NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠNGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

LÊ THANH SƠN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÀNG KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN KẾT HỢP HỆ VI TẢO – VI KHUẨN XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐÔ THỊ HƯỚNG ĐẾN THU HỒI CACBON, NITƠ

Ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã ngành: 9520320

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, năm 2024

Công trình được hoàn thành tại:

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Địa chỉ: 142 Tô Hiến Thành, Quận 10, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 08.38651132; Fax: 08.38655670

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Bùi Xuân Thành Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Lê Đức Trung

(ghi rõ họ tên, chức danh khoa học, học vị)

Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:

(ghi rõ họ tên, chức danh khoa học, học vị)

Phản biện độc lập 1: Miễn Phản biện độc lập 2: Miễn

(ghi rõ họ tên, chức danh khoa học, học vị)

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại

vào lúc giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM

- Thư viện Viện Môi trường và Tài nguyên – ĐHQG-H

TỔNG QUAN

1 Đặt vấn đề

Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày sản sinh gần 10000 tấn chất thải rắn trong năm 2023, trong đó hơn 60% là chất thải hữu cơ Sản xuất khí sinh học từ chất thải này để phát điện được coi là một phương án tiềm năng cho việc tái chế chất thải Việc chuyển đổi thực phẩm thừa (food waste - FW) thành năng lượng sinh học và phân bón sinh học là một chiến lược hứa hẹn giải quyết vấn đề môi trường và kinh tế Quá trình phân hủy kỵ khí để sản xuất biogas

là một công nghệ phổ biến sử dụng để khai thác FW giúp giảm lượng khí thải nhà kính và phục hồi chất dinh dưỡng Gần đây, quá trình quang hợp đã trở thành một công nghệ thân thiện với môi trường và có lợi ích cho việc nâng cấp khí sinh học do có khả năng đồng thời loại bỏ CO2 và H2S khỏi khí sinh học và thu gom chất dinh dưỡng từ đầu ra của hệ thống phân hủy kỵ khí Vi tảo và vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh được kết hợp để loại bỏ hiệu quả CO2 và

H2S khỏi khí sinh học Vi tảo hấp thụ CO2 và giải phóng O2, trong khi vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh chuyển H2S thành SO42- Mặc dù hệ thống phân hủy kỵ khí tập trung vào xử lý COD, nước thải đầu ra không loại bỏ N và P, gây hiện tượng phú dưỡng và giảm chất lượng nước Trong khi đó vi tảo có thể loại bỏ chất dinh dưỡng từ nước thải và tạo sinh khối trong thời gian ngắn Tóm lại, hệ thống kết hợp giữa phân hủy kỵ khí và xử lý nước thải bằng vi tảo là một hướng đi mới Sinh khối tảo có thể sử dụng làm năng lượng, nhựa, phân bón, thức ăn chăn nuôi Khí sinh học từ phân hủy kỵ khí là nguồn năng lượng bền vững Bùn hữu cơ từ bể phân hủy có thể dùng làm phân bón cho nông nghiệp Đây là giải pháp cho việc xử lý chất thải và nước thải, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi nền kinh tế tuần hoàn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp công nghệ màng kỵ khí 2 giai đoạn (2S-AnMBR) và hệ thống màng sinh học tảo quay vòng (RABR) sử dụng hệ vi khuẩn - vi tảo để đồng phân hủy thực phẩm thừa với nước thải sinh hoạt nhằm hướng tới tăng

cường sản xuất năng lượng tái tạo thông qua thu hồi khí sinh học đồng thời sản xuất sinh khối tảo có giá trị, có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như nhiên liệu sinh học, thức ăn chăn nuôi và dược phẩm

Hình 0.1 Sơ đồ mô hình 2S-AnMBR kết hợp RABR

3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu đồng phân huỷ kỵ khí màng hai giai đoạn

2S-AnMBR (thuỷ phân và lên men mêtan) cho nước thải, và chất thải rắn hữu

cơ ở quy mô phòng thí nghiệm Mục tiêu của nội dung này bao gồm:

