Hạt PVA-gel làm tăng cường sự hình thành bùn hạt trong mô hình UASB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG

MÔN: CHUYÊN ĐỀ Ô NHIỄM NƯỚC PVA-gel beads enhance granule formation in a UASB reactor (Hạt PVA-gel làm tăng cường sự hình thành bùn hạt trong mô hình UASB) Tạp chí Bioresource Technology

GVHD: Ts. Tô Thị Hiền Lớp 12 CMT Nhóm: 01

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Mục lục: Tổng quan .................................................................................................... 2 Chương 1: Giới thiệu ..................................................................................... 4 1.1Công nghệ xử lí nước thải UASB: .............................................................................. 4 1.2

Ứng dụng của chất mang PVA-gel trong xử lí nước thải: ..................................... 5

1.3

Mục tiêu nghiên cứu: ............................................................................................. 5

Chương 2: Phương pháp ................................................................................ 7 2.1. Thiết lập thí nghiệm: ................................................................................................. 7 2.2. Tổng hợp dòng thải vào ............................................................................................. 8 2.3. Các phương pháp phân tích ....................................................................................... 8 Chương 3: Kết quả ...................................................................................... 10 3.1 Khởi đầu mô hình phản ứng: .................................................................................... 10 3.2. Hiệu suất mô hình phản ứng .................................................................................... 10 3.3 Những đặc tính của hạt nhựa PVA ........................................................................... 14 3.4 Đăc điểm của bùn ..................................................................................................... 15 Chương 4: Thảo luận ................................................................................... 16 Chương 5: Kết luận ..................................................................................... 18 Tài liệu tham khảo: ...................................................................................... 19

1

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Từ ngữ viết tắt: • UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket (bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí) • PVA-gel: Poly (vinyl alcohol)- gel • CSL:corn steep liquor (dịch chiết từ ngô) • VFA- Volatile fatty acids: acid béo bay hơi • MPB: methane producing bacteria (vi khuẩn sinh metan) • HRT: Hydraulic Retention Time (thời gian lưu) • OLR : tải trọng hữu cơ

2

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Tổng quan Hơn bốn mươi năm qua, bể phản ứng UASB được giới thiệu bởi Tiến sĩ Lettinga và đồng nghiệp của ông ở Hà Lan. Nó đã trở thành một trong các quá trình xử lý nước thải kỵ khí phổ biến nhất do nhu cầu năng lượng thấp, xây dựng đơn giản và hiệu quả xử lý cao. Các ứng dụng của bể phản ứng UASB cho xử lý nước thải công nghiệp cho thấy một số báo cáo về việc xử lý nước thải có nồng độ cao và nước thải có nồng độ trung bình.

Bùn hạt được coi là thành công quan trọng của quá trình phản ứng của bể UASB.Trong thí nghiệm, hạt PVA-gel được dùng như chất mang. Nhựa chức năng này có một cấu trúc có hình lưới mà có thể giữ và mang theo các vi sinh vật. Hạt PVA-gel đã được sử dụng như một chất mang sinh khối trong hàng trăm nghiên cứu về hệ thống xử lý nước thải công nghiệp tại Nhật Bản. Gần đây, PVA gel đã được áp dụng cho phản ứng sinh học trong phòng thí nghiệm quy mô kỵ khí, bao gồm oxi hóa kị khí và UASB.Trong bài báo này Zhang et al. (2008) đã tiến hành thí nghiệm của ông với bể UASB, bể phản ứng sử dụng PVA gel xử lý nước thải có nồng độ cao.

3

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Chương 1: Giới thiệu 1.1Công nghệ xử lí nước thải UASB: UASB là viết tắt của cụm từ Upflow Anaerobic Sludge Blanket, là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí.UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp.Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức thấp nhất là 100mg/l; nếu SS>3000mg/l thì không thích hợp để xử lý bằng UASB. UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v<1m/h). Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha.

Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, tại đây thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo.

Hình 1.1: Cấu tạo bể và nguyên lí hoạt động của bể UASB 4

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước 1.2 Ứng dụng của chất mang PVA-gel trong xử lí nước thải: Poly (vinyl alcohol) (PVA) -gel mà là một polymer tổng hợp rẻ tiền và không độc hại đã được sử dụng rộng rãi cho việc cố định của vật liệu hoạt tính sinh học (Cao et al, 2002, Chen et al, 1998;.. Lozinsky et al, 1998;. Quan et al, 2009;. Zhang et al, 2007.). Bởi vì PVA-gel có nhiều đặc tính hấp dẫn (tức là có thể hút nước, phản ứng, hình thành màng, khả năng chống oxy hóa), nó là tiềm năng chất mang sinh khối mà có thể được áp dụng trong các ngành công nghiệp lên men, thuốc, thực phẩm, hóa học và các kỹ thuật sinh thái (Bai et al ., 2010).

