Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Đánh giá hiệu quả xử lý Nitơ trong nước rỉ rác cũ bằng mô hình Snap với giá thể Biofix

Nhận thấy được các mặc hạn chế của công nghệ nitrate hoá/khử nitrate hoá cũng như các ưu điểm của công nghệ mới SNAP cho xử lý nitơ đối với loại nước thải này.. Bên cạnh đó, công nghệ si

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Mô hình thí nghiệm

Với các nghiên cứu trước đây của tác giả Phạm Khắc Liệu, Đào Vĩnh Lộc; Hồ Thanh Hiền đã thiết kế mô hình SNAP phù hợp hơn với việc bố trí lại giá thể, hệ thống cấp khí trong bể và đáy bể Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi vẫn giữ cách bố trí như vậy, nhưng khoảng cách giữa giá thể và thành bể vẫn chưa được tốt nên việc tăng khoảng cách này là điều cần thiết cho khả năng tuần hoàn nước cũng như đảm bảo không gian cho vi sinh vật gia tăng sinh khối Mô hình được bố trí theo sơ đồ sau:

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí mô hình phòng thí nghiệm

1 Bể chứa nước thải đầu vào 2 Bể chứa dung dịch NaHCO 3 3 Bơm định lượng nước thải đầu vào 4 Bơm định lượng NaHCO3

5 pH controller 6 Máy thổi khí

7 Van điều chỉnh lưu lượng khí 8 Bể phản ứng SNAP

Quá trình sục khí tại ống trung tâm giúp tránh bong tróc màng vi sinh trên giá thể và khuếch tán oxy vào nước, đảm bảo nhu cầu oxy hòa tan Sự xáo trộn của bọt khí tạo ra tuần hoàn và đối lưu nước, giúp phân phối đều nước thải và tiếp xúc tối đa với vi sinh vật bám trên giá thể, để xử lý hiệu quả amoni Hệ thống điều khiển tự động theo dõi pH bằng đầu dò, tự động bơm NaHCO3 khi pH giảm thấp hơn mức yêu cầu, giúp duy trì độ pH tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật.

3.1.2 Các thông số mô hình

Thùng chứa nước thải (rỉ rác) có thể tích 100 lít

Bể chứa dung dịch NaHCO 3 có thể tích 10 lít

Bơm định lượng nước thải đầu vào với lưu lượng Q = 0,5 L/h - 5 L/h

Bơm định lượng hóa chất NaHCO3 với lưu lượng Q = 0,5 L/h - 5 L/h

Hệ thống sử dụng bơm thổi khí để duy trì DO trong bể phản ứng để tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình SNAP

Vật liệu dính bám trong bể là giá thể biofix, có khối lượng gắn trên giá thể là 42 g

Tỉ lệ khối lượng giá thể trên thể tích bể là 42g/6,5 lít = 6,46 g/L

 Bể có dạng hình trụ với đáy hình nón, chiều cao H= 500 mm với:

+ Chiều cao an toàn H at = 80 mm + Chiều cao hữu ích Hhi = 420 mm

+ Chiều cao hình trụ Hht = 345 mm

+ Chiều cao đáy nón H n = 75 mm

 Vật liệu cấu tạo bể: Nhựa arcylic

Sau khi gắn giá thể vào, thể tích hữu dụng của bể là 6,5 lít

Nước thải được bơm định lượng bơm liên tục vào bể theo ống dẫn nước nhúng chìm trong bể.

Đối tượng nghiên cứu

3.2.1 Nước rỉ rác Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước rỉ rác cũ được lấy từ giếng thu gom trong bãi rác Gò Cát, huyện Bình Chánh, Tp.HCM Chúng được chứa trong can nhựa 30 lít và lưu trữ trong kho lạnh phòng thí nghiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường ĐH Bách Khoa TPHCM Do nước được lấy từ giếng thu gom, nên lượng DO trong nước hầu như không có, do đó nồng độ nitơ ammonium biến đổi rất ít sau 2 tuần lưu trữ Chính vì vậy, việc tiền xử lý nước thải là không cần thiết Thành phần nước rỉ rác cũ sử dụng cho quá trình thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Thành phần nước rỉ bãi rác Gò Cát

STT Chỉ tiêu Đơn vị Số liệu

(Nguồn: Hà Như Biếc và cộng sự, tháng 04/2012)

Nước thải còn một hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng với tỷ lệ C/N hay

BOD 5 /TKN = 0,013 Do đó, công nghệ SNAP được xem là phù hợp đối với tính chất nước thải này và cần được nghiên cứu thêm Trong nghiên cứu này, các chỉ tiêu trong nước rỉ rác được tham khảo trong bảng 3.1 Tuy nhiên, một số chỉ tiêu chính sử dụng trong nghiên cứu như TN, N- , N- , N- , COD vẫn được phân tích kiểm tra trong suốt quá trình vận hành thí nghiệm

Ngoài ra, nhằm tạo sự thích nghi cho vi sinh vật thuận lợi phát triển Ban đầu vận hành mô hình, chúng ta nên chạy thích nghi với nước rỉ rác nhân tạo được mô phỏng theo nước rỉ rác cũ: hàm lượng nitơ cao và chất hữu cơ (BOD5, COD) thấp, với lý do sau:

 Tránh nguy cơ cho các vi sinh bị ức chế bởi các tác chất có trong thành phần nước rỉ rác thật

 Tạo sự ổn định sinh khối của 2 loại bùn kết hợp này trước khi chạy nước rỉ rác thật

Thành phần nước rỉ rác nhân tạo được trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Thành phần nước thải nhân tạo mô phỏng nước rỉ rác [17]

Thành phần Đơn vị Giá trị

Sử dụng loại giá thể sinh học có tên Biofix được làm từ sợi acrylic (hình 3.4) do công ty NET, Nhật Bản sản xuất Tính chất giá thể được trình bày trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của giá thể sinh học Biofix

Thông số Đơn vị Giá trị* Độ dài sợi m/m 3 23,324

Diện tích bề mặt riêng m 2 /m 3 146,5 Đường kính sợi mm 2

*Giá trị được cung cấp bởi nhà sản xuất

Giá thể được gắn trên giá gắn giá thể có dạng hình trụ, có đường kính ngoài 92 mm, đường kính trong 62 mm, chiều cao là 300 mm, được thể hiện hình 3.5 Qua đó chúng ta ước tính được diện tích xung quanh khung hình trụ là 86700 mm 2 Nhưng diện tích này không được áp đặt bằng diện tích bề mặt giá thể sử dụng, do giá thể đã bị biến dạng Do đó, khối lượng giá thể sử dụng được xem là chính xác hơn khi cần xác định lượng giá thể sử dụng Qua đây, chúng ta sẽ biết được diện tích bề mặt giá thể thông qua khối lượng riêng và diện tích bề mặt riêng (do nhà sản xuất cung cấp) nếu cần

Khối lượng giá thể sử dụng 42 g

Hình 3.4 Cấu trúc giá thể sinh học Biofix

Hình 3.5 Giá gắn cho giá thể sinh học Biofix 3.2.3 Vi khuẩn/ bùn nuôi cấy ban đầu

Bùn nitrite hóa được lấy từ phòng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

Bùn anammox: Chủng vi khuẩn anammox có tên khoa học Unculture planctommeycetes-1 (AB057453) được lấy từ phòng thí nghiệm của GS Kenji Furukawa trường Đại học Kumamoto - Nhật Bản

Hai loại bùn được phối trộn thành hỗn hợp bùn SNAP có hàm lượng 5 g/L (tính theo MLSS) với tỉ lệ bùn hoạt tính:anammox là 4:6 Tương ứng với 2 g/L bùn nitrite hóa và 3 g/L bùn anammox.

