Xử lý nước thải lò mổ bằng công nghệ tạo AGS Bùn hạt hiếu khí. Do đặc điểm công nghệ, ngành giết mổ đã sử dụng và thải ra một lượng nước khá lớn trong quá trình sản xuất và chế biến. Nước thải ra từ ngành giết mổ gia súc có nồng độ ô nhiễm cao ( COD hoà tan khoảng 800 đến 5000 mgl) (Masse và Masse’, 2010) mà chủ yếu là ô nhiễm chất hữu cơ bao gồm protein, lipid, gluxit là thành phần của tế bào động vật. Do đó, nước thải giết mổ gia súc rất thích hợp cho xử lý sinh học nếu có biện pháp tiền xử lý thích hợp. Lưu lượng lớn, nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao và thích hợp cho xử lý sinh học, chính vì vậy nước thải giết mổ gia súc được chọn làm đối tượng nghiên cứu cho đề tài “ Xử lý nước thải lò mổ bằng công nghệ tạo AGS” AGS ( Aerobic granular sludge) : Bùn hạt hiếu khí 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu của nghiên cứu là tập trung vào khảo sát các đặc tính của bùn hạt hiếu khí đối với nước thải giết mổ gia súc bao gồm: 1 Nghiên cứu sự tạo thành hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. 2 Xác định các đặc tính của bùn hạt hiếu khí. Trên các cơ sở kết quả nghiên cứu được sẽ rút ra các kết luận về các vấn đề đạt được và các kiến nghị cần thiết như sau: Các kết luận • Sự tạo thành bùn hạt hiếu khí. • Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí. • Biến đổi kích thước bùn hạt hiếu khí. • Nồng độ bùn hạt trong thiết bị phản ứng và nồng độ bùn trong dòng ra. • Khả năng lắng của bùn hạt. • Hiệu quả xử lý của bùn hạt. • Các ưu điểm của bùn hạt so với bùn hiếu khí thông thường. Các kiến nghi • Ứng dụng của bùn hạt. • Các nghiên cứu thêm về bùn hạt.
GIỚI THIỆU
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu là tập trung vào khảo sát các đặc tính của bùn hạt hiếu khí đối với nước thải giết mổ gia súc bao gồm:
1 Nghiên cứu sự tạo thành hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.
2 Xác định các đặc tính của bùn hạt hiếu khí.
Trên các cơ sở kết quả nghiên cứu được sẽ rút ra các kết luận về các vấn đề đạt được và các kiến nghị cần thiết như sau:
Sự tạo thành bùn hạt hiếu khí.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí
Biến đổi kích thước bùn hạt hiếu khí.
Nồng độ bùn hạt trong thiết bị phản ứng và nồng độ bùn trong dòng ra.
Khả năng lắng của bùn hạt.
Hiệu quả xử lý của bùn hạt.
Các ưu điểm của bùn hạt so với bùn hiếu khí thông thường.
Ứng dụng của bùn hạt.
Các nghiên cứu thêm về bùn hạt.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này áp dụng bể phản ứng theo mẻ SBR để nuôi cấy bùn hạt hiếu khí và theo dõi sự phát triển của chúng Nguồn cacbon và dinh dưỡng được lấy từ nước thải giết mổ gia súc của xí nghiệp chế biến thực phẩm Nam Phong tại TP HCM, Việt Nam, với nồng độ COD trong khoảng 300 – 500 mg/l, tương ứng với tải trọng 1,5 – 2,5 kg COD/m³.ngày.
1 Hình thành (formation) hạt hiếu khí bằng bể phản ứng theo mẻ tại tải trọng 1,5 – 2,5 kg COD/m 3 ngày với nước thải giêt mổ gia súc.
2 Khảo sát tính chất sinh hoá lý học của bùn hạt hình thành trong nước thải giết mổ gia súc.
3 Khảo sát khả năng ứng dụng của bùn hạt hiếu khí vào thực tế.
TỔNG QUAN
Giới thiệu
Hệ thống xử lý nước thải thường gặp một số bất lợi, bao gồm việc sản sinh lượng sinh khối thừa lớn, tính linh động thấp với sự dao động của tải trọng, và yêu cầu diện tích lớn cho bể phản ứng và bể lắng Đặc biệt, tải trọng hữu cơ đối với bùn hoạt tính truyền thống và quá trình màng sinh học chỉ đạt từ 0,5 đến 2 kg COD/m³.ngày.
Quá trình kỵ khí, như bể UASB, đã đạt hiệu quả cao với khả năng xử lý lên đến 40 kg COD/m³.ngày và không cần công trình lắng nhờ vào việc tách bùn trong bể Mặc dù UASB đã được áp dụng rộng rãi, kỹ thuật hình thành hạt vẫn đang được thảo luận Hạt kỵ khí, hay còn gọi là hạt methanogenic, được hình thành do sự tương tác giữa các tế bào vi khuẩn, và sự phát triển này thực chất là một dạng của quá trình hình thành màng sinh học.
Sự hình thành và đặc tính của bùn hạt hiếu khí
2.2.1 Nguồn cacbon sử dụng tạo hạt
Nguồn cacbon được sử dụng để nuôi cấy bùn hạt thường là acetate, glucose, cả acetate và glucose hoặc nước thải thật
2.2.2 Hình dạng bể phản ứng
Hạt có thể hình thành trong các hệ thống theo mẻ như SBAR (Sequencing Batch Airlift Reactor) và SBR (Sequencing Batch Reactor), cũng như trong hệ thống liên tục như BAS (Biofilm Airlift Suspension Reactor) thông qua các phương pháp nuôi cấy và mất thời gian khoảng 40 ngày Nghiên cứu cho thấy việc nuôi cấy hạt hiếu khí trong hệ thống theo mẻ, đặc biệt là với SBAR, mang lại hiệu quả cao (Beun và cộng sự, 2009).
Bể phản ứng SBAR có khả năng tạo hạt với tỷ trọng cao và kích thước nhỏ, làm cho nó trở thành thiết bị lý tưởng cho nghiên cứu Hơn nữa, quá trình bùn hoạt tính truyền thống có thể được nâng cấp thành SBAR hoặc SBR để cải thiện hiệu quả xử lý Trong nghiên cứu này, tôi đã chọn mô hình SBR và sẽ mô tả chi tiết trong phần phương pháp luận.
