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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƢỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2016 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS.Nguyễn Lan Hƣơng PGS.TS Tô Kim Anh Phản biện 1: GS.TS Đặng Đình Kim Phản biện 2: PGS.TS Lê Gia Hy Phản biện 3: PGS.TS Trần Đức Hạ Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Nước thải sơ chế mủ cao su có mức độ ô nhiễm cao với lưu lượng lớn không xử lý triệt để tác động xấu đến môi trường Hiện nay, hiệu xử lý nước thải nhà máy cao su Việt Nam thấp, nước thải dòng không đạt theo tiêu chuẩn QCVN 01-MT:2015/BTNMT Kết khảo sát cho thấy nhiều hệ thống xử lý nước thải nhà máy cao su bị tải, đặc biệt vào tháng sản xuất cao điểm Tình trạng có nhiều nguyên nhân, nguyên nhân hệ thống xử lý nước thải thiết kế chưa đủ công suất Thêm vào đó, lưu lượng nước thải sơ chế mủ cao su thường xuyên biến động đòi hỏi thể tích công trình xử lý nước thải phải lớn nhà máy cao su thường nằm xen kẽ với khu dân cư nên khó tăng diện tích công trình Do đó, giải pháp lựa chọn tối ưu cho xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Việt Nam sử dụng thiết bị cao tải Hệ thống xử lý kỵ khí với dòng chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính (UASB) thiết bị cao tải sử dụng xử lý nước thải công nghiệp nhiều thập kỷ Hệ thống UASB có ưu điểm vận hành đơn giản, chịu tải trọng hữu (OLR) cao điều chỉnh chúng theo thời kỳ sản xuất nhà máy Ngoài hệ thống tiêu thụ lượng ít, diện tích xây dựng công trình nhỏ không phát tán mùi hôi Khí phát sinh trình xử lý nước thải thu hồi sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên, hiệu suất xử lý phụ thuộc vào trạng thái bùn Bùn phân tán dễ bị rửa trôi tăng tải trọng hệ thống Bùn hạt có khả chống rửa trôi, tạo trạng thái lơ lửng làm tăng khả tiếp xúc với chất, mật độ vi sinh vật bùn hạt cao bùn phân tán nên sử dụng bùn hạt dễ dàng nâng cao OLR hệ thống UASB Thời gian khởi động hệ thống UASB để bùn hạt hình thành thường kéo dài Chính để rút ngắn thời gian khởi động, tăng cường tách bùn dòng nhằm nâng cao hiệu xử lý hệ thống UASB "Nghiên cứu trình tạo hạt bùn hệ thống UASB nhằm xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su" cần thiết Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án 2.1 Mục tiêu - Nghiên cứu trình tạo bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB nhằm nâng cao lực hệ thống xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Đánh giá hiệu sử dụng bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên 2.2 Nội dung - Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Nghiên cứu điều kiện tạo bùn hạt hệ thống UASB; - Nghiên cứu cấu trúc quần xã vi sinh vật loại bùn hạt kỵ khí; - Đánh giá hiệu xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên UASB sử dụng bùn hạt; - Khảo sát điều kiện bảo quản bùn hạt Những đóng góp luận án - Là nghiên cứu khởi đầu cho hướng nghiên cứu tạo bùn hạt hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Việt Nam Bước đầu tìm hiểu cấu trúc quần xã vi sinh vật bùn hạt nhằm tìm vai trò chúng hình thành bùn hạt xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên - Thử nghiệm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su sử dụng bùn hạt hệ thống UASB đã nâng OLR lên 15,3 kg-COD/m3.ngày với hiệu suất xử lý COD đạt 95,8%, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,325 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa tương ứng với tăng OLR 3,5 lần, tăng hiệu suất xử lý COD 7,6% tăng hiệu suất sinh khí metan 2,86 lần so với sử dụng bùn phân tán điều kiện Bùn hạt