Điều kiện vận hành

3.3.1 Giai đoạn khởi động mô hình

Theo nghiên cứu trước đây, Phạm Khắc Liệu cho khoảng pH phù hợp cho 2 loại vi khuẩn AOB và anammox là 7,5 – 7,8 Do đó, đây là điều kiện thích hợp cho vi sinh bám lên giá thể

Nước thải được cho vào bể phản ứng Theo kết quả thực tiễn, Chih-Cheng Wang et al cho rằng, hỗn hợp bùn SNAP có vi khuẩn anammox dính bám trước trên giá thể rồi mới cho vi khuẩn AOB vào dính bám, sẽ cho hiệu quả xử lý tốt hơn hỗn hợp bùn SNAP phối trộn chung 2 loại vi khuẩn này mới cho dính bám lên giá thể [15]

Trước hết, dùng khí nitơ thổi liên tục trong 24 h để đuổi khí oxy ra khỏi nước, tạo điều kiện cho vi khuẩn anammox dính bám trước

Cho bùn anammox vào bể (theo tỉ lệ bùn như 3.2.3), tiếp tục xục khí nitơ trong 24h nhằm tạo điều kiện xáo trộn, tuần hoàn nước trong bể giúp cho vi khuẩn anammox dính bám lên toàn bộ bề mặt giá thể

Sau khi cho bùn nitrite vào giá thể vi khuẩn anammox, dừng việc thổi khí nitơ và tiến hành thổi khí oxy trong 24 giờ Quá trình này nhằm tạo điều kiện trộn đều nước, giúp vi khuẩn AOB bám vào giá thể chứa vi khuẩn anammox, bao phủ lấy vi khuẩn anammox, đồng thời cung cấp điều kiện hiếu khí thích hợp cho hoạt động của vi khuẩn AOB.

Nước thải ở giai đoạn này là nước nhân tạo (theo bảng 3.2) nhằm tạo điều kiện thích hợp nhất cho sự phát triển của 2 loại vi khuẩn này (như đã trình bày ở 3.2.1)

Khoảng pH, DO, HRT trong giai đoạn này được trình bày trong giai đoạn 0 của bảng 3.4 bên dưới Thời gian vận hành trung bình mỗi giai đoạn khoảng 30 ngày

3.3.2 Giai đoạn khảo sát chính 3.3.2.1 Giai đoạn khảo sát hiệu quả xử lý của mô hình qua các tải trọng

Trong giai đoạn khảo sát chính, nồng độ nitơ ammonium được gia tăng theo thời gian, từ 100 đến 700 mg/L tương đương với 7 giai đoạn hay 7 tải trọng nitơ từ 0,2 đến 1,4 kg-N/m 3 ngày

Tiếp nối với giai đoạn thích nghi, giai đoạn I, II ta vẫn dùng nước thải nhân tạo nhằm gia tăng và ổn định sinh khối, hạn chế các yếu tố ảnh hưởng đến hệ vi sinh này có thể có trong nước rỉ rác thật Riêng ở giai đoạn II, vi sinh sẽ có sự thích nghi dần với nước rỉ rác thật (theo tỉ lệ trong bảng 3.4), bước đầu cho công tác khảo sát chính của hệ SNAP trong xử lý nước rỉ rác thật có nồng độ nitơ cao

Thời gian mỗi tải trọng tùy thuộc vào mức độ ổ định và khả năng xử lý của hệ thống, mẫu được lấy kiểm tra trên từng tải trọng, với các chỉ tiêu như: NH 4 , NO 2 , NO 3 , TN, kiểm soát các yếu tố FA (Free Ammonia), FNA (Free Nitrous Acids) trong bể

Ngoài các chỉ tiêu khảo sát chính để phục vụ mục tiêu đề tài, chúng tôi còn khảo sát chỉ tiêu COD nhằm đánh giá thêm khả năng xử lý của mô hình, để thuận lợi hơn khi áp dụng chúng vào thực tiễn

Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa Tp.HCM Mô hình đặt tại vị trí hạn chế có ánh sáng mặt trời để giảm sự phát triển của tảo Các thông số vận hành như bảng 3.4

 Giá trị pH được kiểm soát từ 7,3 đến 7,8 Nhằm tạo điều kiện cho các loài AOB và vi khuẩn anammox phát triển, đồng thời ức chế hoạt động của các loài NOB Kiểm soát pH trong bể phản ứng bằng dung dịch kiềm NaHCO3 có nồng độ 0,5M (nồng độ thích hợp để điều chỉnh pH) Nếu nồng độ của dung dịch NaHCO3 quá cao sẽ dẫn đến sự thay đổi pH trong bể phản ứng lớn và ngược lại, nếu nồng độ của dung dịch kiềm quá thấp sẽ dẫn đến sự sai lệch về thông số vận hành, như là HRT

Bảng 3.4 Các thông số vận hành trong giai đoạn khảo sát chính

Các thông số vận hành

Thành phần nước thải (Thật : Giả)% pH DO

Trong đó: (Thật : Giả) = tỉ lệ của nước rỉ rác thật trên nước rỉ rác tổng hợp theo đơn vị thể tích

 Nồng độ oxy hòa tan (DO) kiểm soát từ 1 đến 3,3 mg/L [3] Nhằm hạn chế sự phát triển của vi khuẩn NOB từ đó hạn chế sự chuyển hóa nitơ ammonium thành nitơ nitrate Bên cạnh đó, nồng độ DO thấp sẽ cung cấp vừa đủ lượng oxy cần thiết cho các loài AOB và không gây ức chế đối với vi khuẩn anammox

 Thời gian lưu nước (HRT) là 12 giờ [33] Vì nồng độ ammonium dòng vào tăng dần Do đó, để quá trình chuyển hóa ammonium và sự khả năng xử lý của vi khuẩn anammox diễn ra tốt nên HRT lớn hơn các hệ thống sinh học thông thường và tăng dần theo các giai đoạn vận hành