Hạt PVA-gel đã được cung cấp bởi Công ty Kuraray, từ đó nó lần đầu tiên được công nghiệp hóa trên thế giới. Đây là một vi khuẩn cố định hình cầu nhỏ màu trắng làm từ nhựa PVA. Với một cấu trúc mạng cực kỳ tốt, mỗi hình cầu với đường kính 4 mm và trọng lượng riêng của 1.025 có thể duy trì một tỷ vi sinh vật. PVA gel được thiết kế để xử lý nước thải công nghiệp và nước thải hộ gia đình thông qua các hoạt động của vi khuẩn.

Bởi vì nó cho phép việc sử dụng các thiết bị nhỏ hơn và xử lý hiệu quả hơn so với phương pháp bùn hoạt tính thông thường, quá trình này đang được áp dụng trong các bể tự hoại hộ gia đình, các cơ sở xử lý nước thải nhà máy và nhà máy xử lý nước thải. PVAgel đã được lựa chọn cho hàng trăm hệ thống xử lý nước quy mô công nghiệp (Tổng công ty Kuraray). Nó cũng đã được áp dụng cho phản ứng sinh học trong phòng thí nghiệm quy mô kỵ khí, bao gồm phản ứng oxi hóa kị khí (Tran et al., 2006; Quan et al., 2010; Li et al., 2011) và bể phản ứng UASB (. Zhang et al, 2008; Khánh et al, 2011.). Quan et al.

(2010) .Zhang et al. (2008-2011) thực hiện các thí nghiệm của mình với mô hình phản ứng UASB sử dụng chất mang PVA-gel xử lý nước thải có nồng độ cao.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu: Giảm COD là một trong những yếu tố phổ biến nhất để xác nhận của bất kỳ cơ sở xử lý nước thải.Mục đích của nghiên cứu này là để điều tra xử lý nước thải có nồng độ COD cao với các ứng dụng của mô hình phản ứng UASB sử dụng những hạt PVA-gel.

Các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: + Xây dựng một mô hình phản ứng UASB xử lí nước thải có nồng độ cao. Hiệu quả của việc giảm COD sẽ được nghiên cứu; bên cạnh đó, các tải trọng hữu cơ thể chấp 5

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhận được đối với nồng độ cao xử lý nước thải bằng mô hình UASB cũng sẽ được điều tra theo việc giảm thời gian lưu. + Biết được vai trò của cấu trúc xốp của hạt PVA-gel trong mô hình phản ứng UASB, hạt gel polyvinyl alcohol đã được sử dụng để đánh giá hiệu quả của chúng như cố định vi sinh vật ở dạng hạt kích thích cho sự hình thành bùn hạt. PVA-gel có một vi cấu trúc xốp phù hợp cho việc lưu giữ vi khuẩn và trọng lượng riêng hơi nặng hơn nước và do đó được coi là một ứng cử viên thích hợp cho sử dụng thành công trong một mô hình phản ứng UASB xử lý nước thải có nồng độ cao.

6

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Chương 2: Phương pháp 2.1. Thiết lập thí nghiệm: Trong thí nghiệm, mô hình UASB là một bình phản ứng có đường kính trong 10 cm với tổng thể tích chất lỏng 12,5 L bao gồm một phần phản ứng 7,5 L và một khu vực xử lí 5 L. Bình phản ứng được làm bằng nhựa acrylic và được trang bị vỏ bọc nước để kiểm soát nhiệt độ và được duy trì ở khoảng 35°C. Cổng lấy mẫu được đặt ở các độ cao 3, 17, 20, 25 và 32 cm trên đáy bình phản ứng.

Quá trình thí nghiệm được tiến hành như sau: cho 2.5 L bùn từ bùn phân hủy kỵ khí của thành phố nằm ở Kumamoto City và thể tích hạt PVA-gel là 1L được đặt trong bình phản ứng và trộn đều cho đến nồng độ bùn 10,3 g/L MLSS (7.44 g/L MLVSS ).

Các hạt PVA-gel được cung cấp bởi Công ty Kuraray (Tokyo, Nhật Bản) và có mật độ khoảng 1,03 g / cm3 và đường kính 2-3 mm.