có cấu trúc ổn định hoàn toàn phù hợp cho hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Bố cục luận án Luận án gồm 119 trang (không kể phụ lục) chia thành phần sau: Giới thiệu luận án trang, chương 1: tổng quan tài liệu 32 trang, chương 2: vật liệu phương pháp nghiên cứu: 12 trang, chương 3: kết thảo luận: 50 trang, kết luận chung trang, có 49 hình vẽ đồ thị, 13 bảng, 191 tài liệu tham khảo phụ lục B NỘI DUNG CHÍNH Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ngành công nghiệp cao su phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sơ chế mủ cao su Sản lượng cao su thiên nhiên toàn cầu năm 2015 12,2 triệu tấn, sản lượng cao su Việt Nam đạt xấp xỉ 1,1 triệu Sản xuất cao su thải môi trường 18 – 35 m3 nước thải Nước thải sơ chế mủ cao su chứa hàm lượng COD, BOD, SS, TN N-NH3 cao Các công nghệ xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Việt Nam phổ biến hồ kỵ khí – hiếu khí Công nghệ có nhược điểm phát tán khí nhà kính mùi hôi thối, cần diện tích xây dựng công trình lớn, thời gian lưu (HRT) dài phát sinh bùn dư Một số công nghệ đĩa quay sinh học, mương oxi hóa, xử lý theo mẻ (SBR) nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiêu tốn lượng Hiện giới xuất số nghiên cứu bước đầu ứng dụng hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su UASB thiết bị xử lý tốc độ cao thu hồi biogas 1.2 Hệ thống UASB Hệ thống UASB sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải có hàm lượng hữu cao Trong hệ thống UASB diễn hai trình: Lọc nước qua tầng cặn lơ lửng lên men lượng cặn bị giữ lại Dòng vào qua lớp bùn kỵ khí chứa vi sinh vật dạng hạt Nhờ vi sinh vật chứa bùn hạt mà chất hữu bị phân hủy thành metan cacbonic Sự chuyển động dòng khí khiến chất lỏng khuấy trộn Các hạt bùn trạng thái lơ lửng lắng cần thiết làm tăng mức độ tiếp xúc với vi sinh vật, chống rửa trôi bùn chế độ thủy lực cao Ưu điểm hệ thống UASB OLR cao, HRT ngắn, diện tích công trình nhỏ thu hồi biogas Nhược điểm hệ thống hiệu xử lý thấp bùn dạng phân tán, thời gian hình thành bùn hạt kéo dài từ - 12 tháng, chí hàng năm Vì vậy, xu hướng nghiên cứu tập trung rút ngắn thời gian tạo bùn hạt hệ thống UASB 1.3 Sự hình thành bùn hạt kỵ khí Bùn hạt kỵ khí quần xã vi sinh vật bao gồm loài vi sinh vật cần thiết cho phân hủy chất hữu xuất nước thải Bùn hạt có mật độ vi sinh vật dày đặc bao gồm hàng triệu tế bào gam sinh khối với đa dạng loài chuyển hóa nhanh chất hữu (1g bùn hạt chuyển hóa 0,5 – 1,0 g-COD/ngày) Kích thước hạt bùn lớn (0,5 mm < d < mm), tỷ trọng hạt bùn cao (1,033 – 1,065 g/cm3) hình dạng cân đối giúp chúng lắng nhanh nên dễ dàng tách sinh khối khỏi dòng Trong hệ thống UASB, bùn hạt hình thành thông qua tương tác tế bào vi sinh vật Các mô hình tạo hạt dựa thuyết vật lý, nhiệt động học vi sinh vật đưa để giải thích cho hình thành hạt bùn Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành bùn hạt OLR, HRT, chất, bùn giống, chất dinh dưỡng, ion hóa trị 3, nhiệt độ, pH nghiên cứu Thành phần vi sinh vật số loại bùn hạt xác định Tuy nhiên, có công trình nghiên cứu hình thành bùn hạt nước thải sơ chế mủ cao su Nghiên cứu tác động việc bổ sung 300mg-AlCl3/L đến trình hình thành bùn hạt Thái Lan Do đó, nghiên cứu trình hình thành bùn hạt nước thải cao su sơ chế mủ cao su tập trung nghiên cứu 1.4 Định hƣớng nghiên cứu Các nghiên cứu xử lý nước thải sơ chế mủ cao su số vấn đề chưa đề cập giải triệt để như: - Nước thải sơ chế mủ cao su chứa hạt cao su dư gây tắc dòng chảy, tích tụ hệ thống UASB ảnh hưởng đến hiệu xử lý cần lựa chọn phương pháp tiền xử lý nước thải sơ chế mủ cao su phù hợp để tách hạt cao su - Các nghiên