Minh Tan, Phan Trung Nghia, Daisuke Tanikawa, Masashi Hatamoto, Kazuaki Syutsubo, To Kim Anh, Masao Fukuda, Takashi Yamaguchi, Nguyen Lan Huong. Evaluation of process performance of UASB reactor for natural rubber processing wastewater treament. International Conference on Sustainability Initiatives (ICSI) 2015 in conjunction with 8th ASEAN Environmental Engineering Conference (AEEC), Kuala Lumpur, Malaysia, 24-25 August 2015.