Bùn giống để tạo hạt có thể được lấy từ bùn hoạt tính thông thường hoặc bùn kỵ khí Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hạt hiếu khí có thể được nuôi cấy từ cả hai loại bùn này, mở ra nhiều cơ hội trong việc phát triển quy trình sản xuất hạt hiệu quả.
2.2.4 Đặc tính của bùn hạt hiếu khí
Granular sludge offers several advantages over conventional activated sludge, as illustrated in Figure 2.1, highlighting the distinct characteristics of both granular and floc-like sludge.
Hình 2.1: Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thống.
Bên trong hạt vi khuẩn hình que, có nhiều lỗ hổng giúp tăng cường sự vận chuyển chất nền từ khối chất lỏng vào trong hạt Đồng thời, các sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ cũng có thể dễ dàng được vận chuyển từ bên trong hạt ra bên ngoài khối chất lỏng (Tay và cộng sự, 2012).
Hỡnh 2.3: Bựn giống (trỏi), thước đo = 8 àm, bựn dạng sợi; bựn hạt hiếu khớ
(phải) lúc ổn định, thước đo = 8 mm (Wang và cộng sự, 2014)
Kích thước hạt đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng xâm nhập và giải phóng chất nền, chất dinh dưỡng và oxygen, ảnh hưởng đến sự sống của vi sinh vật cũng như cấu trúc vi mô của cộng đồng vi sinh Nó cũng quyết định khả năng nitrat hoá và khử nitrate, cùng với quá trình phân huỷ kỵ khí, phụ thuộc vào giới hạn khuyếch tán oxygen Chiều sâu thẩm nhập của oxygen thường nằm trong khoảng 100 – 500 µm (Tijhuis và cộng sự, 2004) Nếu bán kính hạt lớn hơn, quá trình khử nitrat và phân huỷ kỵ khí sẽ diễn ra mạnh mẽ hơn Do đó, kích thước hạt là yếu tố quyết định hình dạng và đặc tính vật lý của bùn hạt hiếu khí.
Bùn hạt (granular sludge) Bùn hoạt tính truyền thống
Bề mặt ngoài rõ ràng, đều đặn
Tỷ trọng, tính nén cao hơn
Khả năng lưu bùn cao
Khả năng chịu tải hữu cơ và nitrogen cao
Rời rạcKhông có hình dạng cố địnhCấu trúc lỏng lẻo Độ ẩm
Thành phần nước trong bùn hạt hiếu khí là 94,3% Thành phần nước trong hạt kỵ khí là 97,2% (Linlin và cộng sự, 2015).
Vận tốc lắng của bùn hạt hiếu khí dao động từ 22 đến 60 m/h, với vận tốc trung bình là 34,8 m/h, thấp hơn so với 72 m/h của hạt kỵ khí do sự gia tăng thành phần nước trong hạt hiếu khí (Linlin và cộng sự, 2015) Tuy nhiên, khi sử dụng vật mang như vỏ sò, vận tốc lắng của hạt hiếu khí có thể đạt tới 103 m/h tại tải trọng 30 kgCOD/m³.ngày (Thành, 2015).
Tỷ lệ VSS/SS trong hạt hiếu khí đạt 0,71, trong khi bùn hạt kỵ khí chỉ là 0,57 So với bùn hoạt tính thông thường có tỷ lệ 0,85, những con số này cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong cấu trúc và tính chất của các loại bùn (Linlin và cộng sự, 2015)
Tỷ trọng của hạt hiếu khí tương đương với tỷ trọng của các tế bào vi khuẩn riêng lẻ, nhưng hạt có khả năng lắng tốt hơn nhờ kích thước lớn hơn Theo nghiên cứu của Beun và cộng sự (2012), tỷ trọng của hạt có thể đạt tới 60 mg/lhạt.
Tính kỵ nước bề mặt tế bào
Tính kỵ nước bề mặt tế bào của bùn hạt khác biệt rõ rệt so với bùn dạng bông, với sự gia tăng từ 50,6% trước khi hình thành hạt lên 75,1% sau khi hạt hiếu khí hình thành Điều này cho thấy sự hình thành hạt hiếu khí gắn liền với sự tăng cường tính kỵ nước của tế bào Tính kỵ nước bề mặt tế bào đóng vai trò quan trọng trong việc cố định tế bào, bám dính lên bề mặt và sự kết dính giữa các tế bào (Tay và cộng sự, 2012).
Exopolysaccharides đóng vai trò trung gian quan trọng trong sự kết dính và dính bám của tế bào, đồng thời duy trì cấu trúc nguyên vẹn của mạng lưới biofilm Thành phần polysaccharides trong biofilm cao hơn từ 4 đến 5 lần so với protein, theo dữ liệu từ nghiên cứu của Lertpocasombut (Lui và Tay, 2012) Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào bùn hạt hiếu khí, cho thấy rằng khi vận tốc khí bề mặt tăng, tỷ lệ polysaccharides so với protein cũng tăng theo tương ứng với lực cắt.
Khối lượng riêng của hạt tăng lên sau khi hình thành, bắt đầu từ 1,0008 kg/l và đạt giá trị trung bình 1,0069 kg/l trong suốt giai đoạn này Sự thay đổi này phản ánh độ nén của cộng đồng vi sinh trong bùn hạt, cho thấy một cấu trúc nén cao đáng kể (Tay và cộng sự, 2012).
2.2.5 Chất mang cho bùn hạt hiếu khí
Một phương pháp hiệu quả để tăng cường sự hình thành bùn hạt là sử dụng vật mang hỗ trợ Nhiều loại vật mang khác nhau đã được đề xuất, trong đó có basalt (theo nghiên cứu của Tijhuis và các cộng sự).
In 2004, materials such as sponge, sand, plastic beads, and shells were identified as essential components that act as seeds for particle formation and enhance sedimentation capabilities.
Các yếu tố kích thích sự hình thành hạt hiếu khí
Việc nuôi cấy bùn hạt hiếu khí chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm tỷ lệ chất polyme ngoại bào EPS, tính kỵ nước của tế bào, loại thiết bị phản ứng, đặc tính của bùn giống, tải trọng hữu cơ, thành phần nước thải, điều kiện hoạt động và các chất ức chế Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành và đặc tính của hạt hiếu khí Mặc dù một số yếu tố chưa được nghiên cứu nhiều, nhưng một số yếu tố chính đã được xem xét kỹ lưỡng.