• Xác định tải trọng hữu cơ (Organic loading rate - OLR) tối ưu của hệ thống bao gồm bể thủy phân và bể UASB

• Đánh giá hiệu suất thủy phân của bể thủy phân ở các thời gian lưu nước khác nhau

• Đánh giá khả năng suất khí sinh học của bể UASB ở các tải trọng hữu

cơ khác nhau

• Đánh giá khả năng tích lũy VFA của bể UASB

• Đánh giá cộng đồng vi khuẩn trong hệ thống

• Xác lập cân bằng carbon và chất dinh dưỡng (N, P) cho quá trình đồng phân huỷ Từ đó xác định tiềm năng phát sinh năng lượng sinh học và tận dụng chất dinh dưỡng

• Đánh giá nghẹt màng trong AnMBR ở các tải trọng và thông lượng khác nhau

Nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng đồng nuôi cấy vi tảo - vi khuẩn để xử lý

nước thải sau kị khí trong bể phản ứng RABR bằng nước thải tổng hợp ở các tải trọng Nitơ và thời gian lưu nước khác nhau Dựa vào kết quả thực nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý thông qua việc loại bỏ chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho) và chất hữu cơ Đánh giá sản lượng sinh khối dựa vào TSS và Chlorophyll-a Xác định các thông số động học của quá trình

Nội dung 3: Tiếp tục nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải và sản

lượng sinh khối của công nghệ RABR ở bằng nước thải thực tế với tải trọng Nitơ tối ưu ở nội dung 2

4 Ý nghĩa của luận án

4.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp vào sự hiểu biết khoa học về quá trình phân hủy kỵ khí,

bể phản ứng sinh học màng và hệ thống màng sinh học vi tảo Nó khám phá

sự tương tác giữa các cộng đồng vi sinh vật khác nhau, chất nền hữu cơ và các thông số vận hành, cung cấp cái nhìn sâu sắc về các cơ chế và yếu tố phức tạp ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sinh khối khí sinh học và tảo Bằng cách tích hợp hệ thống 2S-AnMBR và RABR, nghiên cứu giải quyết những thách thức liên quan đến quản lý chất thải hữu cơ và xử lý nước thải Nghiên cứu nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất khí sinh học và sinh khối tảo Bằng cách điều tra các thông số vận hành khác nhau, chẳng hạn như thời gian lưu nước, tốc độ tải chất hữu cơ và tính sẵn có của chất dinh dưỡng, nghiên cứu tìm cách xác định các điều kiện hiệu quả nhất để tối đa hóa sản xuất năng lượng

và sinh khối

4.2 Ý nghĩa thực tế

Sự kết hợp giữa hệ thống 2S-AnMBR và RABR mang đến các giải pháp thiết thực để xử lý chất thải thực phẩm và nước thải nhà bếp Nó cho phép chuyển

đổi hiệu quả các dòng chất thải này thành khí sinh học, một nguồn năng lượng tái tạo có thể được sử dụng để sưởi ấm, phát điện hoặc sản xuất nhiên liệu, góp phần duy trì năng lượng bền vững và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Việc nghiên cứu sử dụng nước thải từ hệ thống 2S-AnMBR làm

cơ sở dinh dưỡng cho hệ thống RABR làm nổi bật tính thực tiễn của việc thu hồi và tái sử dụng chất dinh dưỡng có trong nước thải sinh hoạt Việc tối ưu hóa sản xuất sinh khối tảo trong hệ thống RABR mở ra cơ hội thực tế cho các ứng dụng khác nhau Sinh khối tảo có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học, thức ăn chăn nuôi, các hợp chất có giá trị cao, xử lý nước thải

