Luận án nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống uasb nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VI CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan ngành công nghiệp sơ chế mủ cao su thiên nhiên 1.1.1 Cây cao su tình hình phát triển 1.1.2 Thành phần cấu trúc mủ cao su thiên nhiên 1.1.3 Công nghệ sơ chế mủ cao su 1.2 Tính chất nƣớc thải sơ chế mủ cao su 1.3 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên 1.3.1 Ngoài nước 1.3.2 Trong nước 1.4 Bể kỵ khí với dịng chảy ngƣợc qua lớp bùn hoạt tính (UASB) 11 1.4.1 Quá trình phân huỷ kỵ khí 11 1.4.2 Đặc tính chung hệ thống UASB 14 1.4.3 Ưu, nhược điểm 15 1.5 Sự hình thành hạt bùn 16 1.5.1 Bùn kỵ khí dạng hạt 16 1.5.2 Cấu trúc hạt bùn kỵ khí 16 1.5.3 Các thành phần hạt bùn 18 1.5.4 Cơ sở lý thuyết q trình tạo hạt bùn kỵ khí 22 1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình hình thành bùn hạt kỵ khí 27 1.6.1 Ảnh hưởng chất 28 1.6.2 Tải trọng hữu 28 1.6.3 Đặc tính bùn giống 28 1.6.4 Các chất dinh dưỡng 29 i 1.6.5 Các nguyên tố khoáng 29 1.6.6 Các vitamin 29 1.6.7 Các chất tạo keo 30 1.6.8 Nhiệt độ 30 1.6.9 pH 30 1.7 Các thông số đánh giá hạt bùn kỵ khí 30 1.7.1 Hoạt tính sinh metan 30 1.7.2 Kích thước tỷ trọng hạt bùn 31 1.7.3 Chỉ số thể tích bùn lắng 32 1.7.4 Độ bền học 32 1.7.5 Màu sắc 32 1.8 Một số phƣơng pháp sinh học phân tử ứng dụng xác định thành phần vi sinh vật bùn kỵ khí 32 CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 Vật liệu 35 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 35 2.1.2 Hóa chất 36 2.1.3 Thiết bị 37 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 39 2.2.1 Các phương pháp phân tích 39 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 44 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Khảo sát đặc tính nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên 47 3.1.1 Nước thải nhà máy khâu đánh đông 47 3.1.2 Tiền xử lý nước thải nhà máy 50 3.1.3 Nước thải đánh đông phịng thí nghiệm 49 3.2 Nghiên cứu tạo bùn hạt hệ thống UASB 53 ii 3.2.1 Hoạt hóa bùn hệ thống UASB 53 3.2.2 Nghiên cứu số điều kiện ảnh hưởng tới hình thành bùn hạt 56 3.3.1 Ảnh hưởng tải trọng hữu 56 3.3.2 Ảnh hưởng AlCl3 61 3.3.3 Ảnh hưởng rỉ đường 65 3.3 Thành phần vi sinh vật loại bùn hạt kỵ khí 71 3.3.1 Thành phần vi khuẩn 74 3.3.2 Thành phần cổ khuẩn 79 3.4 Xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su UASB sử dụng bùn hoạt tính dạng hạt 84 3.4.1 Hiệu xử lý bùn hạt 84 3.4.2 Đánh giá thay đổi cấu trúc hạt bùn 87 3.5 Điều kiện bảo quản hạt bùn 90 3.5.1 Sự thay đổi hoạt tính sinh metan riêng 91 3.5.2 Sự thay đổi COD hòa tan môi trường bảo quản 92 3.5.3 Sự thay đổi kích thước hạt bùn 93 KẾT LUẬN 96 KIẾN NGHỊ 97 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký tự Tiếng Anh Chú giải BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh học BR Baffled Reactor Thiết bị vách ngăn (bẫy cao su) COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DNA Deoxyribonucleic acid Axit deoxiribonucleic DHS Downflow Hanging Sponge Thiết bị lọc hiếu khí với dịng chảy từ xuống qua lớp mút xốp DPNR Deprotein natural ruber Cao su thiên nhiên loại protein DRC Dry Rubber Content Hàm lƣợng cao su khô ECP Extracellular Polymer Sản phẩm ngoại bào HRT Hydraulic retention time Thời gian lƣu nƣớc thải MLSS Mixed Liquor Suspended Solid Nồng độ sinh khối lơ lửng MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solid Nồng độ sinh khối lơ lửng bay NGS Next Generation Sequencing Giải trình tự gen hệ N-NH3 Amonia Nitơ amon OLR Organic Loading Rate Tải trọng hữu Quy Chuẩn Việt Nam QCVN SBR Sequencing Batch Reactor Thiết bị xử lý theo mẻ SDS Sodium dodecyl sulphate CH3(CH2)11SO4Na SMA Specific Methane Activity Hoạt tính sinh methan riêng SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn lắng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN TN Total Nitrogen Tổng nitơ UASB Upflow Anaerobic Slugde Blanket Thiết bị xử lý kỵ khí với dịng chảy ngƣợc qua lớp bùn hoạt tính VFA Volatile Fatty Axit Axit béo bay VSS Volatile Suspended Solid Chất rắn lơ lửng bay iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học mủ cao su thiên nhiên Bảng 1.2 Đặc tính nƣớc thải sơ chế mủ cao su Việt Nam Bảng 1.3 Một số vi sinh vật chiếm ƣu xuất bùn hạt kỵ khí 19 Bảng 1.4 Hiệu suất sinh khí metan số loại bùn 31 Bảng 1.5 Hoạt tính sinh metan riêng số loại bùn 31 Bảng 1.6 Các phƣơng pháp sinh học phân tử phân tích thành phần vi sinh vật 33 Bảng 3.1 Đặc tính nƣớc thải khâu đánh đơng nhà máy cao su Thanh Hóa 47 Bảng 3.2 Hàm lƣợng VFA khâu đánh đông nhà máy cao su Thanh Hóa 49 Bảng 3.3.