2.3.1 Tính kỵ nước của tế bào
Tính kỵ nước của tế bào, bị ảnh hưởng bởi điều kiện nuôi cấy, là yếu tố quyết định trong sự kết tụ tế bào và hình thành hạt Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng tính kỵ nước này có thể kích thích sự hình thành hạt hiếu khí Ngoài ra, đặc tính hoá lý của bề mặt tế bào cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành biofilm.
Tính kỵ nước của tế bào được xác định thông qua góc tiếp xúc và khả năng bám dính của vi sinh vật với các dạng hydrocacbon trong chất lỏng hoặc rắn (Liu và cộng sự, 2014) Tính kỵ nước của tế bào được phân loại thành ba loại khác nhau.
+ CA > 90 o : bề mặt kỵ nước
+ 50 o < CA > 60 o : bề mặt kỵ nước trung bình
+ CA < 40 o : bề mặt ưa nước
Tải trọng hữu cơ cao là yếu tố thuận lợi cho sự phát triển của bùn hạt hiếu khí, đặc biệt trong các hệ thống xử lý nước thải có nồng độ cao Xu hướng này đã được xác nhận bởi nghiên cứu của Moy và cộng sự (2013).
Tải trọng tối ưu để sản xuất hạt hiếu khí là 4 kgCOD/(m³.ngày), với kích thước hạt ổn định là 5,4 mm và độ tròn đạt 1,29 Tốc độ sử dụng oxy riêng (SOUR) ở mức 118 mg.
O2/(mgVSS.h) và SVI là 50 ml/g, cho thấy hiệu quả loại bỏ COD đạt 99% Tuy nhiên, hoạt động ở tải trọng quá cao hoặc quá thấp sẽ không đảm bảo sự hình thành lớp bùn nén tốt và ảnh hưởng đến tính ổn định của hiệu suất bể phản ứng.
Cation kim loại có khả năng liên kết với EPS, từ đó ảnh hưởng đến quá trình kết bông sinh học (bioflocculation), lắng và khử nước của bùn.
2013) Có hai quá trình kết bông sinh học: sự nén của lớp điện tích kép (double layer compression) và cầu nối cation (cation bridging).
Ion canxi không chỉ kích thích sự hình thành hạt bằng cách trung hòa điện tích trái dấu trên bề mặt vi khuẩn, mà còn hoạt động như cầu nối cation giữa các vi khuẩn, do hầu hết vi sinh vật mang điện tích trái dấu ở pH thông thường.
2.3.4 Chất rắn lơ lửng và chất mang
Những hạt lơ lửng trong nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích hình thành hạt hiếu khí nhờ vào diện tích bề mặt thuận lợi cho sự bám dính của tế bào Sự hiện diện của chất rắn lơ lửng thúc đẩy quá trình sản sinh exopolysaccharides trên bề mặt vật mang, mà exopolysaccharides này chính là cầu nối giữa các tế bào (Wingender và cộng sự, 2009; Liu và Tay, 2012).
THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU
Vật liệu và vi sinh vật
Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng glucose và acetate là nguồn cacbon hiệu quả cho quá trình nuôi cấy bùn hạt hiếu khí (Beun và cộng sự, 2018; Jang và cộng sự, 2019; Wang và cộng sự, 2020; Thành, 2018).
Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng nguồn cacbon và nitơ, cùng các chất dinh dưỡng từ nước thải giết mổ gia súc để nuôi cấy bùn hạt Tính chất của nước thải này được chi tiết trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Thành phần nước thải giết mổ xí nghiệp chế biến thực phẩm Nam
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
TDS mg/l 1120 Độ dẫn điện mS 2,9 pH - 5,5 - 9
Nước thải giết mổ gia súc có nồng độ ô nhiễm cao, với tỷ lệ BOD/COD hòa tan là 0,63, BOD5/N tổng là 5,5 và BOD5/P là 3,1, cho thấy cần có biện pháp xử lý để bảo vệ môi trường Điều này cho thấy nước thải này rất thích hợp cho xử lý sinh học (Metcalf & Eddy, 2013; Huệ và Hạ, 2012) Ngoài ra, nước thải giết mổ gia súc còn chứa hàm lượng dinh dưỡng nitơ và photpho cao, có thể phù hợp với công nghệ bùn hạt, giúp loại bỏ đồng thời chất hữu cơ và nitơ, photpho (Kreuk và cộng sự, 2014) Tuy nhiên, do giới hạn của đề tài, nghiên cứu này không được thực hiện.
Tỷ lệ dinh dưỡng COD:N:P (hoặc BOD:N:P) trong nước thải giết mổ gia súc không cần bổ sung thêm, tuy nhiên, hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) lại cao, đòi hỏi biện pháp loại bỏ để phù hợp với xử lý hiếu khí Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chất rắn lơ lửng có thể góp phần vào quá trình tạo hạt, nhưng nghiên cứu này không đi sâu vào vấn đề đó do giới hạn của đề tài.
Trong nghiên cứu này, nồng độ COD ở dòng vào được duy trì trong khoảng 300 – 500 mg/l, tương ứng với tải trọng 1,5 – 2,5 kgCOD/m³.ngày Theo nghiên cứu của Tay và cộng sự (2013), tải trọng thích hợp cho quá trình tạo hạt dao động từ 1 – 8 kgCOD/m³.ngày.
Bùn giống được thu thập từ quá trình bùn hoạt tính tại hệ thống xử lý nước thải của xí nghiệp chế biến thuỷ sản Mỹ Phát, nằm trong khu công nghiệp Tân Tạo, thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Trong mô hình SBR, bùn giống ban đầu được đưa vào với nồng độ khoảng 6000 mg/l và có chỉ số thể tích bùn SVI là 120 mg/l.
Quy trình thí nghiệm
Nghiên cứu này được chia thành hai phần: (1) nuôi cấy và khảo sát sự hình thành hạt hiếu khí, và (2) khảo sát đặc tính lý hoá của bùn hạt hiếu khí trong bể SBR Mục tiêu chính của phần đầu là tìm hiểu quá trình hình thành hạt hiếu khí, trong khi phần hai tập trung vào việc phân tích các đặc tính của hạt Quy trình nghiên cứu được mô tả trong Hình 3.1.