cứu ảnh hưởng OLR đến trình hình thành bùn hạt chủ yếu nước thải tổng hợp với chất axetat, propionat sucroza, nước thải nhà máy bia, rượu Những loại nước thải có thành phần khác xa so với nước thải sơ chế mủ cao su Các thành phần axit béo nước thải sơ chế mủ cao su kìm hãm hình thành hạt bùn Chính vậy, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng OLR đến trình tạo bùn hạt kỵ khí - Mặc dù xuất nghiên cứu tác động 300mg-AlCl3/L đến trình hình thành bùn hạt nước thải sơ chế mủ cao su Thái Lan công nghệ đánh đông Thái Lan sử dụng axit H2SO4 nên nước thải chứa nhiều SO42- khác xa với nước thải sơ chế mủ cao su Việt Nam Hàm lượng SO42- tác động đến tập hợp vi sinh vật nên ảnh hưởng đến trình hình thành hạt bùn Do đó, cần nghiên cứu tác động việc bổ sung 300mg-AlCl3/L đến trình tạo bùn hạt nước thải sơ chế mủ cao su Việt Nam - Rỉ đường công bố chứa nhiều hydratcacbon thúc đẩy việc sản xuất polime ngoại bào (ECP) nâng cao khả hình thành bùn hạt Nước thải sơ chế mủ cao su chứa hydratcacbon nhiều axit béo bay (VFA) nên thời gian hình thành bùn hạt dài Vì vậy, tiến hành nghiên cứu bổ sung rỉ đường nhằm rút ngắn thời gian tạo bùn hạt nước thải sơ chế mủ cao su hệ thống UASB - Việc hiểu rõ vai trò tập hợp vi sinh vật trình hình thành bùn hạt xử lý nước thải sơ chế mủ cao su giúp điều khiển trình theo hướng có lợi Việc tiến hành xác định tập hợp vi sinh vật xác định vai trò chúng trình hình thành bùn hạt cần thiết - Các nhà máy cao su thường dừng sản xuất tháng để cao su phục hồi nên trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su tạm dừng Do đó, nhằm rút ngắn thời gian khởi động hệ thống vào vụ sản xuất cần nghiên cứu bảo quản bùn hạt Chƣơng VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu 2.1.1 Nước thải bùn giống - Nước thải sơ chế mủ cao su nhà máy tỉnh Thanh Hóa từ tháng đến tháng 12 năm 2013 - Bùn giống từ hệ thống xử lý kỵ khí nước thải tinh bột sắn (Yên Bái) 2.1.2 Hóa chất - Các hóa chất sử dụng phân tích: Sigma (Mỹ) (Wako, Nhật Bản); - Các kit thử COD TN (Hach, Mỹ); - Các hóa chất sinh học phân tử (MP Biomedicals Illumia, Mỹ); - Các hóa chất sử dụng xử lý nước thải (Trung Quốc) 2.1.3 Thiết bị - Hệ thống UASB quy mô 20 lít, kích thước 1444 x 104 x 104 mm có ổn nhiệt - Hệ thống bẫy cao su quy mô 43 lít 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Các phương pháp phân tích - Phân tích tiêu pH, SS, VSS SVI theo APHA (2005); - Phân tích TN COD kit thử theo tài liệu hướng dẫn hãng Hach (Mỹ); - Phân tích BOD theo quy trình nhà sản xuất máy Oxitop12 (WTW, Đức); - Phân tích thành phần VFA (axit axetic, propionic, N-butyric, Iso-butyric, N-valeric, Iso-valeric) hỗn hợp khí (CH4, N2, H2, CO2) phương pháp sắc ký khí với detector FID (GC-2014, Shimazu) TCD (GC-8A, Shimazu); - Phân tích NH4+ phương pháp sắc ký lỏng (LC-20Adsp, Shimazu); - Phân tích SMA theo phương pháp Harada công (1994); - Xác định phân bố kích thước hạt bùn theo phương pháp sàng ướt Francese công (1998); - Phân tích quần xã vi sinh vật phương pháp metagenomics hệ thống Miseq (Illumina, Mỹ) Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát đặc tính nƣớc thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên 3.1.1 Nước thải nhà máy khâu đánh đông Nước thải sơ chế mủ cao su lấy 20 mẫu/tháng vào tháng 4, 12 nhà máy cao su tỉnh Thanh Hóa Các mẫu nước thải phân tích tiêu: pH, COD tổng, BOD, SS, TN NNH3 VFA (axetic, propionic, Iso-butyric, N- butyric, Iso-valeric N-valeric) Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su khâu đánh đông thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Đặc tính nước thải khâu đánh đông