Đặc tính nƣớc thải trƣớc sau qua bẫy cao su 53 Bảng 3.4 Đặc tính nƣớc thải sơ chế mủ cao su đánh đơng phịng thí nghiệm 50 Bảng 3.5 Hàm lƣợng MLSS MLVSS bùn giống bùn hoạt hóa 55 Bảng 3.6 Tính chất bùn hạt kỵ khí với trình tạo bùn hạt 70 Bảng 3.7 Tỷ lệ nhóm vi khuẩn chiếm ƣu mẫu bùn 75 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo hóa học cao su thiên nhiên Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sơ chế mủ cao su thiên nhiên Hình 1.3 Các phƣơng thức trao đổi chất trình lên men kỵ khí 11 Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị UASB 15 Hình 1.5 Bùn hạt kỵ khí 17 Hình 1.6 Các lớp vi sinh vật trình phân hủy hạt bùn 18 Hình 1.7 Mơ hình phát triển hạt bùn đƣợc đề xuất Pareboom 23 Hình 1.8 Mơ hình hạt nhân trơ 23 Hình 1.9 Mơ hình bốn bƣớc 24 Hình 1.10 Mơ hình chuyển vị proton khử nƣớc 25 Hình 1.11.Mơ hình liên kết ion đa hóa trị 25 Hình 1.12 Mơ hình liên kết ECP 26 Hình 1.13 Mối quan hệ yếu tố vi sinh vật thông số công nghệ trình tạo bùn hạt 27 Hình 2.1 Nƣớc thải đánh đông mủ cao su 35 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống UASB 37 Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị bẫy cao su (BR) 38 Hình 2.4 Quy trình giải trình tự metagenomics 43 Hình 3.1 Sự kết tụ cao su hệ thống UASB 51 Hình 3.2 Hiệu suất xử lý SS bẫy cao su phụ thuộc hàm lƣợng SS đầu vào 52 Hình 3.3 SMA bùn ảnh hƣởng OLR đến SMA thời gian hoạt hóa 54 Hình 3.4 SVI bùn ngày ngày 73 q trình hoạt hóa 56 Hình 3.5 Hình thái bùn tăng OLR khoảng 3,10 ± 0,92 kg COD/m3.ngày 57 Hình 3.6 Phân bố kích thƣớc hạt bùn OLR đạt 3,75 3,95 kg-COD/m3.ngày 58 Hình 3.7 SVI bùn giống bùn hệ thống UASB ứng với OLR 59 Hình 3.8 Hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan thay đổi OLR 60 Hình 3.9 Hình thái bùn hạt bổ sung 300 mg-AlCl3/L 62 vi Hình 3.10 Phân bố kích thƣớc hạt bùn bổ sung khơng bổ sung AlCl3 vào ngày 60 ngày 103 62 Hình 3.11 Chỉ số SVI bùn bổ sung không bổ sung AlCl3 vào ngày 60 63 Hình 3.12 Hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan có bổ sung không bổ sung AlCl3 64 Hình 3.13 Hình thái bùn hạt vận hành hệ thống UASB nƣớc thải sơ chế mủ cao su có bổ sung rỉ đƣờng 66 Hình 3.14 Phân bố kích thƣớc hạt bùn vào ngày 20 ngày 38 trình vận hành hệ thống UASB nƣớc thải sơ chế mủ cao su có bổ sung rỉ đƣờng 66 Hình 3.15 Chỉ số SVI cùa bùn hạt bổ sung AlCl3 rỉ đƣờng 67 Hình 3.16 Hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan vận hành UASB nƣớc thải sơ chế mủ cao bổ sung AlCl3 rỉ đƣờng 68 Hình 3.17 Quy trình tạo bùn hạt hệ thống UASB quy mô 20L 71 Hình 3.18 Tỷ lệ ngành vi sinh vật mẫu bùn phân tán hoạt hóa bùn hạt dựa phân tích trình tự gen 16S rRNA 72 Hình 3.19 Các nhóm cổ khuẩn chiếm ƣu ngành Euryacheaota 80 Hình 3.20 Quần xã vi sinh vật tham gia vào q trình chuyển hóa hình thành bùn hạt 83 Hình 3.21 Sự biến động COD, OLR, hiệu suất xử lý COD trình xử lý nƣớc thải sơ chế cao su hệ thống UASB 85 Hình 3.22 Tốc độ sinh khí q trình xử lý nƣớc thải sơ chế cao su hệ thống UASB 86 Hình 3.23 Hiệu suất sinh khí metan q trình xử lý nƣớc thải sơ chế cao su hệ thống UASB 86 Hình 3.24 SVI bùn hạt trình xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su 87 Hình 3.25 Hình thái bùn hạt ngày ngày 98 hệ thống UASB xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su 88 Hình 3.26 Phân bố kích thƣớc bùn hạt ngày ngày 98 hệ thống UASB xử lý nƣớc thải sơ chế cao su 88 vii Hình 3.27 Sự biến động ngành vi sinh vật bùn hạt trình xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su 89 Hình 3.28 Sự biến động nhóm methanogen bùn hạt trình xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su 90 Hình 3.29 Sự biến động SMA trình bảo quản bùn hạt 91 Hình 3.30 Sự biến động hàm lƣợng CODs trình bảo quản bùn hạt 92 Hình 3.31 Phân bố kích thƣớc bùn hạt trình bảo quản 94 Hình 3.32 Hình thái bùn hạt: (A) bùn hạt trƣớc bảo quản, (B) bùn hạt sau tháng bảo quản 4oC, (C) bùn hạt sau tháng bảo quản nhiệt độ phòng 95 viii GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết đề tài Ngành cao su ngành công nghiệp có đóng góp đáng kể vào tổng kim ngạch xuất Việt Nam Hiện cao su đứng thứ tỷ suất lợi nhuận (sau cà phê) Mặc dù ngành cao su tạo việc làm cho hàng ngàn ngƣời lao động đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nƣớc nhƣng ngành công nghiệp