Lúc khởi động, 20 ml dịch chiết từ ngô (CSL) pha loãng với 5 L nước thải được đưa tới các bình phản ứng. Bởi vì CSL có tính axit do các axit béo dễ bay hơi (VFAVolatile fatty acids) hàm lượng cao, Na2CO3 được bổ sung thêm như chất đệm. Đầu vào và đầu ra của nước thải được phân tích các chỉ tiêu như pH, COD, độ kiềm, chất rắn lơ lửng (SS) và VFAs trên cơ sở hàng ngày.Khối lượng khí tạo ra được xác định mỗi ngày và mêtan (CH4), carbon dioxide (CO2) được định lượng hai ngày một lần.

Hình 2.1: Mô hình hệ thống xử lí nước thải của bể UASB trong phòng thí nghiệm 7

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Nguyên lí hoạt động: Nước thải được bơm từ phía dưới của bể qua lớp đệm bùn (gồm bùn phân hủy kị khí và PVA-gel).Sự xử lí xảy ra khi nước thải đến và tiếp xúc với các hạt sinh khối và sau đó đi ra khỏi bình từ phía trên của bình.Trong suốt quá trình này thì sinh khối với đặc tính lắng cao sẽ được duy trì trong bình.Một trong những bộ phận quan trọng của bình phản ứng UASB đó là bộ phận tách khí – lỏng – rắn ở phía trên của bình.Trong quá trình xử lí nước thải, lượng khí tạo ra chủ yếu là CH4 và CO2 tạo nên sự lưu thông bên trong giúp cho việc duy trì và tạo ra hạt sinh học. Các bọt khí tự do và các hạt khí thoát lên tới đỉnh của bể tách khỏi các hạt rắn và đi vào thiết bị thu khí. Dịch lỏng chứa một số chất còn lại và hạt sinh học chuyển vào lại ngăn lắng, ở đó chất rắn được tách khỏi chất lỏng và tuần hoàn trở lại vào lớp đệm bùn, nước thải thu được tại van ở phía trên.

2.2. Tổng hợp dòng thải vào Các nguyên liệu CSL (San-ei Sucrochemical Co., Ltd) được pha loãng với nước thải đến nồng độ thích hợp nhằm phục vụ một loại nước thải trong nghiên cứu này. Các đặc điểm của các nguyên liệu là tương đối ổn định bao gồm 640 g COD / L, 43 g N / L, và 16 g P / L. Với tỷ lệ COD: N: P là 100: 7: 2,5. Môi trường cơ bản bao gồm Fe, Ni, Zn và Co, được biết đến là có hiệu quả cho các vi khuẩn sản xuất metan (MPB), đã được sử dụng tương ứng với nồng độ COD trong nước thải (Patidar và Tare, 2006) ở tỷ lệ 0,048, 0,011, 0,026, 0,021 mg / g COD, tương ứng. Na2CO3 sử dụng như dung dịch đệm đã được bổ sung để điều chỉnh pH của nước thải đến khoảng 7 với một tỷ lệ khoảng 0,18 mg / g tổng COD 2.3. Các phương pháp phân tích COD, SS, VSS, VFAs và độ kiềm + COD: Áp dụng phương pháp Closed reflux colorimetric. + SS (Suspended Solids) – Chất rắn lơ lửng và VSS (Volatile Suspended Solid) – Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi: Mẫu nước đầu ra và mẫu bùn được áp dụng phương pháp phân tích theo Standard Methods.

8

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước + VFAs – Các acid béo dễ bay hơi: Được định lượng bằng cách sử dụng CTO10AS sắc ký lỏng. Độ kiềm: Được xác định bằng phương pháp chuẩn độ.

Thu và phân tích khí + Phương pháp thu khí: Khí được thu nhờ thiết bị tách khí-lỏng-rắn và thể tích được đo bằng một xi lanh ngược chứa nước máy với độ pH được giảm xuống 3 sử dụng H2SO4 1N. + Phương pháp phân tích: Sử dụng sắc ký khí GC-14B. Đặc tính của PVA-gel + Vận tốc lắng: Theo phương pháp của Ghangrekar et al (2005). + Lượng bùn (sinh khối hoặc chất rắn) gắn trên các hạt PVA: Được tính từ sự khác biệt của trọng lượng ướt trung bình giữa 30 cặp hạt PVA mới (chưa sử dụng) và các hạt PVA-gel đã qua sử dụng. + Hình thái vi sinh vật bám trên hạt PVA: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscopy – SEM).

Carbon, hydrogen, nitrogen (CHN) + Phương pháp phân tích hàm lượng CHN của SS được dựa trên quá trình oxy hóa hoàn toàn và tức thời mẫu bằng phương pháp đốt, chuyển đổi toàn bộ các hợp chất thành sản phẩm cháy.