 Nhiệt độ: mặc dù nhiệt độ không được kiểm soát, nhưng nó cũng là yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình, ảnh hưởng trực tiếp tới DO, FA trong bể Do đó cần phải được chú ý tới

 Thời gian vận hành của các giai đoạn tùy thuộc vào mức độ ổn định và hiệu quả xử lý của hệ thống Thời gian dự kiến vận hành như sau:

Bảng 3.5 Tải trọng nitơ dự kiến theo thời gian

3.3.2.2 Khảo sát thông số vận hành HRT đến hiệu quả xử lý của mô hình SNAP ở tải 1,4 kg-N/m 3 ngày

Phương pháp lấy mẫu và phân tích

Các mẫu đầu ra được lấy trong quá trình vận hành vào các buổi sáng trong tuần (5 ngày/1tuần) để phân tích các chỉ tiêu nitơ nitrate (N-NO 3 ), nitơ nitrite (N-NO 2 ), nitơ ammonium (N-NH4

Trong nghiên cứu này, các chỉ tiêu chất lượng nước được khảo sát gồm có: nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng nitơ (TN), pH và oxy hòa tan (DO) COD được đo lường tại các điểm đầu, giữa và cuối kênh Các chỉ tiêu chất rắn lơ lửng (SS) và chất rắn lơ lửng bay hơi (VSS) chỉ được phân tích ở giai đoạn cuối của quá trình nghiên cứu.

Bảng 3.7 Các phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích Thiết bị

Ammonium (N-NH4) 4500-NH4 B [38] Dàn chưng cất Kjedahl Nitrite (N-NO 2 ) 4500-NO 2 - B [38] Máy Hactch DR-2800 Nitrate (N-NO 3 ) TCVN 4562:1988 Máy Hactch DR-2800 Tổng nitơ (TN) TCVN 6638:2000 Tủ phá mẫu, dàn chưng cất Kjedahl

Phương pháp phân tích Thiết bị

COD 5220-COD B [38] Tủ nung COD

Oxy hòa tan (DO) Máy đo DO cầm tay Máy đo DO Extech 407510, Mỹ pH Máy đo pH pH controller BL 931700, Hanna, Ý

- Nguyên lý phân tích nitơ nitrite (N- ): Xác định bằng phương pháp trắc quang dựa trên cơ sở hình thành hợp chất màu azo Nước thải chứa ion NO2

- tác dụng với GRISS (acid sulnanilic và naphthylamine) tạo thành acid azobenjol naphthylamine sulfonic có màu đỏ tía Sau 15 – 20 phút, tiến hành đo hỗn hợp màu này ở bước sóng 

- Nguyên tắc phân tích nitơ nitrat (N- ): Xác định bằng phương pháp trắc quang dựa trên cơ sở hình thành hợp chất phức có màu vàng của muối axit nitrosalixylic do ion NO3

- tác dụng với Natrisalixylat trong môi trường axit Xác định nồng độ trong khoảng 0,1 đến 20 mg/L, với bước sóng  = 420 nm

- Nguyên lý phân tích nitơ ammonium (N- ): Xác định bằng phương pháp chưng cất Dưới tác dụng của H2SO 4 các phân tử chứa nitơ tạo thành nitơ ammonium, nitơ ammonium tạo thành sẽ tác dụng với H2SO4 dư thành (NH4)2SO4 tan trong dung dịch Sau đó, nitơ ammonia bị đẩy ra khỏi dung dịch bằng NaOH và được cất vào dung dịch axit boric (đã có chỉ thị), sau đó chuẩn độ bằng dung dịch axit sunfuric cho đến khi dung dịch chuyển màu từ màu xanh nhạt sang màu đỏ tía thì dừng lại

- Nguyên lý phân tích tổng nitơ (TN): Dùng hợp kim Devarda (45% Al, 50% Cu,

5% Zn) để khử các hợp chất nitơ về dạng nitơ ammonium Sau khi làm bay hơi đến gần khô thì chuyển nitơ thành ammonium sunfat, khi có mặt axit sunfuric chứa kali sunfat ở nồng độ cao để làm tăng nhiệt độ sôi của hỗn hợp, đồng thời có mặt đồng

Để xác định hàm lượng nitơ amoniac, người ta sử dụng xúc tác Cu 2+ để giải phóng nitơ amoniac khỏi hỗn hợp Sau đó, thêm kiềm và tiến hành chưng cất vào dung dịch axit boric có chứa chỉ thị Lượng nitơ amoniac trong phần chưng cất được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch axit sunfuric 0,02N Quá trình chuẩn độ được dừng lại khi dung dịch chuyển từ màu xanh nhạt sang màu đỏ tía.

- Nguyên lý phân tích COD: hầu hết các chất hữu cơ đều bị oxy hóa khi đun sôi trong hỗn hợp cromic và acid sulfuric Mẫu được đun trong dung dịch acid mạnh với một lượng K2Cr2O7 dư được biết trước Sau quá trình phân hủy, lượng K2Cr2O7 bị khử còn lại được chuẩn độ với Ferrous ammonium sulfate (FAS) để đo lượng K2Cr 2 O 7 phản ứng và chất hữu cơ có khả năng bị oxy hóa được tính theo đương lượng của oxy

- SS: Sấy khô mẫu sau khi được lọc qua giấy lọc ở 105 0 C trong 2 giờ Xác định SS bằng lượng chênh lệch về khối lượng của giấy lọc trước và sau khi sấy khô

- VSS: Mẫu sau khi đã xác định SS trước đó, sẽ được tiếp tục sấy ở 550 0 C trong 2 phút Xác định VSS bằng lượng chênh lệch về khối lượng của giấy lọc trước và sau khi sấy khô

- Xác định thành phần vi sinh trong bể bằng kỹ thuật phân tích PCR (polymerase chain reaction): Phản ứng PCR dùng một đoạn mồi (primer) đặc hiệu để khuếch đại một đoạn DNA nhỏ đặc hiệu trên phân tử DNA Phản ứng PCR hoàn toàn dựa theo quá trình sao chép DNA trong tế bào, trong đó DNA được nhân lên theo cơ chế bán bảo tồn Từ một phân tử DNA chuỗi kép ban đầu được tách ra làm 2 chuỗi đơn, mỗi chuỗi đơn này sẽ làm khuôn mẫu cho việc tổng hợp ADN mới Quy trình phân tích bao gồm tách chiếc DNA, khuếch đại DNA với các cặp mồi chuyên biệt, xác định trình tự 16S rDNA của vi khuẩn tại công ty Macrogen Hàn Quốc và trình tự gen thu được so sánh với đoạn gen tương đồng trong ngân hàng dữ liệu gen NCBI bằng công cụ BLAST

Các mồi chuyên biệt cho anammox là Ana-5’ (5’-TAGAGGGGTTTTGATTAT-3’) và Ana-3’ (5’-GGACTGGATACCGATCGT-3’) [39].