tạo vấn đề đáng lo ngại chất lƣợng môi trƣờng Nƣớc thải sơ chế mủ cao su có mức độ nhiễm cao với lƣu lƣợng lớn không đƣợc xử lý triệt để tác động xấu đến chất lƣợng môi trƣờng Bên cạnh đó, mùi phát sinh q trình phân hủy kỵ khí chất hữu nƣớc thải ảnh hƣởng nghiêm trọng đến mơi trƣờng khơng khí xung quanh Hiện hiệu xử lý nƣớc thải nhà máy cao su Việt Nam thấp, nƣớc thải dịng khơng đạt theo tiêu chuẩn QCVN 01-MT:2015/BTNMT Tình trạng nhiều nguyên nhân, nguyên nhân hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc thiết kế chƣa đủ công suất Thêm vào lƣu lƣợng nƣớc thải thƣờng xuyên biến động phụ thuộc vào điều kiện sản xuất Nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bị tải, đặc biệt vào tháng sản xuất cao điểm [111], địi hỏi phải mở rộng thể tích cơng trình rút ngắn thời gian xử lý thiết bị cao tải Hiện địa điểm đặt nhà máy sơ chế mủ cao su thƣờng xen kẽ với khu dân cƣ nên khó tăng diện tích cơng trình nên giải pháp lựa chọn tối ƣu cho xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su Việt Nam sử dụng thiết bị cao tải Hệ thống xử lý kỵ khí với dịng chảy ngƣợc qua lớp bùn hoạt tính (UASB) thiết bị cao tải đƣợc sử dụng xử lý nƣớc thải công nghiệp nhiều thập kỷ Hệ thống UASB có ƣu điểm vận hành đơn giản, chịu đƣợc tải trọng hữu cao điều chỉnh tải trọng hữu theo thời kỳ sản xuất nhà máy Ngoài hệ thống tiêu thụ lƣợng ít, diện tích xây dựng cơng trình nhỏ khơng phát tán mùi Khí phát sinh q trình xử lý nƣớc thải thu hồi đƣợc sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên, hiệu suất xử lý phụ thuộc vào trạng thái bùn Bùn phân tán dễ bị rửa trôi tăng tải trọng hệ thống Bùn hạt có khả chống rửa trôi, tạo trạng thái lơ lửng làm tăng khả tiếp xúc với chất, mật độ vi sinh vật bùn hạt cao bùn phân tán nên sử dụng bùn hạt dễ dàng nâng cao OLR hệ thống UASB Thời gian khởi động hệ thống UASB để bùn hạt hình thành thƣờng kéo dài Do để rút ngắn thời gian khởi động, tăng cƣờng tách bùn dịng việc tạo lập hệ bùn hoạt tính dạng hạt cần thiết để nâng cao hiệu xử lý hệ thống UASB hƣớng tới ứng dụng xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su Vì đề tài luận án: "Nghiên cứu trình tạo hạt bùn hệ thống UASB nhằm xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su" đƣợc thực với mục tiêu nhƣ sau: - Nghiên cứu trình tạo bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB nhằm nâng cao lực hệ thống xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Đánh giá hiệu sử dụng bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên Nội dung nghiên cứu đề tài: - Khảo sát đặc tính nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Nghiên cứu điều kiện tạo bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB; - Nghiên cứu cấu trúc quần xã vi sinh vật loại bùn hạt kỵ khí; - Đánh giá hiệu xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su hệ thống UASB sử dụng bùn hạt kỵ khí; - Khảo sát điều kiện bảo quản bùn hạt kỵ khí Những đóng góp luận án - Là nghiên cứu khởi đầu cho hƣớng nghiên cứu tạo bùn hạt hệ thống UASB xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su Việt Nam Bƣớc đầu tìm hiểu cấu trúc quần xã vi sinh vật bùn hạt nhằm tìm vai trị chúng hình thành bùn hạt nhƣ xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên - Thử nghiệm xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su sử dụng bùn hạt hệ thống UASB 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 tƣơng ứng với tăng OLR 3,5 lần, tăng hiệu suất xử lý COD 7,6% tăng hiệu suất sinh khí metan 2,86 lần so với sử dụng bùn phân tán điều kiện Bùn hạt có cấu trúc ổn định hoàn toàn phù hợp cho hệ thống UASB xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su anaerobic sludge blanket reactors treating various food-processing, high-strength organic wastewaters Microbes and Environments 24: p 88-96 110 Nelson M.C, Morrison M, and Yu Z (2011) A metaanalysis of the microbial diversity observed in anaerobicdigesters Bioresource technology, 102: p 3730– 3739 111 Nguyen Nhu Hien and Luong Thanh Thao (2012) Situation of wastewater treatment of natural rubber latex processing in the Southeastern region, Vietnam Journal of Vietnamese Environment, 2(2): p 58-64 112 Nguyen Trung Viet (1999) Sustainable treatment of rubber latex processing wastewater: the UASB-system combined with aerobic post-treatment Wageningen University, Netherland 113 Niu L, Song L, and Dong X (2008) Proteiniborus ethanoligenes gen nov., sp nov., an anaerobic