Hoạt động của vi sinh vật tạo methane + Theo phương pháp của Valcke and Verstraete (1983)

9

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Chương 3: Kết quả 3.1 Khởi đầu u mô hình ph phản ứng: Các phản ứng được bắt ắt đầ đầu với tải trọng hữu cơ là 0,42kg COD/m3/ngày, sau khi xem xét kết quả của các nghiên ên ccứu u khác (Syutsubo et al., 1997, 1998; Ghangrekar et al., 2005).Trong 20 ngày đầu của ủa ph phản ứng, hiệu quả loại bỏ COD chỉ khoảng ảng 80% mặc m dù nồng độ đầu vào thấp.COD p.COD sau đó được tăng lên từ từ đến n 4800mg/L (tải (tả trọng hữu cơ 2,5kg/m3/ngày), dẫn đến sự ự gia ttăng đồng thời SS trong dòng chảy.Sau y.Sau khi phân tích COD, dựa trên mẫu được lọc. ọc. Dưới những điều kiện được nêu êu trong giai đoạn đ 4 ở Bảng 1,chỉ cần hai tuần để hiệu quảả lo loại bỏ COD đạt ổn định trên 90%.

Bảng 3.1. Tổng kếtt các đđiều kiện hoạt động trong mô hình UASB

3.2. Hiệu suấtt mô hình ph phản ứng Thí nghiệm đượcc duy tr trì liên tục trong một khoảng thờii gian 110 ngày, ng trong đó OLR được tăng lên đếnn 22,5 kg COD / m3 /ngày trong 9 giai đoạn n cho phép ổn định nồng độ bùn và các chỉ số hiệu suất. ất. Trong giai đoạn 14 và 15, mẫu bùn ùn 50ml được đư lấy từ phần trên của lò phản ứng để phân tích. Để kiểm tra tác động thủy động lựcc học trên tr PVA-gel, trong giai đoạn 16, giảm m HRT xu xuống 10 h, mà kết quả là hiệu quả loại ại bỏ b COD giảm, mặc dù trong nồng độ COD đầ đầu vào đã được giảm để duy trìì OLR. Trong 40 ngày tiếp ti 10

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước theo (giai đoạn 17 và 18), nồng ồng độ COD đầu vào đã giảm từ 9,1 đến n 5.1 g / L và v sau đó tăng lên theo từng bước đến 9,1 g / L trong 54 ng ngày tiếp theo (giai đđoạn ạn 19-22), 19 nhưng hiệu quả loại bỏ khoảng ng 90% đđi cùng với mức VFA cao ở dòng ra. Các cấp ấp độ COD dòng vào và hiệu quả loại bỏ COD vvới các OLR khác nhau của nghiên cứu ứu được đ trình bày trong Bảng 1.

Hình 3.1. Hi Hiệu suất hoạt động của mô hình UASB Đồ thị 2 cho thấyy thời gian xxử lí hiệu quả dòng chảy y trong suốt suố thời gian thí nghiệm. Khi OLR được tăng ăng llên 2,5 kg / m3 /ngày , hiệu quả loại bỏ ỏ COD tăng t lên đến 11