nhà máy cao su Thanh Hóa Chất lƣợng nƣớc thải loại B (QCVN 01-MT:2015/BTNMT) Cơ sở Tháng 9/2013 Tháng 12/2013 Cơ sở hoạt động 4,6 – 4,7 5,1 - 5,2 6-9 6-9 16390 – 17950 27450 - 28940 200 250 8990 – 9870 15090 - 15120 50 50 870 – 930 1860 - 2020 100 100 730 - 790 630 - 670 60 80 210 – 260 380 - 420 40 60 Thời gian lấy mẫu Thông số Tháng 4/2013 pH 4,6 - 4,7 COD tổng 26100 - 27200 BOD 14300 - 14980 SS 1460 - 1520 TN 760 - 800 N-NH3 290 - 320 Đơn vị: mg/L, trừ pH Nước thải khâu đánh đông nhà máy cao su tỉnh Thanh Hóa có mức độ ô nhiễm cao: COD tổng, BOD, TN SS khoảng 17000 - 29000 mg/L, 8990 – 15120 mg/L, 630 – 800 mg/L 873 – 2020 mg/L Nước thải từ khâu ép, nước rửa cao su có hàm lượng chất hữu thấp khoảng 10 lần (kết không đưa ra) Nước thải cống chung nhà máy có hàm lượng COD tổng khoảng 3550 – 6270 mg/L Tỷ lệ BOD/COD 0,55 nên xử lý phương pháp sinh học Tuy nhiên chất rắn lơ lửng chủ yếu hạt cao su dư khó phân hủy bám bề mặt vi sinh vật dẫn đến kìm hãm trao đổi chất đồng thời gây khó khăn cho việc vận hành hệ thống UASB Do đó, hạt cao su dư cần loại bỏ trước xử lý hệ thống Hàm lượng VFA nước thải sơ chế mủ cao su khâu đánh đông phân tích Kết thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Hàm lượng VFA nước thải khâu đánh đông nhà máy cao su Thanh Hóa Thời gian lấy mẫu Thông số Tháng 4/2013 Tháng 9/2013 Tháng 12/2013 Giá trị trung bình VFA tổng 13210 6428 12860 10833 ± 3118 Axetic 5113 2956 4710 4260 ± 936 Propionic 7043 1932 7052 5342 ± 2411 Iso-Butyric 40 306 270 205 ± 118 N-Butyric 816 818 483 705 ± 157 Iso-valeric 80 296 270 215 ± 96 N-valeric 118 120 75 104 ± 21 Đơn vị: mg-COD/L Hàm lượng VFA tổng số nước thải khâu đánh đông 10833 ± 3118 mg/L, hàm lượng axit axetic axit propionic chiếm 40,4 ± 4,01% 46,07 ± 11,34% Hàm lượng VFA chiếm 81,18 ± 9,43% so với BOD Nước thải sơ chế mủ cao su khâu đánh đông nhà máy cao su địa bàn tỉnh Thanh Hóa có pH thấp (4,6 – 5,2), hàm lượng chất hữu cao (COD: 16390 – 28940 mg/L), giàu VFA (10833 ± 3118 mg/L) dễ phân hủy sinh học, hàm lượng TN đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng N-NH3 không gây độc cho trình phân hủy kỵ khí Tuy nhiên hàm lượng SS cao (870 – 2020 mg/L), hạt cao su dư dễ bám dính vào bùn nên cần loại bỏ trước xử lý hệ thống UASB 3.1.2 Nước thải đánh đông phòng thí nghiệm Hàng năm nhà máy cao su sản xuất tháng, để chủ động nguồn nước thải sơ chế mủ cao su tiến hành đánh đông mủ cao su li tâm phòng thí nghiệm Quy trình đánh đông tuân thủ theo quy trình nhà máy cao su Thanh Hóa Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su phòng thí nghiệm thể bảng 3.3 Bảng 3.3 Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su đánh đông phòng thí nghiệm Thông số Đơn vị Hàm lƣợng pH 4,7 - 5,0 COD tổng mg-COD/L 12830 - 15270 BOD mg-BOD/L 9040 - 10740 SS mg-SS/L 976 - 1139 TN mg-N/L 2450 - 3400 N-NH3 mg-N/L 1121 - 2299 VFA tổng số mg-COD/L 5455 - 10672 Axetic mg-COD/L 2030 - 3992 Propionic mg-COD/L 2110 - 4337 Iso-Butyric mg-COD/L 49 - 151 N-Butyric mg-COD/L 180 - 983 Iso-valeric mg-COD/L 49 - 258 N-valeric mg-COD/L 363 - 951 Nước thải đánh đông phòng thí nghiệm sử dụng mủ ly tâm có tỷ lệ BOD/COD 0,7; VFA/BOD từ 60,3 – 99,4%, TN từ 2450 – 3400 mg/L, N-NH3 từ 1121 – 2299 mg/L Nước thải đánh đông phòng thí nghiệm có thông số tương đương nước thải từ nhà máy cao su tỉnh Thanh Hóa trừ hàm lượng nitơ cao Hàm lượng nitơ nước thải tương đương với nước thải số nhà máy cao su Nam Bộ Do đó, sử dụng nước thải đánh đông phòng thí nghiệm thay nước thải sơ chế mủ cao su lấy nhà máy 3.1.3 Tiền xử lý nước thải nhà máy Trong công trình xử lý tại, hạt cao su dư nước thải