Hình 3.1: Quy trình thí nghiệm
Xác định đặc tính của bùn hạt
Khảo sát đặc tính bùn hạt trưởng thành
Các thông số khảo sát bùn hạt:
Hình thái học Vận tốc lắng Chỉ số lắng SVI Nồng độ sinh khối đã lắng COD, pH, DO
Nuôi cấy bùn hạt
3.3.1 Mô hình nghiên cứu và điều kiện vận hành hệ thống
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống dạng mẻ (discontinuos system) thường mang lại lợi ích hơn so với hệ thống liên tục trong việc nuôi cấy bùn hạt hiếu khí Cụ thể, bùn hạt hiếu khí có thể được phát triển hiệu quả trong bể phản ứng theo mẻ SBR (sequencing batch reactor) (Morgenroth và cộng sự, 2007; Heijnen và Van Loosdrecht, 2008; McSwain và cộng sự, 2014; Tay và cộng sự, 2014; Schwarzenbeck và cộng sự).
2014) hoặc trong bể SBAR (sequencing batch airlift reactor) (Beun và cộng sự, 2009; Beun và cộng sự, 2012)
Trong nghiên cứu này, bể phản ứng theo mẻ SBR với thể tích làm việc 7.85 L được sử dụng để tiến hành thí nghiệm Bể có đường kính 10 cm, chiều cao 100 cm và chiều cao chứa nước là 70 cm.
4 tủ điều khiển tự động.
6 van điều chỉnh lượng khí
Hình 3.2: Sơ đồ hoạt động của bể SBR
Thời gian lưu nước trong hệ thống là 3,6 giờ, với tải trọng ban đầu dao động từ 1,5 đến 2,5 kgCOD/(m³.ngày) Lưu lượng khí được điều chỉnh thông qua các van, trong khi pH của nước thải được duy trì trong khoảng từ 7,5 đến 8.
Bể phản ứng được khuấy trộn và xáo trộn mạnh bởi dòng chuyển động của khí trong mô hình.
Thiết bị phản ứng hoạt động theo chu trình liên tục 2 giờ cho mỗi mẻ, bao gồm các giai đoạn: 2 phút bơm nước vào, 110 phút sục khí, 2 phút lắng và 2 phút bơm nước ra Dòng nước ra được bơm từ vị trí cách đáy bể phản ứng 40 cm và được chứa trong bể chứa.
Nhiệt độ hoạt động của bể phản ứng dao động từ 28 – 32 o C Ngày đầu tiên, bùn hoạt tính với nồng độ 6000 mg/l được bổ sung từ bể aerotank của hệ thống xử lý nước thải tại xí nghiệp chế biến thủy sản Mỹ Phát Giai đoạn đầu tiên kéo dài ba tuần là thời gian thích nghi cho đến khi hạt trưởng thành hình thành Sau khi hạt trưởng thành xuất hiện, sẽ tiến hành khảo sát sự biến đổi các đặc tính của bùn hạt hiếu khí và khả năng xử lý của nó Khi bể phản ứng hoàn toàn được bao phủ bởi sinh khối dính bám, cần loại bỏ để tránh cạnh tranh giữa vi sinh dính bám và vi sinh hình thành hạt Bên cạnh đó, thành bể phản ứng cũng được làm sạch hàng tháng để duy trì hoạt động hiệu quả (Beun và cộng sự, 2012).
Bảng 3.2: điều kiện hoạt động của bể SBR
Giai đoạn/tuần Hoạt động Quan sát
Nuôi cấy với bùn hoạt tính thông thường với nước thải giết mổ.
Sinh khối được lắng và tuần hoàn lại bể phản ứng
Hiệu qủa loại bỏ COD hơn 90% (hệ thống được kiểm soát bằng tay)
Giai đoạn hình thành hạt ban đầu
Sinh khối được tuần hoàn lại bể phản ứng đến khi hạt ban đầu xuất hiện
Giai đoạn hình thành hạt (hệ thống đựơc kiểm soát bằng tự động hoá)
Sinh khối dính bám trên thành bể.
Giai đoạn hạt trưởng thành (3 tuần) Bun hạt xuất hiện tiếp tục duy trì hoạt động của bể phản ứng để hạt lớn và trưởng thành
Sự thay đổi màu sắc của hạt từ màu vàng nhạt khi mới hình thành sang màu nâu so với bùn ban đầu (màu nâu đỏ) cho thấy quá trình phát triển của hạt Kích thước hạt cũng biến đổi mạnh, từ kích thước micromet của bùn hoạt tính thông thường, lên 0.1-0.2mm đối với hạt ban đầu, và đạt kích thước 0.5 – 1.2mm khi hạt trưởng thành.
Trong giai đoạn ổn định, việc giữ tải trọng không đổi là rất quan trọng để theo dõi sự thay đổi đặc tính của bùn hạt Các yếu tố cần chú ý bao gồm kích thước hạt, nồng độ sinh khối dòng ra, nồng độ sinh khối trong bể, và khả năng lắng Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống xử lý nước thải.
3.3.3 Sự tạo thành bùn hạt hiếu khí
Bể SBR được điều chỉnh với bùn hoạt tính truyền thống trong ba tuần đầu, sau đó chuyển sang giai đoạn tạo hạt Trong giai đoạn này, bể phản ứng được vận hành theo các điều kiện đã nêu trong Bảng 3.3 để nghiên cứu đặc tính của bùn hạt hiếu khí.
Phương pháp phân tích
Đặc tính của bùn được đánh giá thông qua các chỉ tiêu lý hóa sinh quan trọng như COD, MLSS, MLVSS, pH, SVI, DO, vận tốc lắng, kích thước và hình dạng hạt Những chỉ tiêu này giúp xác định chất lượng và hiệu quả xử lý bùn trong các hệ thống xử lý nước thải.
Một ống nhựa có đường kính 6 cm và chiều cao 90 cm được sử dụng để chứa nước thải từ bể phản ứng nhằm kiểm tra vận tốc lắng Hạt đơn lẻ được thả vào ống, và vận tốc lắng cuối cùng có thể đạt trên 30 cm cột nước Thời gian lắng cho khoảng cách 50 cm được theo dõi bằng tay với độ chính xác ±0,5 giây Tất cả các thí nghiệm về vận tốc lắng được thực hiện hai lần và giá trị trung bình được ghi nhận (Etterer và Wilder, 2011).