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước một mức ổn định là 90-94%. Hiệu quả tương tự cũng được quan sát thấy với việc loại bỏ VFAs. Đầu tiên, mức độ VFAs cao của dòng ra đã được quan sát; Vi khuẩn sinh Methane (MPB), tuy nhiên, ngay sau tăng lên lượng hữu ích để loại bỏ hầu hết các VFAs, trong đó chỉ thị là các sinh vật không bị ức chế nghiêm trọng bởi sự tích tụ của VFAs. Từ ngày 87107 (giai đoạn 10 và 11, Bảng 1), pH trong dòng vào được hạ xuống 6,0 trong khi hiệu quả xử lí được duy trì ở mức cao, mặc dù một số VFAs chủ yếu ở dạng nate- propio đã được tìm thấy trong dòng ra. Độ pH thấp là rất thích hợp cho vi khuẩn dạng sợi, do đó một số thành phần khác của CSL thường có thể không bị MPB trực tiếp tiêu thụ mà có thể đã được phát triển thành các VFAs trong giai đoạn này và những VFAs không thể bị phân hủy bởi MPB ngay lập tức, điều này có thể giải thích tại sao VFAs vẫn còn được tìm thấy trong dòng ra ngay cả khi hiệu quả loại bỏ COD cao. Đối với việc loại bỏ hiệu quả COD, HRT có ảnh hưởng quyết định nhất. Ngày 97 và 151, HRT đã được rút ngắn đến 12 h và 10 h, tương ứng, dẫn đến kết quả là giảm loại bỏ COD và mức độ cao của VFAs trong dòng ra. Hơn nữa, khi HRT đã được rút ngắn đến 12 h (OLR là 14,2 kg COD / m3/ngày ; giai đoạn 11, Bảng 1), hiệu suất loại bỏ COD giảm xuống khoảng 80%, nhưng sớm hồi phục, cho thấy rằng các sinh vật trong các bể phản ứng UASB có thể nhanh chóng thích ứng với điều kiện thay đổi. Tuy nhiên, hiệu quả xử lí có thể không được phục hồi với HRT 10 h. Thể tích của PVA-gel trong bể phản ứng UASB là chỉ 1 L, nhưng đã chiếm 8% tổng thể tích hiệu quả. Xem xét rằng các lớp bùn có thể đã bị lôi cuốn bởi vận tốc dòng nước đi lên cao, giới hạn dưới cho HRT theo các điều kiện sử dụng ở đây sẽ vào khoảng 10 h. Trong giai đoạn 14 và 15 (Bảng 1), khi mẫu 50ml bùn được lấy từ phần trên của mô hình phản ứng, một mức độ cao của propionate có mặt trong mẫu này. Các CSL được chủ yếu gồm các lactate, acetate và propionate. Lactate và acetate có thể được MPB sử dụng trực tiếp, trong khi propionate bị phân giải thành các dạng đơn giản như lactate và acetate bởi vi khuẩn dạng sợi (Schmidt và Ahring, 1996). Như vậy có thể thấy rằng bùn lấy ra có thể chứa một số lượng lớn các sinh vật dạng sợi, mà việc loại bỏ chúng có thể làm giảm sự chuyển đổi của propionate.

12

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước Tỉ lệ loại bỏ thể tích trở nên không ổn định khi các OLR vượt ợt quá 15 kg COD / m3 / ngày.Propionate thường ờng đđược phát hiện trong dòng ra và đii kèm với v việc loại bỏ COD kém. Do đó, việc giảm lư ượng propionate được xem như là một bước ớc quan trọng. tr

Hình 3.2: Sự thay đổi hhằng ngày của lượng khí sinh ra ở mức tải ải lượng l hữu cơ (OLR) khác nhau (kg COD/ kg MLSS d) Hình 3.2 cho thấy lượng ợng khí trong quá tr trình nghiên cứu, u, trong thời th gian đó tải trọng hữu cơ đã tăng dầnn (xem B Bảng 1).Lúc đầu, nồng độ CO2 là gần ần như nh bằng không, trong khi nồng độ CH4 là kho khoảng 45%.Sau một tháng vận hành, nồng ng độ CO2 đã tăng 15%, nồng độ CH4 giảm. m. Sau kho khoảng ba tháng, nồng độ CH4 giảm m xuống xuố còn khoảng 70%, trong khi nồng độ CO2 tă tăng lên khoảng 30%. Nhưng từ ngày thứ ứ 140, nồng n độ CO2 giảm dần tương ứng với sự ự gia ttăng nồng độ khí CH4.Cuối cùng, ùng, trong tổng t lượng khí sinh ra, khoảng 65% là CH4 và ph phần còn lại chủ yếu là CO2. Sự tăng ng dần dầ của nồng độ CO2 chỉ ra rằng khả năng ng hoạt hóa ccủa hydro oxy hóa CH4 bị ức chế ở giai đoạn đầu của thí nghiệm (ngày 0-140).

140). Theo th thời gian, khả năng hoạt hóa được phụcc hồi, ta có thể th thấy thông qua sự giảm dần củaa CH4 từ ngày thứ 140. Lượng khí sản sinh vàà tải t trọng hữu cơ tăng và đạt 0,38 m3 / kg COD vào giai đoạn cuối của nghiên cứu.