vào hệ thống UASB kết tụ với bùn lên mặt nước, cản trở dòng khí thoát Hình 3.1 mô tả kết tụ hạt cao su dư hệ thống UASB A B Hình 3.1 Sự kết tụ cao su hệ thống UASB (A), hạt cao su kết tụ với bùn (B) Như vậy, việc loại bỏ hạt cao su yêu cầu bắt buộc trước tiến hành xử lý hệ thống UASB Để giảm lượng cao su dư mà tiêu tốn lượng, trình loại bỏ cao su dư tiến hành thiết bị bẫy cao su Nước thải sơ chế mủ cao su pha loãng với nước máy để đạt nồng độ COD theo yêu cầu Khả loại SS thiết bị bẫy cao su hình 3.2 Khi hàm lượng SS dòng vào từ 200 - 2000 mg/L, hiệu suất xử lý SS tỷ lệ thuận với hàm lượng SS dòng vào Nước thải dòng vào có hàm lượng SS khoảng 200 - 500 mg/L, 500 - 1000 mg/L 1000 – 2000 mg/L, hiệu suất xử lý SS 14,9 ± 6,9%, 50,2 ± 1,8% 70,8 ± 2,2% Khi hàm lượng SS dòng vào khoảng 2000 mg/L, hiệu suất xử lý SS thiết bị bẫy cao su đạt 73,0% với HRT 23 Hình 3.2 Hiệu suất xử lý SS biến động theo hàm lượng SS đầu vào Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su trước sau qua bẫy cao su bảng 3.4 Bảng 3.4 Đặc tính nước thải trước sau qua bẫy cao su Thông số pH COD tổng CODs BOD SS TN N-NH3 VFA tổng Axetic Propionic Iso-Butyric N-Butyric Iso-valeric N-valeric Đơn vị mg-COD/L mg-COD/L mg-BOD/L mg-SS/L mg-N/L mg-N/L mg-COD/L mg-COD/L mg-COD/L mg-COD/L mg-COD/L mg-COD/L mg-COD/L Nƣớc thải trƣớc bẫy cao su Nƣớc thải sau bẫy cao su 4,6 – 5,4 4735 - 9020 4200 -7450 2662 - 6278 274 - 2033 205 - 545 106 - 257 1343 - 5011 530 - 2043 613 - 2148 20 - 78 20 - 836 - 31 124 - 822 5,1 – 6,5 3585 - 7400 2736 - 7140 2734 - 6048 239 - 533 180 - 440 109 - 344 1979 - 5359 537 - 2081 776 - 2643 37 - 103 221 - 924 - 86 212 - 820 Nước thải sau qua thiết bị bẫy cao su có tỷ lệ BOD/COD 0,82, VFA tăng nhẹ Nước thải sau trình tiền xử lý tiếp tục xử lý hệ thống UASB 3.2 Nghiên cứu tạo bùn hạt hệ thống UASB 3.2.1 Hoạt hóa bùn hệ thống UASB Bùn hoạt hóa nước thải sơ chế mủ cao su từ nhà máy 73 ngày Nước thải pha loãng đến nồng độ thích hợp nước máy, pH: 6,8 – 7,2 OLR tăng khoảng 0,72 – 2,61 kgCOD/m3.ngày thông qua việc tăng COD dòng vào, HRT 18h Trong trình hoạt hóa, bùn lấy mẫu định kỳ sau 15 ngày xác định thông số: hoạt tính sinh metan riêng (SMA), chất rắn lơ lửng hỗn hợp lỏng (MLSS) chất rắn lơ lửng dễ bay hỗn hợp lỏng (MLVSS) Chỉ số thể tích lắng bùn (SVI) trước sau hoạt hóa xác định a Hoạt tính sinh metan riêng SMA bùn hoạt hóa hệ thống UASB biểu diễn hình 3.3 Hình 3.3 SMA bùn ảnh hưởng OLR đến SMA thời gian hoạt hóa SMA bùn giống 0,310 ± 0,007 gCH4-COD/gVSS.ngày Khi tăng OLR, SMA tăng theo đạt giá trị ổn định OLR > 2,65 kg-COD/m3.ngày Sau 73 ngày hoạt hóa bùn, SMA đạt 0,831 ± 0,013 gCH4-COD/gVSS.ngày với OLR 2,65 kg-COD/m3.ngày Như vậy, bùn sau trình hoạt hóa trạng thái hoạt động ổn định b Nồng độ MLSS, MLVSS số SVI Bảng 3.5 thay đổi hàm lượng MLSS MLVSS bùn giống bùn sau trình hoạt hóa theo chiều cao thiết bị Bảng 3.5 Hàm lượng MLSS MLVSS bùn giống bùn hoạt hóa Chiều cao thiết bị (cm) 17 32 47 62 77 92 107 122 137 MLSS (g/L) 72,54 106,78 90,11 79,43 67,82 48,52 28,76 15,41 11,32 10,34 Ngày MLVSS (g/L) 37,62 57,46 46,19 39,28 32,76 22,54 15,02 7,62 6,1 5,24 MLVSS/ MLSS 0,52 0,54 0,51 0,49 0,48 0,46 0,52 0,49 0,54 0,51 MLSS (g/L) 118,11 125,52 98,69 89,34 68,43 47,36 27,17 10,46 1,88 1,61 Ngày 73 MLVSS (g/L) 61,92 66,45 54,66 50,24 37,02 26,37 14,73 5,21 1,02 1,08 MLVSS/ MLSS 0,52 0,53 0,55 0,56 0,54 0,56 0,54 0,50 0,54 0,61 Hàm lượng MLSS bùn giống bùn sau hoạt hóa 73 ngày tương ứng 53,10 g/L 58,86 g/L MLVSS bùn giống bùn sau hoạt hóa 26,98g/L 31,86 g/L; tương ứng với tỷ lệ MLVSS/MLSS bùn giống bùn sau hoạt hóa 0,51 0,54 Khả lắng bùn