và thu hồi carbon

5 Tính mới của luận án

Nghiên cứu này tập trung vào việc kết hợp hai hệ thống riêng biệt là AnMBR và RABR để xử lý nước thải và thu hồi tài nguyên, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng các chất thải Phương pháp tiếp cận này nhấn mạnh vào việc tạo ra năng lượng tái tạo dưới dạng khí sinh học (biogas) và sản xuất sinh khối tảo giàu protein, lipid và các hợp chất có giá trị Việc sử dụng chất thải thực phẩm và nước thải nhà bếp làm nguyên liệu cho hệ thống đồng phân hủy kỵ khí cung cấp một nguồn cung cấp phong phú và sẵn có, giúp tạo ra một quy trình bền vững và giải quyết các thách thức về quản lý chất thải Nghiên cứu cũng tận dụng nước thải từ hệ thống 2S-AnMBR để làm chất nền nuôi cấy giàu dinh dưỡng cho hệ thống RABR Việc này không chỉ cung cấp nguồn dinh dưỡng bền vững cho sự phát triển của tảo mà còn giúp quản lý hiệu quả nước thải bằng cách tái sử dụng nó như một nguồn tài nguyên quý giá thay vì loại bỏ Hệ thống bể phản ứng màng sinh học tảo quay vòng (RABR) là một khía cạnh mới của nghiên cứu, cho phép nuôi cấy vi tảo

2S-(Chlorella vulgaris) trên bề mặt màng sinh học Điều này nâng cao hiệu quả

sản xuất sinh khối tảo bằng cách tối ưu hóa tiếp xúc với ánh sáng, hấp thu chất dinh dưỡng và cải thiện quá trình trộn

Chương 1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 Mô hình 2S-AnMBR

Hệ thống 2S-AnMBR quy mô phòng thí nghiệm bao gồm bể thủy phân khuấy trộn hoàn toàn (Hydrolysis completely-stirred-tank reactor - HR), một hệ thống phản ứng sinh học màng kỵ khí (AnMBR), trong đó bao gồm bể dòng chảy ngược qua tầng bùn kị khí (UASB) nối tiếp bể phản ứng màng UF (Ultra-filtration membrane housing - UFMH) Một mô-đun màng UF polyethersulfone (PES) sợi rỗng với kích thước lỗ danh nghĩa 0.02-0.04 µm

và diện tích bề mặt 0.2 m2 được cố định vào trong bể phản ứng màng UF Thể tích làm việc của bể UASB và bể UFMH lần lượt là 12.5 L và 4.0 L, trong đó bể thủy phân khuấy trộn hoàn toàn (HR) có tổng thể tích 3.0 L và thể tích làm việc thay đổi dựa vào thời gian lưu bùn đã được thử nghiệm Thức ăn thừa và nước thải nhà ăn được lấy từ nhà bếp canteen Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Thức ăn thừa chủ yếu bao gồm rau củ hỏng, cơm thừa và thịt vụn Bể UASB sử dụng 7.0 lít bùn kỵ khí dạng hạt làm chất nuôi cấy được lấy từ bể UASB của một nhà máy xử lý nước thải lò mổ ở TP.HCM Hệ thống 2S-AnMBR vận hành ở 3 giai đoạn I, II và III tương ứng

tỉ lệ tải hữu cơ trung bình của toàn hệ thống lần lượt là 4.5, 5.6 và 6.9 kg COD/m3.d

Hình 1.1 Mô hình 2S-AnMBR

1.2 Mô hình RABR

Bể phản ứng trong hệ thống RABR có kích thước: dài x rộng x cao = 1.4m x 0.6m x 0.3m với thể tích tối đa là 140 L và thể tích làm việc là 120 L Cánh khuấy trục gồm 2 cánh đường kính 0.3 m và rộng 0.15 m Motor cánh khuấy của hệ thống có tốc độ quay 16 vòng/phút Polyester được chọn làm chất nền băng chuyền để tảo bám vào và tốc độ di chuyển được điều chỉnh thành 4 cm/s với diện tích bề mặt bám dính đạt 0.376 m2 Vùng thấp nhất của băng tải đặt chìm trong bể cách đáy bể 30 mm để cung cấp chất dinh dưỡng, trong khi phần còn lại của băng tải tiếp xúc với pha khí để tiếp cận trực tiếp với ánh sáng