Phương pháp tính toán và xử lý số liệu

a Tải trọng nitơ (LN) (kg-N/m 3 ngày): Tính toán theo công thức (3.1) N

Trong đó: Q = Lưu lượng bơm đầu vào, m 3 /ngày

C = Nồng độ nitơ đầu vào, kg-N/m 3 V = Thể tích bể phản ứng, m 3 b Thời gian lưu nước (HRT) (h): Tính toán theo công thức (3.2)

Trong đó: V = Thể tích bể phản ứng, m 3

Q = Lưu lượng bơm đầu vào, m 3 /ngày c Nồng độ nitơ ammonia (NH3-N)(mg/L): Tính toán theo công thức (3.3)

Trong đó: Vt = Thể tích acid sulfuric 0,02 N tiêu tốn để định phân mẫu, mL

V 0 = Thể tích acid sulfuric 0,02 N tiêu tốn để định phân mẫu trắng, mL V 1 = Thể tích mẫu đem phân tích, mL

C N = Nồng độ đương lượng của acid sulfuric, N d Nồng độ nitơ nitrite (N- ) (mg/L): Dựa vào đường chuẩn thiết lập tương ứng với từng mẫu hóa chất Giss khác nhau, nên đường chuẩn sẽ thay đổi, việc xác định nồng độ nitơ nitrite sẽ không cố định theo một phương trình nào cả

Ví dụ: Tính toán theo phương trình đường chuẩn (3.4) N- = 6,508x + 0,006 ; R 2 = 0,999 (3.4) Trong đó: x = Mật độ quang của mẫu đo được e Nồng độ nitơ nitrate (N- ) (mg/L): Dựa vào đường chuẩn thiết lập tương ứng với từng mẫu hóa chất Natrisalixylat khác nhau, nên đường chuẩn sẽ thay đổi, việc xác định nồng độ nitơ nitrate sẽ không cố định theo một phương trình nào cả

Ví dụ: Tính toán theo phương trình đường chuẩn (3.5) N- = (q – 0,0085)/1,1481 , R 2 = 0,996 (3.5) Trong đó: q = Mật độ quang của mẫu đo được f Nồng độ nitơ ammonia tự do (FA-Free ammonia) (mg N- /l): Theo công thức (3.6): pH

Công thức tính nồng độ axit nitrite tự do (FNA - Free nitrious acid) là: g = 10 - (0,0527 * pH * tanh(0,0969 * (t 0 - 25)) + 0,0244 * pH * tanh(0,057 * (t 0 - 20)))

Các thông số trong mô hình bao gồm: nồng độ nitơ nitrite (N-), giá trị pH trung bình (pH) và nhiệt độ trung bình trong bể phản ứng (t0) Hiệu suất chuyển hóa nitơ ammonium (ACE) và hiệu suất khử nitơ tổng (NRE) được tính toán theo các công thức (3.8) và (3.9).

Trong đó: Q = Lưu lượng bơm đầu vào, m 3 /ngày

V = Thể tích bể phản ứng, m 3 N-NH 4 + in = Nồng độ nitơ ammonium dòng vào, mg-N/L hoặc kg-N/m 3 N-NH 4 + out = Nồng độ nitơ amonium dòng ra, mg-N/L hoặc kg-N/m 3 TNin = Nồng độ nitơ tổng dòng vào, mg-N/L hoặc kg-N/m 3

TNout = Nồng độ nitơ tổng dòng ra, mg-N/L hoặc kg-N/m 3 i Tính SS và VSS (Suspended Solid và Volatile Suspended Solid) (mg/L): Tính toán theo công thức (3.10) và (3.11)

M 1 = Khối lượng giấy lọc ban đầu (đã sấy khô đến khối lượng không đổi), g M2 = Khối lượng giấy lọc đã lọc mẫu được sấy khô ở 105 0 C trong 1 giờ, g M 3 = Khối lượng giấy lọc đã lọc mẫu được sấy khô ở 550 0 C trong 15 phút, g V = Thể tích mẫu đem phân tích, mL j Xử lý số liệu: Việc tính toán, xử lý số liệu và vẽ biểu đồ dựa trên phần mềm Microsoft Office Excel, phiên bản 2007 Trị số trung bình X và độ lệch chuẩn S được tính theo công thức (3.12) và (3.13): n i i=1

(3.13) Trong đó: X = Giá trị trung bình

S = Độ lệch chuẩn X i = Giá trị của từng mẫu, với i từ 1 đến n mẫu n = Tổng số mẫu

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Giai đoạn khởi động mô hình

Công đoạn khởi động được thể hiện chi tiết trong phần 3.3.1 Các thông số vận hành như HRT = 12 h; pH = 7,5 – 7,8; DO = 0,5 – 1,0 mg/L và Q = 13 L/ngày Nhận thấy, khả năng tuần hoàn nước phụ thuộc hoàn toàn vào chế độ thổi khí (cấp DO) vào trong bể, nên duy trì DO thấp đồng thời khả năng tuần hoàn nước khó khăn hơn Vì thế vào những ngày đầu, một lượng bùn chưa bám tốt lên giá thể nên tuần hoàn thủ công được thực hiện nhằm tăng khả năng tuần hoàn, dính bám chúng lên giá thể

Khi nhận thấy toàn bộ lượng vi sinh trong bể đã dính bám lên giá thể Biofix (hơn 95% bám lên giá thể) được thể hiện trong hình 4.1, mặc dù vẫn còn một lượng rất nhỏ dưới đáy bể (không đáng kể) Và khả năng loại bỏ nitơ của mô hình khoảng 80 % (phân tích kiểm tra những ngày cuối) Đó cũng là mục tiêu chính của giai đoạn này giúp cho vi sinh bám tốt lên giá thể, tạo điều kiện hai loại vi sinh cùng phát triển và thích nghi tốt với nước thải Do đó giai đoạn thích nghi được dừng lại sau thời gian vận hành được ghi nhận khoảng 16 ngày

Sau giai đoạn khởi động, thí nghiệm tiếp tục được tiến hành để kiểm tra ảnh hưởng của từng tải trọng nitơ đối với hiệu quả của quá trình SNAP

Hình 4.1 Bùn trước và sau khi chạy thích nghi

Giai đoạn khảo sát chính

Do các nghiên cứu trước đây đều thực hiện với nước thải nhân tạo, nên trong nghiên cứu này, để đảm bảo cho các vi chuẩn vi sinh thích nghi với điều kiện nước rỉ rác thật Vì vậy trong các tải đầu có sự phối hợp giữa 2 loại nước thải thật và giả (trình bày trong bảng 3.4)