biểu diễn thông qua số SVI SVI bùn giống (ngày 1) bùn hoạt tính (ngày 73) 59,3 mL/g 29,2 mL/g (hình 3.4) Như vậy, trình hoạt hóa bùn giống số SVI giảm, bùn có khả lắng tốt dạng phân tán Hình 3.4 SVI bùn ngày ngày 73 trình hoạt hóa hệ thống UASB Sau trình hoạt hóa bùn giống, SMA đạt 0,831 ± 0,013 gCH4-COD/gVSS.ngày, hàm lượng MLSS 58,9 g/L, tỷ lệ MLVSS/MLSS 0,5, số SVI đạt 29,2 mL/g Bùn có màu đen dạng phân tán, đạt trạng thái hoạt động ổn định 3.2.2 Nghiên cứu số điều kiện ảnh hưởng tới hình thành bùn hạt 3.2.2.1 Ảnh hưởng tải trọng hữu OLR thay đổi khoảng 1,01 ± 0,32 kg-COD/m3.ngày khoảng 3,10 ± 0,92 kgCOD/m3.ngày, HRT giữ 18h, nhiệt độ trì 35 oC 70 ngày Các thông số xác định: kích thước bùn hạt, thành phần khí, thể tích khí, COD SVI a Kích thước hạt bùn Khi vận hành UASB với OLR khoảng 1,01 ± 0,32 kg-COD/m3.ngày, bùn hạt không hình thành (như bùn giống hình 3.5A) Khi tăng OLR lên 3,10 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày hạt bùn hình thành Bùn hạt quan sát sau 45 ngày OLR 3,75 kg-COD/m3.ngày (hình 3.5B) sau 60 ngày vận hành OLR 3,95 kg-COD/m3.ngày (hình 3.5C) (A)-Bùn giống, (B)-Bùn OLR đạt 3,75 kg-COD/m3.ngày, (C)-Bùn OLR đạt 3,95 kg-COD/m3.ngày Hình 3.5 Hình thái bùn tăng OLR khoảng 3,10 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày Hình 3.6 Phân bố kích thước hạt bùn OLR đạt 3,75 3,95 kg-COD/m3.ngày Vào ngày 103, kích thước hạt bùn 2,0 mm chiếm 36,9%, kích thước 1,0 - 2,0 mm chiếm 39,9%, kích thước 0,5 - 1,0 mm chiếm 11,2% kích thước 0,5 mm chiếm 12,1% Tỷ lệ kích thước hạt bùn lớn 2,0 mm tăng 2,84 lần so với ngày 60 Như vậy, bổ sung 300 mg-AlCl3 kích thước hạt bùn tiếp tục phát triển theo thời gian b Chỉ số thể tích lắng bùn SVI bùn sau trình tạo bùn hạt nước thải sơ chế mủ cao su không bổ sung AlCl3 có bổ sung 300mg- AlCl3/L hình 3.11 Hình 3.11 Chỉ số SVI bùn bổ sung không bổ sung AlCl3 vào ngày 60 SVI bùn vào ngày 60 trình tạo bùn hạt nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung không bổ sung AlCl3 17,68 mL/g 16,64 mL/g Mặc dù SVI bùn hạt bổ sung AlCl3 cao không bổ sung AlCl3 chút bùn hạt lắng tốt c Hiệu suất sinh khí metan Hình 3.12 biểu diễn hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan hỗn hợp khí thu vận hành hệ thống UASB nước thải sơ chế mủ cao su không bổ sung AlCl3 bổ sung AlCl3 với HRT 18h, OLR tăng từ 1,2 – 4,2 kg-COD/m3.ngày Hình 3.12 Hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan bổ sung không bổ sung AlCl3 Tỷ lệ khí metan không bổ sung AlCl3 bổ sung AlCl3 80,6 ± 4,1% 81,8 ± 11,3% Hiệu suất sinh khí metan không bổ sung AlCl3 bổ sung AlCl3 0,260 ± 0,093 m3-CH4/kg- 11 CODchuyển hóa 0,322 ± 0,091 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa Như vậy, việc bổ sung 300 mg-AlCl3/L cải thiện hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan hệ bùn hệ thống UASB Khi vận hành hệ thống UASB nước thải sơ chế mủ cao su, bổ sung 300 mg-AlCl3/L, hạt bùn xuất sau 20 ngày Tại thời điểm ngày 60, kích thước hạt bùn mm chiếm 13%, cao mẫu không bổ sung AlCl3 (5,1%) Kích thước hạt bùn tiếp tục tăng theo thời gian (ngày 103, hạt có kích thước mm 36,9%) SVI đạt 17,68 mL/g Hiệu sinh khí metan đạt 0,322 ± 0,091 m3-CH4/kgCODchuyển hóa tỷ lệ khí metan hỗn hợp khí đạt 81,8 ± 11,3% 3.2.2.3 Ảnh hưởng rỉ đường Nước thải đánh đông phòng thí nghiệm pha loãng nước máy đến COD theo yêu cầu, bổ sung g/L rỉ đường, pH dòng vào 6,0 – 8,0, OLR khoảng 3,19 ± 0,68 kg-COD/m3.ngày, HRT 12h Các thông số xác định: kích thước bùn hạt, thành phần khí, thể tích khí, COD SVI a Kích thước bùn hạt Bùn hạt xuất vào ngày thứ 20 Hạt bùn có màu đen, hình cầu oval Kích thước tăng