13

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Hình 3.3: Sự thay đổi hhằng ngày của SS đầu vào, SS đầu ra và tải ải lượng hữu cơ (OLR) Hình 3.3 cho thấyy các thay đổi của SS đầu ra trong suốt thờii gian vận v hành. SS đầu ra tăng sau khi giảm thời ời gian llưu (HRT) nước từ 48 h xuống ng 12 h. Nhưng Nh khi HRT bằng 10 h, SS đầu ra lại giảm. ảm. B Bằng cách quan sát bằng kính hiển vi nước ớc đầu ra, không chỉ có các vi khuẩn lơ lửng ng m mà còn một số các hạt lớn đã được tìm thấy. ấy. Hơn H nữa, CSL (dịch chiết từ bắp) sẽ tạoo ra nồ nồng độ SS cao trong hơn thời gian đã định ịnh (SS đầu vào là khoảng 520 mg / L vớii COD đầ đầu vào là 10.000 mg / L sau một ngày), ày), SS đầu ra tăng đồng thời với SS đầu vào tăng. ăng. Hàm llượng CHN (carbon, hydro, nito) của ủa SS đầu vào và đầu ra là gần như giống ng nhau, 25,55%, 5,05%, vvà 5,52% và được xác định là l các hợp chất vô cơ. Vì vậy, có thể kết luận ận rằ rằng nồng độ SS trong nước đầu ra chịu ảnh hưởng bởi hai yếu tố: một là các vi khuẩn lơ ơ lửng và SS trong nước thải đầu vào, ào, trong đó đ SS đầu vào góp phần nhiều nhất.

3.3 Những đặc tính củ ủa hạt nhựa PVA Trước khi xử lý, hạt ạt PVA có m màu trắng và bùn màu vàng.Những ững sự thay đổi bên ngoài đã được ghi nhận lại bằng ằng cách ssử dụng một máy ảnh kỹ thuật số ố trong khoảng kho 1520 ngày trong suốt cuộcc nghi nghiên cứu. Chỉ sau 5 ngày hoạt động, một vài ài hạt h PVA phát triển thành màu vàng nhạt vàà trong m một tháng sau, hạt PVA đã trở nên ên đen, đ trong khi xung quanh bông bùn vẫn giữ ữ nguy nguyên màu vàng nhạt. Hạt PVA màu đen trưởng tr thành có 14

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước vận tốc lắng trung bình 200 m/h (5 cm/s) và 1 phần sinh khối (bùn) bị hút khoảng 0,93g VSS/g PVA. Các hạt sinh khối bùn kết dính thành hạt với PVA thì giống như các đặc điểm báo cáo của người khác (Zhou và cộng sự 2006, Zhu và cộng sự 2007). Các vết nứt trên bề mặt cho biết đó là khối lượng tương đối lớn các vi khuẩn bám trên PVA. Ngoài ra, ảnh chụp cấu trúc từ kính hiển vi SEM cho thấy rằng MPB chủ yếu là Methanosarcina chiếm nhiều nhất trong hạt. Theo thuyết Spaghetti (Hulshoff Pol và cộng sự, 2004) cho biết rằng những vi sinh vật dạng sợi tạo thành một khung hoặc lưới mà các vi khuẩn khác như khuẩn dạng cầu đang bị mắt kẹt và giữ lại, dẫn đến sự tăng trưởng của các hạt – như việc suất hiện ở trên.

Khoảng 80% (V/V) của các hạt PVA tham gia vào phản ứng đã được sử dụng để hình thành các hạt nhân cho vi khuẩn bám, trong khi số còn lại của hạt này đã mang theo được các vi sinh vật quá trình thí nghiệm. Ngược lại, những hạt PVA được vi khuẩn bám xung quanh nó rất mỏng từ 0,05mm – 0,3mm, sự kết lại có hình dạng thất thường xuất hiện ở phần trên của các hạt phản ứng. Vì vậy, điều kiện thí nghiệm đã được sử dụng ở đây dường như không thuận lợi cho sự hình thành hạt một cách tự nhiên.

3.4 Đăc điểm của bùn Tuy nhiên, sự kết bùn có hình dạng rất khác nhau.Mặc dù các sinh khối kết lại lúc đầu được gắn trên hạt PVA cho thấy không có sự phản hồi từ sự liên kết thành hạt một cách tự nhiên mặc dù sự thay đổi nồng độ COD ảnh hưởng và OLRs. Khi nồng độ ảnh hưởng của COD và OLR được tăng lên tương ứng là 10,8 g/L và 22,5 kg COD/m3/d thì chỉ có một vài không đạt tiêu chuẩn nên không hình thành được bùn (đường kính 0,05mm – 0,3mm) suất hiện trên hạt PVA trong bể phản ứng. Tóm lại, sự tạo thành các hạt bùn tự nhiên đã không đạt được sự thành công trong suốt cuộc thí nghiệm này.

15

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Chương 4: Thảo luận Quá trình bùn hạt trong mô hình phản ứng UASB phụ thuộc rất nhiều vào loại nước thải được xử lý. Zhou et al. (2006) đã nghiên cứu bùn hạt sử dụng glucose, chất béo trong sữa và VFAs( acid béo bay hơi) làm chất nền. Bùn hạt hình thành trong các mô hình phản ứng khi thêm glocozo và chất béo trong sữa tương ứng vào ngày 24 và 27; Tuy nhiên, bùn hạt trong mô hình phản ứng thêm VFAs đã không đạt được và các sinh vật dạng sợi chiếm lĩnh. Hơn nữa, mức độ cao của VFAs xuất hiện trong dòng thải.

