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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THANH

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƯỚC

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

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS.Nguyễn Lan Hương

2 PGS.TS Tô Kim Anh

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

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 nước 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 0,325 m3-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

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 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ngành công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước 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

- 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 H2SO4nên nước thải chứa rất nhiều SO42- khác xa với nước thải sơ chế mủ cao su ở Việt Nam Hàm lượng

SO42- 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

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG 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 Phương 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);

- Phân tích quần xã vi sinh vật bằng phương pháp metagenomics trên hệ thống Miseq (Illumina, Mỹ)

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát đặc tính nước 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

Thông số

Thời gian lấy mẫu Chất lượng nước thải loại B

(QCVN 01-MT:2015/BTNMT) Tháng 4/2013 Tháng 9/2013 Tháng 12/2013 Cơ sở mới Cơ sở đang

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

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

mg/L) và dễ phân hủy sinh học, hàm lượng TN đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng N-NH 3

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

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

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

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 Nước thải trước bẫy cao su Nước thải sau bẫy cao su

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

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 ± 0,013 gCH4-COD/gVSS.ngày với OLR là 2,65 kg-COD/m3.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

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

Chiều cao thiết

bị (cm)

MLSS (g/L)

MLVSS (g/L)

MLVSS/

MLSS

MLSS (g/L)

MLVSS (g/L)

MLVSS/ MLSS

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 gCH 4 -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

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 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)

kg-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 trong hỗn hợp khí là 79,8 ± 7,7%, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,258 ± 0,066 m3-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%, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,260 ± 0,093 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa

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/m 3 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 ± 0,093 m 3 -CH 4 /kg-COD chuyển hóa với tỷ lệ khí metan đạt 80,6 ± 6,1%

3.2.2.2 Ảnh hưởng của AlCl 3

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

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% Hiệu suất sinh khí metan khi không bổ sung AlCl3 và bổ sung AlCl3 lần lượt là 0,260 ± 0,093 m3-CH4/kg-