dần theo thời gian (hình 3.13) (A): 20 ngày (B): 38 ngày Hình 3.13 Hình thái bùn hạt hệ thống UASB có bổ sung rỉ đường Phân bố kích thước hạt bùn biểu biến hình 3.14 Vào ngày 20, kích thước hạt bùn từ mm chiếm 9,02%, kích thước 0,5 - mm chiếm 35,5% kích thước nhỏ 0,5 mm chiếm 55,5% Vào ngày 38, phân bố kích thước thay đổi, kích thước hạt bùn lớn mm chiếm 13,8%, kích thước - mm chiếm 24,9%, kích thước 0,5 - mm chiếm 42,4% kích thước nhỏ 0,5 mm chiếm 19% So với mẫu đối chứng (không bổ sung gì), bổ sung g/L rỉ đường rút ngắn thời gian tạo bùn hạt từ 45 ngày 20 ngày kích thước bùn hạt lớn Hình 3.14 Phân bố kích thước hạt bùn vào ngày 20 ngày 38 bổ sung rỉ đường b Chỉ số thể tích lắng bùn Hình 3.15 SVI bùn hạt vận hành hệ thống UASB với nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung 300 mg-AlCl3/L bổ sung g/L rỉ đường Chỉ số SVI bùn hạt trình vận hành hệ thống UASB với nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung g/L rỉ đường đạt giá trị thấp (12,03 mL/g) Do đó, bổ sung g/L rỉ đường chọn để tạo bùn hạt cho thí nghiệm 12 Hình 3.15 Chỉ số SVI cùa bùn hạt bổ sung AlCl3 rỉ đường c Hiệu suất sinh khí metan Hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan hỗn hợp khí trình tạo hạt biểu diễn hình 3.16 Hình 3.16 Hiệu suất sinh khí metan tỷ lệ khí metan vận hành UASB nước thải sơ chế mủ cao bổ sung AlCl3 rỉ đường Hiệu suất sinh metan 38 ngày đầu bổ sung 1g/L rỉ đường 0,289 ± 0,07 m3-CH4/kgCODchuyển hóa 22 ngày không bổ sung rỉ đường 0,324 ± 0,037 m3-CH4/kgCODchuyển hóa với tỷ lệ khí metan chiếm 85,0 ± 3,1% Khi bổ sung rỉ đường với liều lượng g/L vào nước thải sơ chế mủ cao su thời gian hình thành bùn hạt hệ thống UASB rút ngắn Hạt bùn hình thành sau 20 ngày vận hành điều kiện OLR 3,31 ± 0,68 kg-COD/m3.ngày, HRT 12h Sau 38 ngày kích thước hạt bùn lớn mm 13,8% Chỉ số SVI giảm đến 12,03 mL/g Hiệu suất sinh khí metan 0,324 ± 0,037 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa tỷ lệ khí metan 85,0 ± 3,1% 13 Bảng 3.6 tổng hợp phương án tạo bùn hạt tính chất bùn hạt tăng OLR, bổ sung AlCl3, bổ sung rỉ đường Bảng 3.6 Tính chất bùn hạt kỵ khí điều kiện khác Thông số kiểm soát OLR: 3,10 ± 0,92 kg-COD/m3.ngày Điều kiện vận hành OLR: 3,18 ± 0,74 kg-COD/m3.ngày 300 mg-AlCl3/L SVI hạt bùn (mL/g) 16,64 17,1 Hiệu suất sinh metan 60 ngày 0,260 ± 0,093 0,322 ± 0,091 (m3-CH4/kg-CODchuyển hóa ) Thời gian xuất hạt bùn (ngày) 45 20 Đường kính hạt xuất (mm) d[...]... và bổ sung vi sinh vật này từ bên ngoài vào hệ thống UASB 3.4 Xử lý nƣớc thải sơ chế cao su bằng UASB sử dụng bùn hoạt tính dạng hạt 3.4.1 Hiệu quả xử lý của bùn hạt Sự biến động COD, OLR và hiệu su t xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su trên 2 hệ thống được thể hiện ở hình 3.21 Hình 3.21 Sự biến động COD, OLR, hiệu su t xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của... bùn biến động không đáng kể Hình 3.25 chỉ ra hình thái bùn hạt trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Phân bố kích thước hạt bùn ngày 1 và ngày 98 ngày chỉ ra trong hình 3.26 B- Bùn giống, C -Bùn sau 98 ngày Hình 3.25 Hình thái bùn hạt ngày 1 và ngày 98 trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Hình 3.26 Phân bố kích thước bùn hạt ngày 1 và ngày 98 trong hệ. .. Các hạt bùn có kích 20 thước lớn hơn 1 mm vào ngày 98 tăng 1,57 lần so với ngày 1 Như vậy trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su kích thước bùn hạt có xu hướng tiếp tục phát triển trong hệ thống UASB Hình 3.27 mô tả sự biến động các ngành vi sinh vật trong bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su bằng hệ thống UASB Hình 3.27 Sự biến