protein-utilizing bacterium International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 58: p 12 - 16 114 Nordin B.A.K.B (1990) Nitrogen removal from latex concentrate effluent using the anoxic/oxidation ditch process: A laboratory study Journal of Natural Rubber Research, 5(3): p 211-223 115 Ntougias S, Bourtzis K, and Tsiamis G (2013) The Microbiology of Olive Mill Wastes BioMed Research International, 2013: p - 16 116 O’Flaherty V, Lens P.N, De Beer D, and Colleran E (1997) Effect of feed composition and upflow velocity on aggregate characteristics in anaerobic upflow reactors Applied Microbiology and Biotechnology, 47: p 102–107 117 Oh J.H (2012) Performance evaluation of the pilot-scale static granular bed reactor (SGBR) for industrial wastewater treatment and biofilter treating septic tank effluent using recycled rubber particles Iowa State University, USA 118 Oktem Y and Tufekcy N (2006) Treatment of wastewater by pilot scale UASB reactor in mesophilic temperature Journal of Scientific and Industrial Research, 66: p 248 - 251 119 Onodera T, Sase S, Choeisai P, Yoochatchaval W, Sumino H, Yamaguchi T, Ebie Y, Xu K, Tomioka N, Mizuochi M, and Syutsubo K (2012) Evaluation of Process 110 Performance and Sludge Properties of an up-flow staged Sludge Blanket (USSB) reactor for Treatment of Molasses Wastewater International Journal Environmental Research, 6(4): p 1015 -1024 120 Oz N.A, Ince O, Ince B.K, Akarsubasi A.T, and Eyice O (2003) Microbial population dynamics in an anaerobic CSTR treating a chemical synthesis-based pharmaceutical wastewater Journal of environmental science and health Part A, Toxic/hazardous substances & environmental engineering, 38(10): p 2029-2042 121 Pareboom J (1994) Size Distribution Model for Methanogenic Granules from Full Scale UASB and IC Reactor Water Science and Technology, 30: p 211-221 122 Pareboom J and Vereijken T (1994) Methanogenic Granule Development in Full Scale Internal Recirculation Reactors Water Science and Technology, 30: p 9-21 123 Pelletier E, Kreimeyer A, Bocs S, Rouy Z, Gyapay G, Chouari R, Rivière D, Ganesan A, Daegelen P, Sghir A, Cohen G.N, Médigue C, Weissenbach J, and Le Paslier D (2008) Candidatus Cloacamonas acidaminovorans: genome sequence reconstruction provides a first glimpse of a new bacterial division Journal of Bacteriology, 190(7): p 2572 - 2579 124 Pereboom J.H.F and VereijkenT.L.F.M (1994) Size distribution model for methanogenic granule development in full scale internal circulation reactors Water Science and technology of Japan, 30: p – 21 125 Petruccioli M, Duarte J.C, and Federich F (2000) High-rate aerobic treatment of winery wastewater using bioreactors with free and immobilized activated sludge Journal of Bioscience and Bioengineering, 90: p 381 - 386 126 Petruccioli M, Duarte J.C, and Federich F (2000) High-rate aerobic treatment of winery wastewater using bioreactors with free and immobilized activated sludge Journal of Bioscience and Bioengineering, 90: p 381-386 127 Phoolphundh S, Hanvajanawong N, and Hathaisamit K (2004) Performance of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor Treating Rubber Latex Wastewater Under Acidogenic Conditions The Joint International Conference on Sustainable Energy and Environment (SEE) Hua Hin, Thailand 111 128 Phuong K, Kakii K, and Nikata T (2010) Role of Acinetobacter johnsonii S35 isolate in floc-formation in activated sludge process Journal of Biotechnology 150: p 1–576 129 Ponniah C.D, Chick W.H, and Seo C.M (1975) Treatment of effluent from rubber processing factories Proceedings of the Rubber Research Institute of Malaysia Planters' conference, Kuala Lumpur 130 Ponniah.C.D., Jonh.C.K., and Lee.H (1976) Treatment of effluent from latex concentrate factories Proceedings of RRIM Planters’ Conference 131 Quarmby J and Forster C.F (1995) An examination of the structure of UASB granules Water Research, 29: p 2449–2454 132 Rainey F.A, Hollen B.J, and Small A (2009) Genus Clostridium In Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology 2nd ed Vol 3, Springer, New York 133 Ramos E.D.C (1993) Treatment characteristics of two phase anaerobic system using an UASB reactor University of Birmingham, UK 134 Rastogi G and Sani R.K (2011) Microbes and Microbial Technology: Agricultural and Environmental Applications Chapter Molecular Techniques to Assess Microbial Community Structure, Function, and