3.4.2 Nồng độ sinh khối đã lắng hay tỷ trọng của sinh khối
Nồng độ sinh khối đã lắng của hạt được xác định như sau:
Lấy 50 ml mẫu bùn hạt và để lắng trong 30 phút trong ống ly tâm Tổng thể tích của hạt có thể xác định qua việc đọc thể tích bùn Mẫu sau đó được lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh Khối lượng khô của mẫu hạt được xác định bằng cách làm khô mẫu ở nhiệt độ 120°C trong ít nhất 24 giờ (theo Tịjhuis và cộng sự, 2004; Beun và cộng sự, 2009; Thành, 2015).
3.4.3 Các thông số khác Để khảo sát đặc tính và sự phát triển của bùn hạt cần xác định các thông số theo Bảng 3.3:
Bảng 3.3: các thông số để đánh giá đặc tính của bùn hạt
Thông số Phương pháp Thiết bị Anh hưởng Phạm vi pH Máy đo pH Máy đo pH 0 – 14
COD Hoàn lưu kín với dichromate kali
NO2 -, Cl - , Br - , Fl - 40 – 400 mg/l Độ đục SS -
SVI Nồng độ bùn cao -
*Ghi chú: Các chỉ tiêu được đo theo ANPPHA và cộng sự, 1989
Phương pháp xử lý số liệu
Các số liệu được thống kê và lập thành bảng tính, vẽ đồ thị thể hiện quan hệ giữa các thông số thông qua phần mềm Ms Excell.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Sự hình thành bùn hạt hiếu khí
4.1.1 Quá trình thích nghi ban đầu
Bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) được thí nghiệm với nước thải giết mổ gia súc, chủ yếu chứa các thành phần hữu cơ như protein và lipid từ máu gia súc, cùng với ô nhiễm nitơ Bùn hoạt tính truyền thống được sử dụng để nuôi cấy bùn hạt hiếu khí với tải trọng 1,5 – 2,5 kgCOD/m³.ngày Sau khi bùn thích nghi, giai đoạn tạo hạt được tiến hành cho đến khi hạt trưởng thành, và tải trọng được duy trì để khảo sát các đặc tính của bùn hạt Bùn giống có nồng độ MLVSS khoảng 6000 mg/l, đạt hiệu quả khử COD trên 80% với COD dòng ra dưới 50 mg/l Màu sắc bùn thay đổi từ nâu đen sang nâu đỏ và cuối cùng là vàng cam, cho thấy bùn thích nghi lắng tốt với chỉ số SVI giảm từ 120 ml/g xuống còn 90 ml/g Sau ba tuần, vi sinh trong bùn giống đã thích nghi với nước thải mới, hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ đạt trên 90%, và xuất hiện một số hạt nhỏ màu trắng, chứng tỏ vi khuẩn đã hình thành và bắt đầu kết hợp tạo thành hạt.
Hình 4.1: Hiệu suất khử COD ở giai đoạn thích nghi
HIỆU QUẢ LOẠI BỎ COD Ở GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI
COD vào (mg/l)COD ra (mg/l)Hiệu quả H (%)
4.1.2 Sự hình thành hạt hiếu khí
Sau giai đoạn thích nghi, quá trình chuyển sang giai đoạn tạo hạt diễn ra Trong giai đoạn này, mô hình được điều khiển tự động theo phương pháp liên tục Ban đầu, nồng độ sinh khối đạt khoảng 4000 mg/l.
Sau giai đoạn thích nghi, bể phản ứng xuất hiện nhiều vi sinh vật mới như vi khuẩn dạng vành, rotifers, protozoa cilliates, giun tròn (nematodes) và các tập đoàn nguyên sinh động vật, có khả năng lắng tốt Những vi sinh vật này không chỉ xuất hiện trong đám bùn mà còn bám lên thành bể phản ứng Đồng thời, vi sinh dính bám trên thành bể tạo ra lớp màng vi sinh cần được loại bỏ để giảm thiểu sự cạnh tranh giữa quá trình tạo màng vi sinh và quá trình tạo hạt.
Giun trong mô hình vi sinh lớn trong mô hình Vi sinh dính bám trên thành bể
Hình 4.2 : Giun, vi sinh lớn và vi sinh dính bám trong mô hình
Vào tuần thứ hai, sau 8 ngày wash out và thời gian lắng 5 phút, sinh khối trong bể phản ứng đã có sự biến đổi rõ rệt với sự xuất hiện của những hạt nhỏ màu trắng trong đám bùn Bùn lắng nhanh chóng, trong vòng 5 phút, hầu hết sinh khối đã được lắng lại So với bùn ban đầu ở giai đoạn thích nghi, bùn lắng có dạng các hạt nhỏ rời rạc chồng lên nhau, trong khi bùn giống là những bông bùn rõ rệt Do đó, cần phải liên tục tuần hoàn bùn để duy trì nồng độ bùn từ 2500 đến 3000 mg/l trong bể phản ứng.
Vào đầu tuần thứ 3, sinh khối trong hạt chuyển từ màu nâu đỏ đậm sang nâu đỏ nhạt với màu vàng nhạt, cho thấy sự cần thiết của việc tuần hoàn bùn Khi lấy bùn wash out và bùn trong mô hình pha loãng, ta nhận thấy sự xuất hiện của các hạt nhỏ với mật độ ngày càng cao Việc tuần hoàn bùn trong giai đoạn này không chỉ tăng cường mật độ tiếp xúc mà còn tạo điều kiện cho các hạt bùn nhỏ phát triển và lớn lên trong bể phản ứng.
Vào tuần thứ 4, sinh khối bùn chuyển từ màu nâu đỏ đậm sang nâu đỏ nhạt với màu vàng, cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong quá trình phản ứng Quan sát kỹ, ta nhận thấy có nhiều hạt nhỏ chiếm đa số trong khối bùn, trong khi lượng bông bùn chỉ chiếm một phần nhỏ Điều này cho thấy sự tích lũy lớn sinh khối trong bể phản ứng Các hạt trong bùn có kích thước từ 0,1 – 0,2 mm và một số hạt lớn hơn, từ 0,5 – 0,6 mm Các hạt nhỏ hơn 0,1 mm có màu trắng trong suốt, trong khi các hạt từ 0,1 – 0,2 mm được phân loại rõ ràng.