động các ngành vi sinh vật trong bùn hạt trong. .. lượng chất hữu cơ cao (COD: 16390 – 28940 mg/L), giàu VFA (10833 ± 3118 mg/L), hàm lượng SS cao (870 – 2020 mg/L) Nước thải dạng này cần qua công đoạn tiền xử lý nhằm tách các hạt cao su dư trước khi xử lý trong hệ thống UASB tránh gây tắc đường ống 2 Đã nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống UASB xử lý nước thải cao su: - Bùn phân tán được hoạt hóa trong nước thải cao su trong 73 ngày với... khí thu hồi 112 L/ngày với tỷ lệ metan đạt 84,4% 3.4.2 Đánh giá sự thay đổi cấu trúc hạt bùn Chỉ số SVI của bùn hạt trong quá trình vận hành UASB được chỉ ra trong hình 3.24 Hình 3.24 SVI của bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, SVI tăng nhẹ (sau 32 ngày SVI đạt 13,39 ± 0,21 mL/g), sau đó SVI bắt đầu giảm nhẹ... sau thời gian xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Như vậy, bùn hạt có khả năng thích ứng tốt 21 Bùn hạt được hình thành khi bổ sung rỉ đường đã thích ứng và hoạt động tốt trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Hiệu su t xử lý COD và hiệu su t sinh khí metan của bùn hạt cao hơn bùn phân tán, chỉ số SVI của bùn hạt ổn định, hệ vi sinh vật có cấu trúc đa dạng hơn 3.5 Điều kiện bảo quản hạt bùn 3.5.1 Sự thay... 35,1% Hiệu su t sinh khí metan của bùn hạt tăng 2,86 lần so với bùn phân tán Hình 3.23 Hiệu su t sinh khí metan trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB 19 Khi sử dụng bùn hạt hiệu su t sinh khí metan cao hơn và ổn định hơn sử dụng bùn phân tán Hiệu su t sinh khí metan của bùn hạt tăng 2,86 lần so với bùn phân tán Khi sử dụng bùn hạt trong vận hành hệ thống UASB, hiệu su t sinh... b Chỉ số thể tích lắng của bùn Hình 3.15 chỉ ra SVI của bùn hạt khi vận hành hệ thống UASB với nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung 300 mg-AlCl3/L và bổ sung 1 g/L rỉ đường Chỉ số SVI của bùn hạt trong quá trình vận hành hệ thống UASB với nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung 1 g/L rỉ đường đạt giá trị thấp nhất (12,03 mL/g) Do đó, bổ sung 1 g/L rỉ đường được chọn để tạo bùn hạt cho các thí nghiệm tiếp... của các hệ thống UASB Trong quá trình vận hành hệ thống UASB, pH của nước thải dòng vào hệ thống UASB sử dụng bùn hạt (UASB1 ) trong khoảng 5,4 - 6,6 và pH dòng ra trong khoảng 6,8 - 7,8 pH dòng vào hệ thống UASB sử dụng bùn phân tán (UASB2 ) trong khoảng 6,2 – 7,5 và pH dòng ra trong khoảng 6,8 – 7,6 (Kết quả không được trình bày) Hiệu quả xử lý COD của hệ thống UASB2 không ổn định, dao động trong khoảng... của bùn vào ngày 60 của quá trình tạo bùn hạt trong nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung và không bổ sung AlCl3 lần lượt là 17,68 mL/g và 16,64 mL/g Mặc dù SVI của bùn hạt bổ sung AlCl3 cao hơn khi không bổ sung AlCl3 một chút nhưng bùn hạt vẫn lắng tốt c Hiệu su t sinh khí metan Hình 3.12 biểu diễn hiệu su t sinh khí metan và tỷ lệ khí metan trong hỗn hợp khí thu được khi vận hành hệ thống UASB bằng nước ... trúc hạt bùn Chỉ số SVI bùn hạt trình vận hành UASB hình 3.24 Hình 3.24 SVI bùn hạt trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Trong trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, ... UASB 3.4 Xử lý nƣớc thải sơ chế cao su UASB sử dụng bùn hoạt tính dạng hạt 3.4.1 Hiệu xử lý bùn hạt Sự biến động COD, OLR hiệu su t xử lý COD trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su hệ thống thể... thái bùn hạt ngày ngày 98 hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Hình 3.26 Phân bố kích thước bùn hạt ngày ngày 98 hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế cao su Phân bố kích thước bùn hạt