Dynamics in the Environment Springer-Verlag New York 135 Rismani-Yazdi H, Carver SM, Christy AD, Yu Z , Bibby K, Peccia J, and Tuovinen OH (2013) Suppression of methanogenesis in cellulose-fed microbial fuel cells in relation to performance, metabolite formation, and microbial population Bioresource Technology, 129: p 281-288 136 Riviere D, Desvignes V, Pelletier E, Chaussonnerie S, Guermazi S, and Weissenbach J (2009) Towards the definition of a core of microorganisms involved in anaerobic digestion of sludge International Society for Microbial Ecology, 3: p 700-714 137 Rouxhet P.G and Mozes N (1990) Physical chemistry of the interaction between attached microorganisms and their support Water Science and technology of Japan, 22: p -16 112 138 Sahm H (1984) Anaerobic wastewater treatment Advances in Biochemical Engineering/ Biotechnology, 29: p 84 – 115 139 Sanjeevi R (2011) Studies on the treatment of low-strength wastewater with upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor: with emphasis on granulation studies Pondicherry, Pondicherry University 140 Sanjeevi R, Abbasi S.A, and Abbasi T (2013) Role of Calcium (II) in anaerobic sludge granulation and UASB reactor operation: a method to develop calcium fortified sludge outside the UASB reactors Indian Journal of Biotechnology, 12: p 246 - 253 141 Sanjeevi R, Abbasi T, and Abbasi S.A (2013) Role of calcium (II) in anaerobic sludge granulation and UASB reactor operation: A method to develop calciumfortified sludge outside the UASB reactors Indian Journal of Biotechnology, 12: p 246 - 253 142 Schmidt J and Ahring B (1996) Granular Sludge Formation in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactors Biotechnology and Bioengineering 49: p 229-246 143 Seneviratne W.M.G (2006) Performance of treatment of rubber process effluents by anaerobic - aerobic treatment plants in Sri Lanka Proceedings International Natural Rubber Conference Vietnam 144 Shah F.A, Mahmood Q, Shah M.M, Pervez A, and Asad A (2014) Microbial Ecology of Anaerobic Digesters: The Key Players of Anaerobiosis The Scientific World Journal, 2014: p - 21 145 Shendure J and Ji H (2008) Next-generation DNA sequencing Nature Biotechnology, 26: p 1135-1145 146 Shi R, Zhang Y, Yang W, and Xu H (2012) Microbial community characterization of an UASB treating increased organic loading rates of vitamin C biosynthesis wastewater Water Science and Technoiogy, 65(2): p 254 -261 147 Shin H.S, Bae B.U, and Oh Sae-Eun (1993) Preservation charateristics of anaerobic granular sludge Biotechnology Letters, 15 (5): p 537 - 542 113 148 Shin H.S, Han S.K, Song Y.C, and Lee C.Y (2001) Performance of UASB reactor treating leachate from acidogenic fermenter in the twophase anaerobic digestion of food waste Water Research, 35(14): p 3441–3447 149 Shin H.S, Han S.K, Song Y.C, and Lee C.Y (2001) Performance of UASB reactor treating leachate from acidogenic fermenter in the twophase anaerobic digestion of food waste Water Reseacher, 35(14): p 3441–3447 150 Shin S.G, Han G, Lim J, Lee C, and Hwang S (2010) A comprehensive microbial insight into two-stage anaerobic digestion of food waste-recycling wastewater Water Reseacher, 44: p 4838-4849 151 Shivlata L and Satyanarayana T ( 2015) Thermophilic and alkaliphilic Actinobacteria: biology and potential applications Frontiers in Microbiology, 6: p - 29 152 Show K.Y, Wang Y, Foong S.F, and Tay J.H (2004) Accelerated start-up and enhanced granulation in upflow anaerobic sludge blanket reactor Water Research, 38: p 2293-2304 153 Silva M.S, Sales A.N, Guedes K.T.M, Dias D.R, and Schwan R.F (2013) Brazilian Cerrado Soil Actinobacteria Ecology BioMed Research International, 2013: p 10 154 Sing K.S and Viaraghavan T (2002) Modelling of sludge blanket height and flow patterns in UASB reactor treating municipal wastewater CSCE/ESWRI of ASCE environmental engineering Conference Niagara, USA 155 Singh R.P, Kumar S, and Ojha C.S.P (1999) Nutrient requirement for UASB process: a review Biochemical Engineering Journal, 3: p 35–54 156 Singh V, Singh R.P, and Pandeya N.D (2015) Influencing Factors of Granule Size in UASB Reactor and Mathematical Approach for Its Prediction International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 4: p 4904 - 4909 157 Sousa D.Z, Smidt H, Alves M.M, and Stams A J M (2007) Syntrophomonas zehnderi sp nov., an anaerobe that degrades long-chain fatty