Khảo sát chính gồm 7 giai đoạn tương ứng với 7 tải trọng nitơ đầu vào tăng dần (0,2 kg-N/m 3 ngày; 0,4 kg-N/m 3 ngày; 0,6 kg-N/m 3 ngày; 0,8 kg-N/m 3 ngày; 1,0 kg- N/m 3 ngày; 1,2 kg-N/m 3 ngày và 1,4 kg-N/m 3 ngày) và 3 giai đoạn khảo sát thời gian lưu nước giảm dần 12 h, 10 h và 8 h Kết thúc giai đoạn III cũng là thời gian chuẩn bị nghỉ tết, nên mô hình được tạm dừng phân tích và vẫn cung cấp chất dinh dưỡng cho mô hình với các điều kiện vận hành giống giai đoạn III, nhưng HRT = 24 h Các giai đoạn tiếp theo được thực hiện sau kỳ nghỉ tết

4.2.1 Các thông số cần kiểm soát trong bể phản ứng SNAP

Để vận hành hiệu quả bể phản ứng SNAP, kiểm soát các thông số vận hành là điều cần thiết, bao gồm HRT, pH, DO, nhiệt độ, FA và FNA Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hệ vi sinh trong bể, do đó phải được kiểm soát chặt chẽ.

Các thông số pH, DO, nhiệt độ trong suốt 7 giai đoạn được đo vào 9 h và 15 h mỗi ngày để có kết quả trung bình khách quan nhất Chúng được thể hiện trong hình 4.2 và bảng 4.1

Trong hình 4.2, yếu tố nhiệt độ có khoảng dao động rất rộng do yếu tố này không được kiểm soát, mà phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt độ môi trường xung quanh Khoảng giá trị ghi nhận dao động từ 27 – 35 0 C gần giống với kết quả đo đạc của trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn thành phố Hồ Chí Minh (26 – 36 0 C) Nhiệt độ này rất thích hợp cho vận hành mô hình SNAP, 15 – 35 0 C [37] Bởi cả 2 loài vi khuẩn của mô hình đều là vi khuẩn ưa ấm Và đặc biệt ở khoảng nhiệt độ lớn hơn 25 0 C này, vi khuẩn

Quá trình khử nitơ bằng vi khuẩn anammox (AOB) có tốc độ tăng trưởng riêng và ái lực với oxy cao hơn vi khuẩn oxy hóa nitrite (NOB), giúp ức chế sự xuất hiện của NOB không mong muốn trong sinh khối bùn SNAP Thêm vào đó, nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của vi khuẩn anammox là từ 20 đến 43 °C.

Những ngày sau tết, nhiệt độ môi trường luôn cao khoảng 33 – 35 0 C, rất gần với điểm nhiệt độ tối ưu (35 0 C) do Liệu et al đưa ra cho mô hình SNAP [33]

Hình 4.2 Giá trị pH, DO và nhiệt độ trong suốt quá trình

Giá trị pH và thông số FA, FNA

Ngược lại, thông số pH có giá trị ổn định quanh giá trị 7.7 (xem trong bảng 4.1)

Do thông số này được kiểm soát bằng thiết bị pH controller Giá trị thiết lập này dựa trên nghiên cứu trước đó của Liệu là 7,5 – 7,8 [33] Bởi giá trị pH ảnh hưởng rất lớn tới hoạt động của vi khuẩn AOB và anammox, đồng thời ức chế sự phát triển của vi khuẩn NOB thông qua hai thông số FA và FNA Vì pH là yếu tố duy nhất để kiểm soát hai thông số FA, FNA theo công thức (3.6), (3.7) [11], mặc dù theo công thức FA và FNA cũng phụ thuộc vào nồng độ nitơ ammonium, nồng độ nitơ nitrite và nhiệt độ Nhưng

0 50 100 150 200 250 300 pH DO Nhiệt độ pH, DO (mg/L) Nhiệt độ(0 C)

I II III IV V VI VII

Nghỉ tết thông số nhiệt độ không được kiểm soát nên không thể điều chỉnh được và cả nồng độ nitơ ammonium, nồng độ nitơ nitrite lại có xu hướng thay đổi theo các tải trọng khác nhau, khó kiểm soát chúng Chính vì vậy, thông số pH được xem là yếu tố điều chỉnh duy nhất khi muốn kiểm soát nồng độ FA và FNA

Bảng 4.1 Giá trị trung bình pH, DO và nhiệt độ trong các giai đoạn vận hành

Thông số pH DO (mg/L) Nhiệt độ ( 0 C)

Như đã thể hiện phần 2.1.4.1, để hạn chế sự tồn tại của vi khuẩn NOB nhưng vẫn đảm bảo cho vi khuẩn AOB hoạt động tốt thì thông số FA và FNA phải được khống chế trong khoảng luôn nhỏ hơn 10 mg/L và 0,2 mg/L Và nồng độ FA và FNA phải luôn lớn hơn 0,82 mg/L và 0,83 mg/L Bởi vi khuẩn AOB luôn có ngưỡng chịu đựng nồng độ FA và FNA cao hơn nhiều so với vi khuẩn NOB Hình 4.3 và bảng 4.2 thể hiện mối liên hệ giữa FA và các đại lượng liên quan Các giá trị FA, pH và nhiệt độ có khoảng giá trị giao động gần nhau, chấp nhận được cho việc xác lập trên cùng trục toạ độ Nhưng N-NH4

Việc thể hiện giá trị lệch cao hơn của một thông số so với 3 thông số còn lại trên một trục tọa độ riêng giúp chúng ta dễ hình dung và xúc tích hơn về mối liên hệ của các thông số trên một đồ thị.

Hình 4.3 Mối liên hệ giữa FA, N-NH 4 + , pH và nhiệt độ

Nồng độ acid béo dễ bay hơi (FA) biến đổi theo sự thay đổi của nitơ amoni trong bể Khi nồng độ nitơ amoni đầu vào tăng đột ngột, lượng vi sinh vật không kịp tiêu thụ hết, dẫn đến nồng độ FA cũng tăng cao Ngược lại, ở cuối mỗi tải trọng, mật độ vi sinh ổn định hơn, tiêu thụ triệt để nitơ amoni, khiến cả hai nồng độ nitơ amoni và FA trong bể giảm rõ rệt.