Nghiên cứu được thực hiện trong hai giai đoạn Trong khoảng thời gian 3 tháng đầu (giai đoạn 1), hệ thống được vận hành theo từng mẻ với tốc độ nạp nitơ (NLR) khác nhau: 0.01, 0.02 và 0.03 kg N/m3.d Mục tiêu của giai đoạn này là xác định tốc độ nạp nitơ sẽ tối ưu hóa việc loại bỏ COD và chất dinh dưỡng cũng như sản xuất sinh khối Giai đoạn 2 nhằm mục đích nghiên cứu hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng, loại bỏ COD và năng suất sinh khối bằng cách sử dụng nước thải thực tế được thu gom từ đầu ra của hệ thống bể phản ứng sinh học màng kỵ khí hai giai đoạn (2S-AnMBR), cùng với tốc độ nạp nitơ tối ưu được xác định trong giai đoạn đầu tiên

Hình 1.2 Mô hình RABR

Chương 2 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

2.1 Mô hình 2S-AnMBR

2.1.1 Khả năng chuyển hóa COD

Hình 2.1Nồng độ SCOD và PCOD của thực phẩm thừa (FW), dịch thủy phân và hiệu suất thủy phân của bể HR ở các OLR khác nhau

Sự khác biệt về nồng độ và hiệu suất ở giai đoạn I và II, III là do OLR và HRT Hiệu suất thủy phân ở HRT 5 ngày (65%) tốt hơn HRT 2 ngày (34%) Tuy nhiên vì mục đích thu hồi cacbon, TCOD mất mát cao sẽ giải phóng nhiều CO2 và H2 ở bể HR => Giảm sản lượng khí mêtan ở hệ thống Vì vậy HRT 2 ngày (giai đoạn II và III) là phù hợp nhất cho hệ thống 2S-AnMBR theo mục tiêu thu hồi cacbon và tạo khí sinh học của đề tài nghiên cứu Dòng vào UASB duy trì tỷ lệ PCOD:TCOD ổn định ở cả 3 OLR (61 ± 3%)

Do đó, nước thải đầu vào của hệ UASB có thể coi là nước thải có nồng độ chất rắn cao Dựa vào kết quả cân bằng khối lượng, ước tính có khoảng 20-30% các hạt chất rắn hữu cơ ở dịch thủy phân vẫn tiếp tục tham gia vào quá trình thủy phân tạo axit ở bể UASB Quá trình thủy phân vẫn được tiến hành

ở giai đoạn thứ hai có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của quá trình tạo metan

do lượng VFA tạo ra quá nhiều và khó kiểm soát pH Mặc dù vậy, dưới sự ảnh hưởng của dòng vào có lượng chất rắn cao, hệ thống 2S-AnMBR trong

nghiên cứu hiện tại có thể đạt được hiệu suất ở trạng thái ổn định (khả năng loại bỏ COD đạt 94 ± 2%) ở mức OLR cao nhất (6.9 kg COD/m3.d)

Hình 2.2 Nồng độ PCOD và SCOD trung bình của dòng vào toàn hệ thống,

UASB, UHMF và dòng thấm ở các OLR khác nhau

2.1.2 Sản lượng khí sinh học (biogas)

Hình 2.3 Sản lượng khí sinh học ở các OLR khác nhau

Tỷ lệ trung bình thành phần CH4 và CO2 trong khí sinh học (biogas) lần lượt

là 68 ± 5% và 24 ± 4% trong suốt thời gian thí nghiệm Năng suất khí methane

cụ thể (SMP) của bể UASB ở tất cả các OLR không có sự khác biệt lớn Tuy vậy, năng suất khí mêtan cụ thể của bể UASB đạt mức trung bình 65.5% và