Hạt có cấu trúc gồm hai phần: phần bên ngoài màu trắng với kích thước nhỏ hơn 0,1 mm và phần bên trong giống như nhân hạt có màu nâu đậm Đối với những hạt có kích thước từ 0,5 mm đến 1 mm, chỉ quan sát thấy một màu nâu đồng nhất.
Bùn giống Bùn thích nghi Tuần 3 Tuần 6
Hình 4.3: Thay đổi màu sắc của bùn
Hình 4.4: Hạt trong mô hình
4.1.3 Chủng loai vi sinh và hình thái học của hạt
Bùn giống ban đầu có màu vàng đen, sau khi thích nghi với nước thải giết mổ gia súc, chuyển sang màu nâu đỏ và dần dần nhạt màu thành vàng cam sau một tuần Vào tuần thứ hai, bể phản ứng xuất hiện chủ yếu là các vi sinh vật lớn như nguyên sinh động vật, rotifer, protozoa, ciliates, flagellate, nematodes, và spirillum, nhưng đến cuối tuần thứ hai, các vi sinh vật lớn này dần biến mất Đến tuần thứ tư, chỉ còn lại một lượng nhỏ giun đỏ nematodes và một vài giun màu đen Từ tuần này, hạt đã hình thành rõ trong bể phản ứng và tiếp tục lớn dần, đạt trưởng thành vào tuần thứ 6.
Hình 4.5: Sự thay đổi hình dạng và kích thước của hạt theo thời gian
Dựa vào Hình 4.5, hình thái học của bùn đã có sự thay đổi rõ rệt, bắt đầu từ bùn hoạt tính thông thường Trong tuần thứ hai, các hạt màu trắng xuất hiện có vẻ trong suốt, và theo thời gian, đến tuần thứ 7, chúng trở nên rõ ràng và lớn hơn, đạt đến độ trưởng thành Sự đồng đều của các hạt ngày càng tăng, chúng trở nên nén và gọn gàng hơn, thể hiện qua hình dáng ngày càng tròn và bề mặt ngày càng nhẵn.
4.1.4 Sự phát triển kích thước hạt
Bùn trong bể phản ứng bắt đầu hình thành các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,1 mm từ cuối tuần thứ 2, và đến tuần thứ 3, các hạt nhỏ có thể được quan sát bằng mắt thường, mặc dù bùn dạng bông vẫn chiếm ưu thế Đến cuối tuần thứ 4, sinh khối bùn chủ yếu là hạt với kích thước từ 0,1 – 0,5 mm Hạt tiếp tục lớn lên và đạt kích thước từ 0,5 – 1,2 mm vào tuần thứ 6, và từ thời điểm này, kích thước hạt không thay đổi đáng kể.
Hình 4.6: Sự thay đổi kích thước hạt theo thời gian (tuần)
Kích thước hạt thay đổi mạnh từ tuần 2 đến tuần 6 và tăng chậm từ tuần 6 đến tuần 8, có thể do sự giới hạn xâm nhập của oxy và cơ chất vào trong hạt Chiều sâu xâm nhập của acetate dao động từ 115-520 µm, trong khi chiều sâu thâm nhập của oxy thường từ 100-500 µm Điều này cho thấy trong hạt trưởng thành luôn tồn tại hai điều kiện hiếu khí và kỵ khí, chứng tỏ bùn hạt có khả năng khử nitơ và photpho, mặc dù khả năng này không được khảo sát trong đề tài này.
4.1.5 Cơ chế hình thành hạt
Dựa trên quá trình quan sát sự hình thành hạt trong bể phản ứng, sinh khối bao gồm vi khuẩn, protozoa, ciliates, flagellate và nematodes, với tính kỵ nước tế bào cao, giúp tế bào kết hợp dễ dàng bằng cách tách ra khỏi pha nước Các polysaccharides và cation hóa trị hai đóng vai trò quan trọng như tác nhân cầu nối hình thành lưới tế bào (Thành, 2015) Quá trình này dẫn đến sự hình thành hạt ban đầu, sau đó hạt ngày càng lớn hơn, trở nên trưởng thành với độ nén cao và bề mặt nhẵn hơn Chi tiết về sự hình thành hạt được trình bày trong Hình 4.8.
Quá trình hình thành hạt trong nước thải giết mổ gia súc tương tự như các nghiên cứu của Wang và cộng sự (2014), Tay và cộng sự (2011, 2012, 2014), Jang và cộng sự (2013), cùng Etterer và Wilder (2011) Quá trình này liên quan đến sự hình thành hạt hiếu khí thông qua bùn hoạt tính hiếu khí, được trình bày chi tiết trong Phần 2.4.2 của tổng quan tài liệu.
Sự thay đổi kích thước hạt theo thời gian
K ớc h th ửụ ực ha ùt ( m m ) kích thước
Hình 4.8: Quá trình hình thành bùn hạt hiếu khí trong bể phản ứng theo mẻ
đặc tính của bùn hạt
Theo Corbbitt (2009), vi khuẩn nitrat hoá phát triển tốt ở pH từ 8 đến 8,5 và cần oxy hoà tan trên 2 mg/l Trong thí nghiệm, điều kiện oxy hoà tan là phù hợp, nhưng pH của nước thải trước khi điều chỉnh (pH = 6,9-7,2) không đạt yêu cầu Do đó, cần điều chỉnh pH lên 8-8,5 để trung hoà lượng kiềm đã mất trong quá trình nitrat hoá, vì quá trình này yêu cầu 0,75 mg/l kiềm cho mỗi 1 mg/l nitơ amonia bị oxy hoá.
+ Quá trình nitrat hoá là quá trình oxy hoá sinh học Amoni (NH4 +) thành nitrat với sự hình thành nitrit là sản phẩm trung gian:
+ Tổng hợp quá trình nitrat hoá chuyển hoá NH4 + thành NO3 - như sau:
Như vậy, có một lượng kiềm bị mất đi trong quá trình nitrat hoá.