N-NH4 pH Nhiệt độ FA Linear (FA)

Nồng độ N-NH 4 + trong bể (mg/L) pH, nhiệt độ và FA (mg/L)

I II III IV V VI VII

NOB trong bể Thời điểm sau tết tương ứng vận hành ở giai đoạn IV trở về sau, nồng độ nitơ ammonium trong bể cao hơn các giai đoạn trước kết hợp với điều kiện nhiệt độ cao giai đoạn này góp phần làm cho nồng độ FA ở đầu mỗi tải hơi cao hơn giá trị ức chế vi khuẩn AOB (10 mg/L), dẫn đến hiệu quả xử lý giảm Nhận biết được vấn đề này, chủ động giảm pH trong bể xuống mức kiểm soát hiện tại (kiểm soát pH ở 7,7) là điều cần thiết cho việc giảm nồng độ FA trong bể

Cũng theo hình 4.3, nồng độ FA có xu hướng tăng dần qua các tải trọng, nhưng không có sự thay đổi nhiều Qua các giai đoạn, nồng độ nitơ ammonium trong bể xu hướng tăng dẫn đến lượng FA trong bể cũng tăng theo Nhưng trong bảng 4.2, nồng độ trung bình FA có sự giảm nhẹ trở lại sau giai đoạn V, và giảm nhiều hơn ở giai đoạn VII Điều này cũng được hiểu rằng khi mật độ sinh khối đủ mạnh và ổn định hơn ở các giai đoạn cuối (VI, VII) thì khả năng thích ứng nồng độ FA cũng cao hơn và đặc biệt là khả năng xử lý nitơ ammonium cũng ổn định hơn, giúp cho lượng FA trong bể sinh ra giảm đi

Bảng 4.2 Nồng độ trung bình FA và FNA qua các giai đoạn

Thông số FA luôn ảnh hưởng tới hiệu suất chuyển hoá nitơ ammonium của mô hình Ngược lại thông số FNA lại gần như ít ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý nitơ của mô hình Theo công thức (3.7), ta dễ dàng xác định nồng độ FNA theo từng thời điểm nghiên cứu, thông số này phụ thuộc vào nồng độ nitơ nitrite trong bể, nhiệt độ và độ pH Tuy nhiên, nồng độ FNA trong bể trong suốt thí nghiệm là rất thấp, nên nó chỉ được tóm lược ở giá trị trung bình thể hiện trong bảng 4.2, FNA dao động trong khoảng (0.27 ± 0.11).10 -3 mg/L và (0.68 ± 0.23).10 -3 mg/L, thấp hơn rất nhiều so với nồng độ ức chế vi khuẩn AOB và NOB (0,2 – 2,8 mg/L) [11] Điều này được hiểu rằng nồng độ FNA phụ thuộc nhiều vào nồng độ nitơ nitrite có trong bể, mà ưu điểm của hệ SNAP là nồng độ nitrite sản sinh dư thừa rất ít (do lượng nitơ nitrite vừa tạo ra sẽ được vi khuẩn anammox tiêu thụ ngay) Vì thế nồng độ FNA sinh ra trong bể cũng rất thấp

Do đó thông số FNA hầu như không gây ảnh hưởng tới hoạt động của các vi sinh trong hệ SNAP

Bên cạnh thông số pH ảnh hưởng tới các quá trình trong hệ SNAP thì thông số DO có tầm quan trọng không kém Bởi nó cùng với pH tạo các điều kiện tối ưu cho 2 nhóm vi khuẩn anammox và AOB hoạt động tốt, đồng thời ức chế sự phát triển của vi khuẩn NOB Có thể xem DO là thông số ảnh hưởng lớn nhất tới hiệu suất của cả hệ phản ứng

Ảnh hưởng của thời gian lưu nước (HRT)

Sau khi khảo sát khả năng xử lý nitơ của mô hình SNAP qua 6 giai đoạn tương ứng 6 tải trọng khác nhau dưới các điều kiện được khảo sát ở các nghiên cứu trước đây về SNAP [3, 17, 33, 37], việc thay đổi tải trọng dựa vào gia tăng nồng độ nitơ ammonium đầu vào Kết quả cho thấy, hiệu quả loại bỏ nitơ của mô hình SNAP rất khả quan, có thể ứng dụng nghiên cứu quy mô pilot ngoài thực tế Nghiên cứu đã được chuyển hướng, bằng việc xem xét hiệu quả loại bỏ nitơ SNAP ở các tải trọng cao hơn thông qua thay đổi thời gian lưu nước và giữ cố định các điều kiện vận hành ở giai đoạn VII

Trong suốt quá trình khảo sát thời gian lưu nước, duy trì DO khoảng 5,3 ± 0,2 mg/L, nồng độ nitơ ammonium dao động khoảng 700 ± 3,6 mg/L, HRT được giảm dần từ 12 xuống 10 h và cuối cùng là 8 h (hình 4.9) Thời gian vận hành mỗi giai đoạn HRT là 30 ngày, tương xứng với thời gian nghiên cứu ở các giai đoạn trước đó Quan sát thấy hiệu quả chuyển hoá ammonium và hiệu quả loại bỏ nitơ có xu hướng giảm

Cụ thể, ở giai đoạn VII, HRT = 12 h, ACE và NRE tăng và ổn định tương tự với 6 giai đoạn khảo sát hiệu quả xử lý của mô hình trước đó lần lượt tăng từ 79 – 98 % và 70 – 89 %

Hình 4.9 Ảnh hưởng thời gian lưu nước trong mô hình SNAP

Tuy nhiên sau khi HRT giảm còn 10 h thì ACE và NRE có sự thay đổi mạnh, từ 98 % xuống 60 % và 89% xuống 52 %, sau đó chúng tăng dần trở lại và ổn định ở khoảng 70 ± 5 % và 57 ± 3 % Ở cuối giai đoạn HRT = 10 h, hiệu quả xử lý nitơ có phần hơi giảm do hàm lượng FA luôn vượt ngưỡng ức chế vi khuẩn AOB, nên ACE của quá trình không cao trong suốt giai đoạn này Ở HRT = 8 h, hiệu quả chuyển hoá và xử lý nitơ giảm xuống rõ rệt qua các ngày vận hành Đến ngày thứ 15 trong giai đoạn HRT 8 h, hiệu quả chuyển hoá ammonium và hiệu quả loại bỏ nitơ lần lượt là 44% và 38 % Kết quả này gần giống với nghiên cứu trước đây của Liệu et al về thời gian lưu nước của công nghệ SNAP Một số sinh khối bám dính trên giá thể bắt đầu có

Hiệu quả chuyển hoá và xử lý (%) NLR(kg-N/m3.ngày)