75.1% khi so với SMP của toàn bộ hệ thống 2S-AnMBR ở OLR 4.5 và 6.9

kg COD/m3.d, tương ứng

2.1.3 pH và VFA

Hình 2.4 Diễn biến theo thời gian của các giá trị: (a) pH và (b) nồng độ

VFA trong thí nghiệm Nhìn chung các giá trị pH này khá ổn định ở tất cả các OLR và khá tương đồng với các nghiên cứu vể đồng phân hủy kỵ khí 2 giai đoạn Mặt khác, có

sự tăng đáng kể nồng độ của nồng độ VFA trung bình trong bể HR từ khi HRT được điều chỉnh từ 5 ngày (Giai đoạn I: 4.92 ± 0.95 g/L) xuống còn 2 ngày (Giai đoạn II và III: 10.4 ± 5.4 g/L) Ngược lại, hiệu suất thủy phân giảm từ 65% ở HRT 5 ngày xuống còn 34-35% ở HRT 2 ngày Kết quả này cho thấy rằng quá trình axit hóa SCOD diễn ra nhanh hơn, trong khi quá trình thủy phân PCOD chính là bước giới hạn tốc độ trong bể HR Điều này chứng

tỏ vi khuẩn sinh axit hoạt động mạnh ở HRT thấp trong khi đó hoạt động của

các exoenzyme tiết ra từ các vi khuẩn thủy phân vẫn còn hạn chế Do đó, cần tăng độ pH trong bể HR lên đề tăng cường hiệu suất thủy phân

2.1.4 Tắc nghẽn màng

Bảng 2.1 Các thành phân trở lực của màng ở các OLR

Trở lực của lớp bánh thu được giá trị cao nhất (chiếm 93–94% R t), tiếp theo

là trở lực của màng (chiếm 5–7% R t) và thấp nhất là trở lực của lớp bám bẩn

không thể đảo ngược (1% R t) Sự khác biệt nồng độ VSS trong UFMH ở các OLR khác nhau là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt trong cơ cấu phân bố trở lực Các hạt keo mịn có kích thước trung bình từ 2 đến 9 μm là các chất bẩn chính không thể tách ra khỏi bề mặt màng UF một cách hiệu quả Việc

sử dụng chất keo tụ, chẳng hạn như phèn, polyme sinh học để kết tụ các hạt keo có thể là biện pháp tiềm năng để khắc phục sự tích tụ chất bẩn trên bề mặt màng

2.1.5 Cộng đồng vi khuẩn trong hệ thống 2S-AnMBR

Việc sử dụng chất thải thực phẩm đã làm giàu chi Lactobacillus cho quá trình chuyển hóa lên men/tạo axit ở bể HR Trái lại, so với HR chi Lactobacillus

ban đầu bị ức chế xuống chỉ còn 0.02%, trong khi đó các chi Acinetobacter (20.1%), Anaerolinea (7.3%) và Proteiniphilum (5.7%) được ưu tiên làm

giàu trong UASB Hiện tượng này là do sự hiện diện đáng kể của chi

Acinetobacter trong nước thải canteen nạp vào bể UASB Chi Acinetobacter

được xác định là thành phần phổ biến trong thực phẩm tươi sống, bao gồm thịt tươi, cá sống và rau củ Hơn nữa, kết quả phân tích từ thành phần VFA cho thấy rằng dịch thủy phân có hàm lượng axit axetic cao (chiếm từ 68-72% thành phần VFA), thành phần này đóng vai trò là nguồn cacbon được sử dụng

trong quá tổng hợp Acinetobacter ở UASB Nhìn chung, kết quả phân tích

cộng đồng vi khuẩn chứng minh rằng quy trình 2S-AD đã nêu bật lên sự khác

biệt giữa 2 giai đoạn gồm làm giàu Lactobacillus (pha tạo axit) và vi khuẩn

cộng sinh (pha mêtan) Do đó, quy trình 2S-AD có thể tránh được sự loại trừ cạnh tranh lẫn nhau giữa các vi khuẩn sinh axit và vi khuẩn sinh mêtan ở quá trình phân hủy kỵ khí 1 giai đoạn (1S-AD)

Hình 2.5 Sự phong phú tương đối (relative abundance) của cộng đồng vi

khuẩn ở cấp độ chi (genus)

Cổ khuẩn sinh mêtan chiếm ưu thế trong cả mẫu bùn hạt và UASB, chúng

bao gồm Methanobacterium (89.6 - 91%) và Methanosaeta (7.5 - 10.4%)