acids in co-culture 114 with Methanobacterium formicicum International Journal Of Systematic And Evolutionary Microbiology, 57: p 609–615 158 Stams A.J.M (1994) Metabolic interactions between anaerobic bacteria in methanogenic environments international journal of general and molecular microbiology, 66: p 271–294 159 Syutsubo K, Harada H, Ohashi A, and Suzuki H (1997) An effective start-up of thermophilic UASB reactor by seeding mesophilically-grown granular sludge Water Science and Technology, 36 (6-7): p 391-398 160 Tabatabaei M, Zakaria M.R, Rahim R.A, Wright A.D.G, Shirai Y, Abdullah N, Sakai K, Ikeno S, Mori M, Kazunori N, Sulaiman A, and Hassan M.A (2009) PCRbased DGGE and FISH analysis of methanogens in an anaerobic closed digester tank for treating palm oil mill effluent Electronic Journal of Biotechnology, 12(3): p 1-12 161 Takeno 1, Ohnishi J, Komatsu T, Masaki T, Sen K, and Ikeda M (2007) Anaerobic growth and potential for amino acid production by nitrate respiration in Corynebacterium glutamicum Applied Microbiology and Biotechnology, 75(5): p 1173-1182 162 Tanikawa D, Syutsubo K, Hatamoto M, Fukuda M, Takahashi M, Choeisai P.K, and Yamaguchi T (2016) Treatment of natural rubber processing wastewater using a combination system of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket and downflow hanging sponge system Water Science and Technology, 73 (8): p 1777 - 1784 163 Tanikkula P, Phalakornkuleb C, Champredad V, and Pisutpaisal N (2016) Comparative Granular Characteristics of Mesophilic and Thermophilic UASB Producing Biogas from Palm Oil Mill Effluent Chemical engineering transactions, 50: p 205 - 209 164 Tay H.J, Show K.Y, Tay T.L, and Ivanov V (2006) Biogranulation Technologies for Wastewater Treatment 1st ed Vol 6, Pergamon 165 Tay J.H, Xu H.L, and Teo K.C (2000) Molecular mechanism of granulation I: H+ translocation-dehydration theory Environmental Engineering, 126: p 403 – 410 115 166 Thamaraiselvi C, Rajalakshmi B.S, Ahila K.G, and AncyJenifer A (2014) Bioremediation of sugar wash using natural scavengers International Journal of Research and Development in Pharmacy and Life Sciences, 3(6): p 1310-1315 167 Thomas F, Hehemann JH, Rebuffet E, Czjzek M, and Michel G (2011) Environmental and gut Bacteroidetes: the food connection Frontiers in Microbiology, 2: p 1-16 168 ThongLimp V, Srisuwan G, and Jkaew P (2005) Treatment of industrial latex wastewater by activated sludge system PSU- UNS International Conference on engineering and environment, 11(3): p 1-7 169 Tiwari M.K, Guha S, Harendranath C.S, and Tripathi S (2005) Enhanced granulation by natural ionic polymer additives in UASB reactor treating lowstrength wastewater Water Research, 39: p 3801–3810 170 Uemura S and Hanada H (1995) Inorganic composition and microbial characteristics of methanogenic granular sludge grown in thermopillic UASB reactor Applied and Environmental Microbiology, 43: p 358-364 171 Van Niel E.W.J, de Best J.H, Kets E.P.W, Bonting C.F.C, and Kortstee G.J.J (1999) Polyphosphate formation by Acinetobacter johnsonii 210A: effect of cellular energy status and phosphate-specific transport system Applied Microbiology and Biotechnology, 51: p 639 - 646 172 Veiga M J.M., Wu W.M., Zeikus G., Hollingsworth R (1996) Composition and Role of Extracellular Polymers in Methanogenic Granules Applied and enviromental microbiobiology, 63(2): p 403 - 407 173 Vu Anh Nguyet (2013) Natural rubber industry in Vietnam: Vietinbank Securities Industry Report 174 Walsdorff , Van Kraayenburg M, and Barnardt CA (2005) A multi-site approach towards integrating environmental management in the wine production industry Water Science and Technology, 51(1): p 61 - 69 175 Walters W.A, Caporaso J.G, Lauber C.L, Lyons D.B, Fierer N, and Knight R (2011) Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per 116 sample Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 108: p 4516– 4522 176 Wang HK, Shao J, Wei Y.J, Zhang J, and Qi W (2011) A Novel Low-Temperature Alkaline Lipase from Acinetobacter johnsonii LP28 Suitable for Detergent Formulation Food Technology and Biotechnology, 49(1): p 96–102 177 Watari T, Thanh N.T, Tsuruoka N, Tanikawa T, Kuroda K, Huong N.L, Tan N.M, Hai H.T, Hatamoto M, Syutsubo K, M F., and T Y (2016) Development of BRUASB-DHS system of natural rubber processing wastewater Environmental Technology, 37: p 459-465 178 Whon T.W, Hyun