Tính kỵ nước tế bào gia tăng
Hình thành các lưới tế bào
Cation hoá trị II khí
(a) khi không có sự điều chỉnh pH
(b) khi pH được điều chỉnh lên 8,16 Hình 4.9: Sự thay đổi pH trong bể phản ứng
Trong quá trình kiểm tra, nước thải đầu vào có pH ổn định từ 7,2 đến 7,3, nhưng sau khi xử lý, pH giảm xuống còn 5,7 đến 6,3 Sự giảm pH này chủ yếu do quá trình nitrat hóa làm giảm độ kiềm của nước, xuất phát từ hàm lượng nitơ cao trong nước thải giết mổ gia súc Để duy trì pH dòng ra ổn định trong khoảng 6,5 đến 7,5, cần điều chỉnh pH đầu vào lên mức 7,5 đến 8,5, nhằm đảm bảo điều kiện tối ưu cho quá trình nitrat hóa và duy trì độ kiềm của nước.
Quan hệ giữa COD và pH khi chưa hiệu chỉnh pH
Quan hệ giữa COD và pH khi hiệu chỉnh pH
Khi pH đầu vào là 6,96, trong 10 phút đầu, pH tăng lên 8,06 do quá trình loại bỏ COD mạnh mẽ và giải phóng CO2 Tuy nhiên, sau khi hầu hết COD bị oxy hóa, pH giảm xuống 6,3, cho thấy quá trình oxy hóa carbon đã chậm lại do nguồn carbon đã được tiêu thụ, và lúc này quá trình oxy hóa nitơ trong nước thải bắt đầu diễn ra, làm giảm độ kiềm Khi điều chỉnh pH đầu vào lên 8,16, pH trong toàn bộ quá trình oxy hóa dao động nhẹ và kết thúc với pH đạt 7,28.
4.2.2 Biến đổi nồng độ Oxy hoà tan
Trong bể phản ứng, nồng độ oxy hòa tan (DO) thường đạt giá trị bão hòa, ngoại trừ trong vài phút đầu do sự hiện diện của nhiều vật liệu hữu cơ Khi hầu hết chất hữu cơ đã được loại bỏ thông qua quá trình hấp phụ hoặc phân hủy sinh học, nồng độ DO sẽ ổn định ở mức bão hòa khoảng 8,4 – 8,5 mg/l.
Hạt có tốc độ tiêu thụ chất hữu cơ rất nhanh, với phần lớn COD hòa tan được phân hủy sinh học hoặc hấp thụ bởi bùn hạt trong 10 phút đầu Điều này cho thấy hạt có hoạt tính sinh học cao hơn so với bùn hoạt tính truyền thống về tốc độ sử dụng oxy (Thành, 2015).
Hình 4.10: Quan hệ giữa COD và DO trong một mẻ
Sau giai đoạn thích nghi, nồng độ sinh khối trong bể phản ứng đạt từ 4500 – 5000 mg/l Đến cuối tuần thứ 4, sinh khối bắt đầu gia tăng cùng với sự trưởng thành của hạt Trong khoảng thời gian từ tuần thứ 3 đến tuần thứ 4, hiệu quả loại bỏ COD đạt trên 85%, trong khi các đặc tính lý hóa của hạt như nồng độ sinh khối lắng, SVI và vận tốc lắng không có nhiều thay đổi.
Nồng độ sinh khối trong mô hình tăng dần từ tuần thứ 4 nhờ vào sự tích lũy tế bào và sự trưởng thành của hạt, đạt mức 3500 mg/l vào tuần thứ 8.
Quan hệ giữa COD hoà tan và DO
Quan hệ giữa MLSS trong và ra khỏi bể
MLSS trong beồ MLSS ra khỏi bể
Hình 4.11: Nồng độ sinh khối trong bể phản ứng và nồng độ sinh khối dòng ra
Theo Hình 4.11, nồng độ sinh khối trong bể phản ứng tăng dần nhờ sự tích luỹ và phát triển của hạt, điều này được thể hiện qua sự thay đổi kích thước hạt (Hình 4.5 và 4.6) Từ tuần thứ 7 trở đi, sinh khối tăng nhẹ khi các hạt đạt kích thước giới hạn do sự hạn chế trong việc khuyếch tán dinh dưỡng và oxy vào bên trong hạt (xem phần 4.1.4).
Tại thời điểm này, các loài vi sinh vật đã hoàn toàn thích nghi với điều kiện sinh trưởng, dẫn đến việc tế bào bắt đầu kết dính do tính kị nước trên bề mặt tế bào tăng lên Sau giai đoạn này, vi sinh vật sẽ tích tụ trong bể phản ứng, làm nồng độ sinh khối dần tăng lên Thể tích sinh khối trong bể sẽ đạt đến chiều cao của ống thải dòng ra (effluent valve) khi đạt trạng thái ổn định.
Hình 4.12: Quan hệ giữa sinh khối trong bể và tỷ lệ F/M theo thời gian
Từ tuần thứ 3 đến tuần thứ 5, tỷ lệ F/M có sự gia tăng đáng kể Đặc biệt, trong giai đoạn từ tuần thứ 4 đến tuần thứ 5, sinh khối tăng nhanh do sự phát triển mạnh mẽ của vi sinh vật trong pha lag, với sự sinh trưởng theo số mũ logarit Trong giai đoạn này, các tế bào mới hình thành nhanh chóng, đồng thời sản sinh các polysaccharides mạnh, giúp các tế bào liên kết chặt chẽ với nhau.
Quan hệ sinh khối trong bể và tỷ lệ F/M
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 ty ỷ le ọ F /M (k gC O D /k gM LS S ng ày ) MLSS trong beồ (mg/l)
Từ tuần 4 đến tuần 8, tỉ số F/M (kgCOD/kgMLSS.ngày) giảm do sự tích lũy sinh khối trong bể, khi hạt đã được hình thành Tỉ số F/M của hệ thống dao động trong khoảng từ 0,38 đến 1,67 kgCOD/kgMLSS.ngày, cao hơn so với bùn hoạt tính thông thường (0,3 - 0,5 kgCOD/kgMLSS.ngày) theo Metcalf và Eddy (2013) Điều này chứng tỏ rằng bùn hạt có khả năng xử lý hiệu quả hơn ít nhất gấp đôi so với bùn hoạt tính thông thường.