Trong nghiên cứu này, CSLsử dụng trong nước thải chủ yếu là VFAs bao gồm lactate, acetate và propionate. Hơn nữa, việc hình thành bùn hạt của một phần bùn lơ lửng từ nhân PVA-gel đã không đạt được bằng cách sử dụng chất nền này, mà cũng đã được quan sát bởi Zhou et al. (2006). Tuy nhiên, trái ngược với kết quả của Zhou et al., Mức VFAs trong nước thải của thử nghiệm này là thường gần bằng không, ngoại lệ của propionate. Điều này chứng tỏ rằng các MPB phát triển trong mô hình phản ứng có thể làm giảm hiệu quả của VFAs. Hơn nữa, ảnh chụp từ cấu trúc kính hiển vi SEM quan sát Methanosarcina, đã có mặt với số lượng lớn các hạt nhỏ trong nhân PVA-gel.

Dưới điều kiện của vi sinh vật sinh metan, các chuỗi axit béo ngắn khác với acetate, như propionate và butyrate, được oxy hóa thành acetate và H2 và CO2 bằng vi khuẩn sản xuất acetogenic (nhóm chuyên biệt của vi khuẩn kị khí) . Cuối cùng, acetate và H2 và CO2 được chuyển đổi thành khí metan bằng vi khuẩn methanogenic. Hầu hết các nhà nghiên cứu kết luận rằng Methanosaeta (trước đây là Methanothrix) và Methanosarcina là những sinh vật quan trọng trong quá trình tạo bùn hạt. Trong thí nghiệm này, mặc dù vi khuẩn Methanosarcina là đủ để giảm giá trị của VFAs như lactate và acetate, điều chắc chắn bùn hạt đã không được nhìn thấy cho đến giai đoạn cuối cùng của nghiên cứu này khi ảnh hưởng của nồng độ COD lớn hơn 10,8 g / L. Ngoài ra, propionate thường được phát hiện trong nước thải, chỉ ra rằng một loại vi khuẩn quan trọng sản xuất các vi khuẩn acetogenic, được tham gia vào quá trình oxy hóa của propionate.

Các hạt PVA-gel có một vận tốc lắng cao từ 200 m / h (5 cm /s) so với giá trị đặc trưng cho hạt sinh khối 18 và 50 m / h (Schmidt và Ahring, 1996). Trong nghiên cứu 16

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước 0,06g COD / ml PVA-gel / ngày được sử dụng, tương đương với hoạt động vi sinh methanogenic cụ thể khoảng 1,9 mmol / ml PVA-gel / ngày. Sinh khối bình quân của PVA-gel là 0,93 g VSS / g PVA-gel và màu sắc của PVA-gel trở về hoàn toàn đen trong quá trình nghiên cứu. Các thành phần kim loại của môi trường cơ bản, nếu kết hợp với lưu huỳnh có thể giải thích sự thay đổi màu sắc này. Một số hạt gel PVA- nâu được rửa sạch, điều này cho thấy quá trình kết tủa là công cụ trong việc tăng mật độ của các hạt PVA-gel, mà cũng có thể làm giảm cơ hội hao hụt PVA-gel gây ra bởi hệ khí.

Trong các tài liệu này, hạt PVA-gel có mật độ 1,03 g / ml, việc đó có lợi cho việc gắn kết các vi khuẩn. Schmidt và Ahring (1996) đề xuất rằng các giai đoạn ban đầu của hạt phụ thuộc nhiều vào các tính chất bề mặt của cả vi khuẩn và các chất rắn trơ trong hệ thống. Sự gắn kết sinh khối lớn nhất khoảng 0,9 g / cm3 trong hạt PVA-gel cũng chỉ ra rằng các vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu của chúng tôi là tốt nhất. Các vi khuẩn chiếm ưu thế trong nghiên cứu này là Methanosarcina rõ ràng khác nhau từ những người khác, mà cho thấy rằng hạt PVA - gel đang hoạt động tốt như màng sinh học để thay chức năng cấu trúc của Methanosarta.. Như vậy, có thể kết luận rằng các hạt có nhân PVA-gel hình thành trong nghiên cứu này có thể hoạt động hiệu quả ở vị trí của hạt tự nhiên, và rằng sự hình thành của các bùn hạt có thể có khá nhiều vấn đề trong một số trường hợp.