D.W, Nam Y.D, Kim M.S, Song E.J, Jang Y.K, Jung E.S, Shin N.R, Oh S.J, Kim P.S, Kim H.S, Lee C.H, and Bae J.W (2015) Genomic and phenotypic analyses of Carnobacterium jeotgali strain MS3(T), a lactate-producing candidate biopreservative bacterium isolated from salt-fermented shrimp FEMS Microbiology Letters, 362(10): p 1-5 179 Xiong D, Wang Q, Jiang J, and Liu H (2009) Study on natural rubber wastewater treatment by UASB-two A/O process Industrial water treatment, 29(8): p 49-51 180 Xu H.T and Tay J.H (2001) Preserved granular sludge for inoculation of new UASB reactors Journal of Environmental Science and Health, 36(9): p 1747 -1756 181 Yamada T, Ohashi A, Sekiguchi Y, Harada H, Hanada S, Kamagata Y, and Imachi H (2006) Anaerolinea thermolimosa sp nov., Levilinea saccharolytica gen nov., sp nov and Leptolinea tardivitalis gen nov., sp nov., novel filamentous anaerobes, and description of the new classes Anaerolineae classis nov and Caldilineae classis nov in the bacterial phylum Chloroflexi International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 56: p 1331–1340 182 Yamada T, Sekiguchi Y, and Imachi H K.Y., Ohashi A and Harada H (2005) Diversity, localization, and physiological properties of filamentous microbes belonging to chloroflexi subphylum I in mesophilic and thermophilic methonogens sludge granules International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 71: p 7493–7503 183 Yashiro Y, Sakai S, Ehara M, Miyazaki M, Yamaguchi T, and Imachi H (2011) Methanoregula formicica sp nov., a methan-producing archae on isolated from 117 methanogenic sludge International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 61: p 53–59 184 Yoochatchaval W, Ohashi A, Harada H, Yamaguchi T, and Syutsubo K (2008) Characteristics of Granular Sludge in an EGSB Reactor for Treating low Strength Wastewater International Journal of Environmental Research, 2(4): p 319 - 328 185 Yu H Q, Fang H H P, and Tay H J (2001) Enhanced sludge granulation in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors by aluminum chloride Chemosphere, 41: p 31 -36 186 Yu H.Q, Tay J.H, and Fang H.H.P (2001) The roles of calcium in sludge granulation during UASB reactor start-up Water Reseacher, 35: p 1052-1060 187 Yukselen M.A (1997) Preservation characteristics of UASB sludges Journal of Environmental Science and Health, 32: p 2069-2076 188 Zandvoort M.H, Osuna M.B, Geerts R, Lettinga G, and Lens P.N.L (2002) Effect of nickel deprivation on methanol degradation in a methanogenic granular sludge reactor Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 18: p 1233 –1239 189 Zeeuw W and Lettinga G (1980) Acclimation of digested sewage sludge during startup of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor , , IN, pp 39–47 Proceedings of thirty fifth industrial waste conference West Lafayette, USA: Purdue University 190 Zinder S.H, Cardwell S.C, Anguish T, Yee M, and Koch M (1984) Methanogenesis in a thermophilic (58 °C) anaerobic digestor: Methanothrix sp as an important aceticlastic methanogen Applied and Environmental Microbiology, 47: p 796 807 191 Rosman N.H, Anuar A.N, Othman I, Harun H, Sulong M.Z, Elias S.H, Hassan M.A.H.M, Chelliapan S, and Ujang Z (2013) Cultivation of aerobic granular sludge for rubber wastewater treatment Bioresource technology, 129: p 620-623 118 PHỤ LỤC Quy trình đánh đơng nƣớc thải cao su phịng thí nghiệm Mủ cao su li tâm từ cơng ty Mefura (Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh) có nồng độ 52 - 54% đƣợc pha loãng đến nồng độ 26 - 27% nƣớc máy, trộn Acid acetic 99% đƣợc pha loãng nƣớc máy đến nồng độ 2% Đổ từ từ dung dịch acid acetic 2% vào mủ cao su pha lỗng theo tỷ lệ thể tích 1:1 trộn Sau giờ, khối mủ cao su đƣợc vớt ra, phần nƣớc lại đƣợc sử dụng làm nƣớc thải Kết tách chiết DNA Bảng Nồng độ DNA thu đƣợc từ mẫu bùn phân tán bùn hạt Tên mẫu Ký hiệu Nồng độ (ng/μL) Bùn phân tán sau hoạt hóa S1 117,0 Bùn hạt tăng OLR S2 70,7 Bùn hạt bổ sung AlCl3 S3 133,7 Bùn hạt bổ sung rỉ đƣờng S4 63,8 Bùn hạt sau trình xử lý nƣớc thải cao su S5 88,6 Qua bảng cho thấy tất mẫu bùn nghiên cứu cho kết tách chiết có nồng độ từ 63,8 – 133,7 (ng/μL) Nhƣ vậy, nồng độ DNA đạt yêu cầu cho việc giải trình tự hệ thống Miseq (Illumina, Mỹ) Kết khuếch đại PCR Các mẫu DNA tổng đƣợc tách chiết từ mẫu bùn thành công Các mẫu DNA đƣợc sử dụng làm khuôn cho phản ứng khuếch đại PCR Phản ứng PCR khuếch đại đoạn