4.2.4 Nồng độ sinh khối đã lắng (settled biomass concentration)
Nồng độ sinh khối đã lắng thể hiện khả năng nén của bùn, được định nghĩa là khối lượng chất rắn trong một đơn vị thể tích bùn lắng sau 30 phút Sau 3 tuần hoạt động, nồng độ sinh khối lắng trong bể phản ứng tăng đáng kể, từ 4,9 g/l ban đầu lên 15 g/l khi bùn giống trưởng thành Kết quả này cho thấy khả năng nén tốt của bùn hạt so với bùn thông thường, mặc dù thấp hơn so với nghiên cứu của Beun và cộng sự (2009, 2010) nhưng phù hợp với kết quả của Arrojo và cộng sự (2014).
Hình 4.13: Nồng độ sinh khối đã lắng và chỉ số thể tích bùn SVI trong bể phản ứng
Hình 4.13 cho thấy sự gia tăng nhanh chóng của sinh khối lắng trong ba tuần đầu tiên Các hạt bùn ban đầu hình thành trong bể phản ứng đã làm tăng khả năng nén của bùn Từ tuần thứ tư, sinh khối lắng tăng nhẹ nhờ sự hình thành các hạt và trong giai đoạn trưởng thành, không có sự thay đổi đáng kể về chủng loại vi sinh trong sinh khối.
Khi hạt bắt đầu hình thành, chỉ số thể tích bùn SVI giảm đáng kể so với bùn giống ban đầu, luôn nhỏ hơn 50 ml/g, và khi hạt trưởng thành, SVI đạt giá trị 30, cho thấy khả năng lắng tốt của hạt Mối quan hệ giữa SVI và nồng độ sinh khối đã lắng được thể hiện trong Hình 4.12, cho thấy SVI giảm khi nồng độ sinh khối đã lắng tăng, điều này phù hợp với nghiên cứu của Thành (2015).
Chỉ số thể tích bùn (SVI) có mối liên hệ mật thiết với vận tốc lắng của bùn; cụ thể, chỉ số SVI càng nhỏ thì vận tốc lắng càng cao Kết quả từ quá trình thí nghiệm cũng cho thấy sự tương đồng này.
Quan hệ giữa nồng độ sinh khối đã lắng và chỉ số thể tích bùn SVI
N ồn g đo ọ si nh k ho ỏi đ ó la ộng (g /l)
SV I ( m l/g ) nồng độ sinh khối đã lắng (g/l)SVI (ml/g)
KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, bùn hạt hiếu khí được phát triển từ bùn hoạt tính thông thường bằng cách sử dụng nước thải từ quá trình giết mổ gia súc, vốn có nồng độ ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng (nitơ và phot pho) cao Nghiên cứu được chia thành hai phần: đầu tiên, khảo sát quá trình hình thành bùn hạt hiếu khí từ nước thải giết mổ; thứ hai, đánh giá các đặc tính của bùn hạt hiếu khí, bao gồm khả năng nén, khả năng lắng, khả năng xử lý và khả năng chịu tải sốc.
Trên các cơ sở kết quả nghiên cứu đạt được rút ra các kết luận sau:
Bùn hạt hiếu có khả năng nuôi cấy hiệu quả khi sử dụng nước thải từ giết mổ gia súc, kết hợp với bùn hoạt tính thông thường Tải trọng tối ưu cho quá trình này dao động từ 1,5 đến 2,5 kg COD/m³/ngày, thực hiện trong bể phản ứng theo phương pháp SBR.
Sau giai đoạn thích nghi, bùn hạt sẽ hình thành và đạt độ trưởng thành sau khoảng 45 ngày, tức là vào tuần thứ sáu, với đường kính hạt dao động từ 0,5 đến 1,2 mm Trong các tuần tiếp theo, hạt sẽ trở nên nén, tròn và nhẵn hơn.
Quá trình hình thành hạt luôn liên quan đến sự xuất hiện của vi sinh vật bám dính trên thành bể phản ứng Do đó, việc loại bỏ vi sinh bám dính là cần thiết để tránh sự cạnh tranh về dinh dưỡng giữa vi sinh vật bám dính và vi sinh vật tham gia vào quá trình hình thành hạt.
Trong những tuần đầu của giai đoạn tạo hạt, xuất hiện nhiều vi sinh vật lớn như nguyên sinh động vật, rotifer, protozoa, ciliates, flagellate, nematodes và spirillum Sự hiện diện của các vi sinh vật này giúp duy trì nồng độ oxy hòa tan cao trong bể phản ứng.
Nồng độ sinh khối đã lắng của bùn gia tăng theo thời gian, với sự tăng đáng kể sau 3 tuần hoạt động trong bể phản ứng Ban đầu, nồng độ sinh khối lắng là 4,9 g/l, và khi bùn trưởng thành, nồng độ này đạt 15 g/l Điều này cho thấy bùn hạt có khả năng nén tốt hơn so với bùn thông thường.
Trong các tuần là sự gia tăng của sinh khối cùng với sự lớn lên của hạt Điều này chứng tở bùn hạt có khả năng lưu bùn cao.
Sau sáu tuần hoạt động, hạt trưởng thành hình thành với đường kính từ 0,5 đến 1,2 mm Trong những tuần tiếp theo, kích thước hạt không thay đổi nhiều, nhưng độ nén, độ nhẵn và độ tròn của hạt tăng lên đáng kể.
Bùn hạt có chỉ số thể tích bùn SVI đạt 30 ml/g và vận tốc lắng cao từ 16 đến 18 m/h, vượt trội hơn so với bùn hoạt tính thông thường với vận tốc lắng dưới 10 m/h Điều này cho thấy bùn hạt có khả năng lắng và nén hiệu quả hơn bùn hiếu khí truyền thống.
Với tải trọng từ 1,5 đến 2,5 kg COD/m³/ngày và nồng độ COD dao động từ 300 đến 500 mg/l, hiệu suất xử lý của bùn hạt hiếu khí luôn đạt trên 85%, với COD dòng ra dưới 50 mg/l Đặc biệt, hầu hết các vật liệu hữu cơ đều được phân huỷ hoặc hấp thụ sinh học trong thời gian chỉ từ 5 đến 10 phút sục khí, chứng tỏ khả năng xử lý hiệu quả của công nghệ này.