17

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Chương 5: Kết luận Các hạt PVA-gel được sử dụng để tăng cường sinh khối hạt. PVA-gel được sử dụng trong nghiên cứu này đã hoạt động tốt đối với việc nâng cao hình thành bùn hạt.

Khi vi sinh kị khí dính bám vào PVA-gel theo thời gian, màu sắc của các hạt PVA-gel dần dần đổi sang màu đen. Trên các hạt PVA-gel hoàn thiện, các vi khuẩn kèm theo xuất hiện là chủ yếu Methanosarcina. Chỉ có một vài mẫu 0,05-0,3 mm bất thường không thường xuyên xuất hiện ở phần trên của bể phản ứng. Thời gian cần thiết cho sự hình thành bùn của hạt PVA-gel là ngắn hơn so với tập hợp bùn thông thường mà không cần hạt nhân PVA-gel. Tăng cường hình thành bùn hạt dẫn đến mức VFAs thấp, và hầu hết các phần của chất thải SS đã được xác định là chất vô cơ trừ các giả thuyết về sự mất bùn lớn. Nghiên cứu thêm là cần thiết để đánh giá hình dạng hạt trong khi xử lí các loại khác nhau của nước thải trước khi áp dụng đưa công nghệ này trong lĩnh vực. Ngoài ra, số lượng của vật liệu hạt PVA-gel cần thiết để sử dụng tối ưu trong điều kiện lĩnh vực cũng cần phải được thiết lập.

18

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước

Trả lời câu hỏi: 1. Bùn hạt khác với bùn hoạt tính: Bùn hạt là tập hợp các sinh khối lơ lửng kết dính lại với nhau tạo thành hạt, là sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện được cấp khí và các chất nền cần thiết.

Bùn hạt có nhiều ưu điểm hơn bùn hoạy tính: −

Mật độ vi sinh vật trong cấu trúc bùn hạt cao

−

Hiệu quả xử lý nước thải cao khi hình thành bùn hạt

−

Chịu được tải trọng cao

−

Kích thước hạt bùn lớn nên có khả năng lắng nhanh

−

Ít bị rửa trôi

−

Chịu được xốc tải

−

Giảm thể tích công trình

2. SP: viết tắt của từ sample point: điểm lấy mẫu 3. Hạt PVA-gel: tái sử dụng được không?

Không tái sử dụng được: vì hạt này có cấu trúc lỗ xốp nên các vi khuẩn dính bám rất nhanh làm đen hạt khó để tái sử dụng 4. PVA-gel có ưu điểm gì hơn?

Có vận tốc lắng cao, tỷ trọng lớn hơn nước.

5. Quá trình kị khí xảy ra mấy giai đoạn chính: Gồm 4 giai đoạn: + Quá trình thủy phân + Quá trình acid hóa +Quá trình acetate hóa + Quá trình metan hóa 6. Yếu tố quyết định đến yếu tố hình thành bùn hạt: thời gian lưu nước và tải trọng hữ cơ 7. Vận tốc lắng của hạt PVA-gel tại sao cao?

Vì so sánh với vận tốc lắng của bùn hạt (8-100m/h) thì vận tốc lắng vủa PVA-gel (200m/h) cao hơn nhiều.

8. Màu của hạt nhựa?giải thích?

19

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước Lúc đầu có màu trắng, sau đó chuyển sang màu vàng vì theo thời gian các vi khuẩn sẽ bám dần dần vào hạt nên hạt sẽ chuyển thành vàng, đến cuối giai đoạn, hầu hết các vi khuẩn đã bám hết vào hạt nhựa nên có màu đen.

9. Kích thước như thế nào hình thành bùn hạt?

Hạt có kích thước 0,03-0,05mm sẽ không hình thành bùn hạt: vì kích thước này quá nhỏ nó có thể xuyên qua lớp xốp hoặc lơ lửng và ít dính bám vào hạt

Tài liệu tham khảo: [1]. PVA-gelbeadsenhancegranuleformationinaUASBreactor -Zhang et al. (2008) 20

Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước [2]. http://www.congnghemoitruong.net/cong-nghe-xu-ly-sinh-hoc-ky-khi-uasb.html [3].http://dspace.agu.edu.vn/bitstream/AGU_Library/2096/1/23.NC%20UD%20be%20p han%20ung%20ky%20khi%20dong%20chay%20nguoc%20voi%20chat%20mang%20 hat%20pua%20gel..%20.pdf [4]. http://www.anbinhpaper.com/userfiles/Xuly%20nuocthai%20Giay.pdf

21