gen có chiều dài khoảng 380 -390 bp Kết phản ứng PCR đƣợc kiểm tra cách điện di gel agarose (hình 1) Hình Kết kiểm tra sản phẩm PCR gel agarose Thành phần ngành vi khuẩn bùn hạt Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Firmicutes Tỷ lệ (%) Lớp Bacilli Clostridia Erysipelotrichi Tổng cộng Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Lactobacillales 8,19 8,21 6,25 2,21 Bacillales 0,14 2,27 0,09 0,53 Chưa nuôi cấy 0,46 0,00 0,08 0,00 Clostridiales 14,19 15,99 13,75 18,10 Chưa nuôi cấy 1,22 0,07 1,75 0,04 Erysipelotrichales 0,09 0,07 0,07 0,05 24,30 26,61 22,00 20,74 Bộ Bảng Tỷ lệ họ thuộc Lactoacillales ngành Firmicutes Tỷ lệ (%) Bộ Bùn hạt Họ Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Carnobacteriaceae 7,95 8,08 6,10 0,64 Enterococcaceae 0,18 0,02 0,11 0,00 Lactobacillaceae 0,03 0,00 0,02 0,00 Streptococcaceae 0,01 0,11 0,00 0,15 Aerococcaceae 0,01 0,00 0,00 0,00 Chưa nuôi cấy 0,00 0,02 1,42 Lactobacillales Bảng Tỷ lệ họ thuộc Clostridiales ngành Firmicutes Tỷ lệ (%) Bộ Clostridiales Bùn hạt Họ Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Syntrophomonadaceae 6,63 10,47 6,71 1,66 Clostridiaceae 2,86 2,59 2,57 10,59 Christensenellaceae 0,99 1,20 1,23 1,21 Veillonellaceae 0,42 0,14 0,53 0,15 Peptococcaceae 1,02 0,44 0,65 0,03 Peptostreptococcaceae 0,84 0,11 0,68 1,57 Ruminococcaceae 0,40 0,16 0,27 0,55 Eubacteriaceae 0,31 0,20 0,29 0,21 Chưa nuôi cấy 0,72 0,68 0,82 2,13 Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Proteobacteria Tỷ lệ (%) Lớp Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Syntrophobacterales 1,86 4,78 3,46 0,47 Myxococcales 0,13 0,13 0,16 0,01 Desulfobacterales 0,02 0,01 0,03 0,02 Desulfovibrionales 0,03 0,00 0,12 0,84 Desulfuromonadales 0,11 0,09 0,23 0,01 Chưa nuôi cấy 0,07 0,12 0,31 0,04 Rhodospirillales 0,09 0,07 0,03 0,02 Rhizobiales 0,24 0,16 0,14 0,03 Rhodobacterales 0,04 0,00 0,02 0,05 Rickettsiales 0,03 0,00 0,04 0,00 Chưa nuôi cấy 0,3 0,63 0,28 0,91 Burkholderiales 1,13 0,07 0,07 5,76 Chưa nuôi cấy 0,02 0,23 0,24 Pseudomonadales 0,04 0,01 0,35 18,59 Chưa nuôi cấy 0,01 0,31 0,35 1,75 3,80 6,40 5,80 28,74 Deltaproteobacteria Alphaproteobacteria Betaproteobacteria Gammaproteobacteria Tổng số Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Chloroflexi Tỷ lệ (%) Lớp Bùn hạt Bộ Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Anaerolineales 21,76 16,39 16,01 4,55 Caldilineales 0,02 0,00 0,01 0,00 Chưa nuôi cấy 12,30 14,18 9,02 1,92 Thermobacula Thermobaculales 0,05 0,04 0,04 0,00 Dehalococcoidetes Dehalococcoidales 0,04 0,02 0,02 0,04 Ktedonobacterales 0,03 0,02 0,00 0,00 Chưa nuôi cấy 0,01 0,00 0,00 34,23 30,66 25,1 6,46 Anaerolineae Ktedonobacteria Tổng cộng Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Bacteroidetes Tỷ lệ (%) Lớp Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Bacteroidia Bacteroidales 8,9 3,39 10,64 8,77 Sphingobacteriia Sphingobacteriales 0,07 0,01 0,06 0,36 Saprospirae Saprospirales 0,06 0,05 0,05 0,00 Cytophagia Cytophagales 0,01 0,01 0,01 0,00 Flavobacteria Flavobacteriales 0,01 0,01 0,00 1,10 Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Actinobacteria Tỷ lệ (%) Lớp Actinobacteria Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Actinomycetales 0,41 0,5 0,35 5,90 Gaiellales 1,02 0,01 0,27 0,02 Solirubrobacterales 0,01 0,01 0,01 0,13 Chưa nuôi cấy 0,64 3,42 0,48 0,20 Coriobacteria Coriobacteriales 0,13 0,09 0,18 0,28 Acidimicrobia Acidimicrobiales 0,13 0,07 0,11 0,01 1,89 4,41 1,10 6,54 Thermoleophilia Tống số Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành WWE1 Tỷ lệ (%) Bộ Cloacamonales Họ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đƣờng Cloacamonaceae 3,65 4,47 Chưa nuôi cấy 0,08 0,66 0,10 0,28 ... - Nghiên cứu trình tạo bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB nhằm nâng cao lực hệ thống xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Đánh giá hiệu sử dụng bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB xử lý nƣớc thải. .. hiệu xử lý hệ thống UASB hƣớng tới ứng dụng xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su Vì đề tài luận án: "Nghiên cứu trình tạo hạt bùn hệ thống UASB nhằm xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su" đƣợc thực với... trình xử lý nƣớc thải sơ chế cao su hệ thống UASB 86 Hình 3.24 SVI bùn hạt trình xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su 87 Hình 3.25 Hình thái bùn hạt ngày ngày 98 hệ thống UASB xử lý