HRT = 12 h HRT = 10 h HRT = 8 h Phục hồi

Giai đoạn xác định sinh khối dấu hiệu bông ra, không còn khả năng bám tốt Hàm lượng sinh khối lơ lững tăng lên Điều này cho thấy hệ vi sinh AOB và Anammox bị ức chế nghiêm trọng, khả năng xử lý của mô hình rất thấp Vấn đề này được lý giải là vì thời gian lưu nước không đủ dài cho quá trình nitrite hoá bán phần diễn ra hoàn toàn, hàm lượng nitơ ammonium dư tăng cao, dẫn đến hàm lượng FA luôn vượt ngưỡng ức chế AOB (bảng 4.8) Hơn nữa pH trong nước rỉ rác luôn cao dao động khoảng 8,0 – 8,6 và nhiệt độ môi trường bên ngoài khoảng 31 – 33 0 C Do đó FA cao gấp 3 lần giá trị bình thường và ức chế vi khuẩn nitrite hoá Qua nghiên cứu này, chúng ta có thể rút ra được thời gian ức chế hoàn toàn hệ vi sinh kết hợp trong mô hình SNAP là trên 45 ngày Thời gian phục hồi lại khả năng xử lý của SNAP sau 30 ngày dao động ổn định trong khoảng gần 60 % khi HRT đưa về 12 h Giá trị này hơi thấp hơn giá trị ban đầu, cũng dễ hiểu là vi một phần sinh khối anammox bị mất đi trong giai đoạn ức chế hoàn toàn, chúng cần nhiều thời gian cho việc ổn định và tăng trưởng trở lại

Bảng 4.8 Nồng độ trung bình FA và FNA qua giai đoạn khảo sát HRT

Nhìn chung hướng nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý nitơ ở tải trọng cao chỉ phù hợp với việc gia tăng theo sự tăng nồng độ nitơ đầu vào Hay nói cách khác, thời gian lưu nước tối ưu cho quá trình SNAP vẫn là 12 h như Liệu đã khuyến cáo trước đó HRT

Đánh giá sinh khối (bùn) tạo thành

Qua quan sát bằng mắt thường, ta nhận thấy sinh khối bùn SNAP thay đổi màu sắc rõ rệt qua các giai đoạn vận hành, chúng chuyển từ màu vàng nâu dần chuyển sang màu nâu đỏ (hình 4.10) Điều này chứng tỏ vi khuẩn anammox đang phát triển rất tốt trong hệ vi sinh trên giá thể, vì đây là màu sắc đặc trưng của hệ vi khuẩn anammox Vì trong enzym Hzo của vi khuẩn Anammox có chứa các cytochrome c với nhân heme c, ion trung tâm của các heme này là sắt nên các vi khuẩn Anammox có màu đỏ đặc trưng khi quần tụ ở mật độ lớn [42]

Hình 4.10 Sắc thái bùn bám trên giá thể qua các giai đoạn

Như đã nêu ở trên, việc thay đổi tải trọng nitơ phụ thuộc vào việc tăng nồng độ nitơ ammonium đầu vào, nên nước rỉ rác sẽ được pha loãng về nồng độ nitơ thích hợp cho nghiên cứu Ở các tải trọng đầu, khi tỉ lệ pha loãng cao thì việc quan sát sinh khối tương đối dễ dàng Càng về các giai đoạn sau, việc quan sát sinh khối khó khăn hơn do tỉ lệ pha loãng nước rỉ rác thấp lại, màu sắc chất lỏng trong bể phản ứng đậm hơn

Riêng ở giai đoạn VII, sinh khối sinh ra tương đối nhiều, bám kín lên thành bể Do đó, chúng ta không quan sát được sắc thái sinh khối và bọt khí sinh ra trên giá thể Nhưng ở giai đoạn trước đó, sắc thái bùn cũng phần nào nói lên sự ổn định và hoạt động tốt của hệ sinh khối SNAP Chúng đã thật sự cộng sinh tốt với nhau, như là ACE và NRE lần lượt là 97 % và 85 % ở cuối giai đoạn VI

Hình 4.11 Hình ảnh bùn bám trên giá thể kết thúc vận hành

Sau khi kết thúc giai đoạn phục hồi, mô hình được tiến hành xác định sinh khối sinh ra Thời điểm này, màu sắc bùn không còn đỏ tươi như giai đoạn V, VI, VII nữa, nhưng nhìn góc độ cận (như hình 4.11) chúng vẫn thể hiện màu của vi khuẩn anammox Do sau thời gian ức chế dài đã làm thuộc tính bùn anammox yếu đi, sự quần hợp của chúng trong hệ bùn cũng không còn dày đặc như các giai đoạn trước Kéo theo màu sắc cũng có phần kém đỏ hơn Nhưng khi so sánh với lượng vi khuẩn lơ lững (bùn đáy) trong hình 4.12, nhận thấy lượng vi khuẩn bóc tách bên trong giá thể vẫn có màu đỏ tươi Điều này vẫn hợp lý khi xét trên hiệu xuất xử lý vẫn đạt khoảng 40 %, còn một lượng vi khuẩn sinh trưởng mạnh bên trong chưa chịu ảnh hưởng giai đoạn ức chế

Màu sắc của lượng bùn lơ lững có màu nâu đỏ thể hiện sự ức chế của loài vi khuẩn anammox (vi khuẩn kỵ khí) trong môi trường DO cao, không phát triển được

Tuy nhiên, các sắc thái bùn trên đây mới chỉ là điều kiện cần cho việc xác định sự tăng trưởng sinh khối trong hệ SNAP, cần phải làm rõ hơn về khối lượng gia tăng cũng như nhận dạng loài vi khuẩn nào đã tồn tại trong hệ SNAP để có kết luận chính xác về hệ sinh khối SNAP (được thể hiện trong hai phần 4.4.2 và 4.4.3)

4.4.2 Xác định sinh khối bùn

Việc xác định sinh khối bùn được tiến hành cuối giai đoạn khảo sát chính (giai đoạn VII) và kết thúc thí nghiệm Trong lần đầu xác định sinh khối trong bể nhằm mục đích kiểm tra mật độ sinh khối, mật độ dính bám để đánh giá hiệu quả vận hành so với nghiên cứu trước đó của Hồ Thanh Hiền [3] Lần xác định sinh khối sau nhằm tổng kết quá trình vận hành thí nghiệm Đưa ra các chỉ số thích hợp cho các nghiên cứu tiếp theo

Bảng 4.9 Các thông số SS, VSS của bùn ở cuối tải trọng 1,4 kg-N/m 3 ngày

Thông số Đơn vị SS VSS VSS/SS

Bùn bám trên giá thể g/g-giá thể 1,747 1,715 0,98 Bùn không bám giá thể g/Lthể tích bể 6,647 5,124 0,77

Tổng lượng bùn sinh ra g/Lthể tích bể 17,934 16,206 0,90 Nitơ loại bỏ

(ngày cuối tải 1,4) mg-N/g-SS.ngày 75,613 83,673

Tỉ số sản sinh bùn g/g-NH4 0,198 0,179

Tốc độ sản sinh bùn mg/ngày 364,27 329,18

Vào cuối giai đoạn VII – 1,4; mô hình đang hoạt động rất tốt với hiệu suất loại bỏ nitơ khoảng 87%, vì vậy các kết quả đo đạt trong bảng 4.9 có tỉ số VSS/SS trên giá thể là rất cao, thể hiện được mật độ vi khuẩn chiếm phần lớn trong sinh khối bám trên giá thể Đồng thời lượng bùn không bám trên giá thể cũng có mật độ lớn khoảng 6,5 g/L và VSS/SS = 0,77 Chứng tỏ mật độ bùn này vẫn có đóng góp cho hiệu quả loại bỏ nitơ Khi so sánh giai đoạn vận hành này với nghiên cứu của tác giả Hiền thì lượng vi sinh dính bám lên giá thể của tác giả thấp hơn (1,047 g-SS/g-giá thể) Nhưng lượng sinh khối không dinh bám (8,067 g-SS/Lbể) và tổng lượng sinh khối tạo ra (24,16 g- SS/L bể ) của tác giả là nhiều hơn trong nghiên cứu này [3] Và vấn đề quan trọng là hiệu suất xử lý nitơ trong nghiên cứu này tương đương với tác giả Mà lượng giá thể sử dụng trong nghiên cứu này ít hơn 2,5 lần của tác giả Hiền Do đó mật độ vi sinh trên giá thể có vai trò quyết định trong việc xử lý nitơ của mô hình SNAP, chứ không phụ thuộc vào lượng sinh khối trên giá thể hay trong bể (trong nghiên cứu này VSS/SS0,9 trong khi tác giả VSS/SS = 0,625) Có thể khẳng định rằng cách bố trí lại giá thể đã phù hợp hơn của tác giả và hạn chế được sự tắc nghẽn dòng tuần hoàn nước đối lưu trong bể, hạn chế các khoáng chất, bã cặn dính bám và chúng được vận chuyển dễ dàng xuống đáy bể

Một khía cạnh khác, khi xét theo các phản ứng nitrite hoá bán phần (phương trình 4.1) và phản ứng anammox (phương trình 4.2) trong môi trường bicarbonate bằng phương pháp cân bằng vật chất thì lượng sinh khối Nitrosomonas và Anammox tăng chậm theo tỉ số sản sinh bùn lần lượt là 0,081 g/g-NH 4 và 0,114 g/g-NH 4 [42]

Quay lại nghiên cứu này cũng có tỉ số sản sinh bùn là 0,198 g/g-NH 4 , tương đồng với tổng 2 tỉ số trên lý thuyết Phần dư có thể là do các loài vi khuẩn khác cùng tồn tại, dẫn đến nó sự sai số nhất định Có thể dùng tỉ số này (hoặc tốc độ sản sinh bùn) cho việc ước tính lượng sinh khối có thể tạo ra trong khâu kiểm tra thể tích bể phản ứng SNAP khi thiết kế

Bảng 4.10 Các thông số SS, VSS của bùn lúc kết thúc thí nghiệm

Bùn bám trên giá thể g/g-giá thể 1,332 1,262 0,95 Bùn không bám giá thể g/Lthể tích bể 3,167 1,898 0,60 Bùn rút bớt trong quá trình vận hành g 54,872 41,556 0,76

Tổng lượng bùn sinh ra g/Lthể tích bể 21,90 17,82 0,81 Tốc độ sản sinh bùn mg/ngày 358,58 291,72

Nitơ loại bỏ (ngày cuối vận hành) mg-N/g-SS.ngày 40,41 49,67

Nếu ở cuối giai đoạn VII, vi sinh đang phát triển cực tốt thì sau giai đoạn khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu nước tới mô hình SNAP, chúng có sự suy giảm mật độ cũng như sức sống thể hiện qua dấu hiệu bong tróc từng mảng ở cuối giai đoạn IX, một lượng bùn bám dính chuyển sang trạng thái lơ lững, hiệu quả xử lý nitơ suy giảm mạnh Do đó sau thời gian phục hồi, mật độ vi sinh dính bám giá thể đã bị suy giảm so với cuối giai đoạn VII (bảng 4.10) Và nitơ loại bỏ những ngày này cũng giảm rất lớn, gần bằng 1/2 so với giai đoạn xử lý hiệu quả cao, ổn định (40,41 < 75,61 mg-N/ngày)

Nghiên cứu của Phạm Khắc Liệu [33] trước đây chỉ ra lượng vi sinh bám giá thể đạt 0,52 g/g giá thể, lượng bùn trong bể là 7 g/L Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại đạt được kết quả khả quan hơn với mật độ vi sinh bám giá thể cao hơn và lượng bùn trong bể tăng gấp 3 lần so với nghiên cứu của Liệu Đây là mục tiêu chính của phương pháp xử lý sinh học, đặc biệt là công nghệ sử dụng vi sinh bám dính Nhờ vậy, hiệu quả xử lý nitơ của mô hình SNAP được cải thiện đáng kể so với trước đây.

4.4.3 Phân tích vi sinh học

Ngoài ra, trong nghiên cứu này cũng lấy mẫu để phân tích vi sinh học ở ngày vận hành thứ 232, tức ở giữa giai đoạn V tương ứng tải trọng 1,0 kg-N/m 3 ngày khi mà hiệu quả xử lý nitơ tương đối ổn định và màu sắc bùn chuyển sang màu đỏ (như đã nói phần 4.4.1) Mẫu được phân tích bởi Viện Sinh học Nhiệt đới, TPHCM

Kết quả phân tích PCR cho thấy hệ vi khuẩn anammox có độ tương đồng cao với chủng anammox đã biết trước đó, được thể hiện trong bảng 4.12 Các kết quả khác như dãy trình tự gen 16S rDNA của chủng khảo sát, cây phát sinh loài của chúng được thể hiện trong phần phụ lục 1 Và trong hình 4.13 sẽ thấy rõ hơn vạch phổ vi khuẩn anammox đã được ghi nhận

Bảng 4.11 Kết quả so sánh trình tự gen của vi khuẩn anammox

Tên loài vi khuẩn Độ tương đồng (%) Mã NCBI Mục tham khảo

Anaerobic ammonium oxidizing planctomycete KOLL2a 97 AJ250882 [24]

Uncultured anoxic sludge bacterium KU2 97 AB054007 [21]

Tên loài vi khuẩn Độ tương đồng (%) Mã NCBI Mục tham khảo

(Anoxic biofilm clone Pla1-1) 97 AF202660 [22]

Uncultured anoxic sludge bacteria KU1 96 AB054006 [21]

Trong đó: NCBI viết tắt của cụm từ “National Center for Biotechnology Information” tạm hiểu là trung tâm cơ sở dữ liệu về sinh học chung của thế giới Các mã (ví dụ AB054006) là mã số truy cập trên ngân hàng dữ liệu gen này (accession number of GenBank)

Hình 4.13 Kết quả khuyếch đại vùng 16S rDNA - anammox