Việc bổ sung rỉ đường với mong muốn hình thành ECP giúp liên kết các tế bào vi sinh vật trong quá trình hình thành bùn hạt, tuy nhiên rỉ đường cũng là cơ chất cho một số vi sinh vật nên khi dừng bổ sung rỉ đường cấu trúc hệ vi sinh vật có thể thay đổi dẫn đến cấu trúc hạt bùn có thể cũng biến đổi theo. Đánh giá mức độ biến đổi cấu trúc bùn hạt thông qua việc đánh giá khả năng lắng (chỉ số lắng SVI), hình thái, kích thước và sự biến động thành phần vi sinh vật trong bùn hạt. Chỉ số lắng SVI của bùn hạt trong quá trình vận hành UASB được chỉ ra trong hình 3.24.
Trong quá trình vận hành hệ thống UASB, ban đầu SVI tăng nhẹ (sau 32 ngày SVI đạt 13,39 ± 0,21 mL/g), sau đó SVI giảm nhẹ. Sau 98 ngày vận hành, giá trị SVI đạt 11,48 ± 0,11 mL/g. Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải tổng hợp có tải lượng hữu cơ thấp, Yoochatchaval và cộng sự (2008) cũng chỉ ra rằng SVI tăng từ 12,5 đến 17,4 mL/g trong 76 ngày đầu, sau đó duy trì ổn định xung quanh giá trị 17,3±1,2 mL/g [189]. SVI của hạt bùn tăng nhẹ trong giai đoạn đầu vận hành hệ thống UASB có thể do sự thay đổi thành phần nước thải (không bổ sung rỉ đường) khiến cấu trúc hệ vi sinh vật thay đổi và làm thay đổi chỉ số lắng SVI. Sau một khoảng thời gian quá trình này được thiết lập lại và ổn định.
Hình 3.24. SVI của bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su
Hình thái bùn hạt trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su được chỉ ra trong hình 3.25.
89
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
Bùn hạt trước và sau quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su có màu đen, hạt tròn hoặc oval. Kích thước hạt bùn tăng đáng kể so với kích thước hạt ban đầu. Phân bố kích thước hạt bùn ngày 1 và ngày 98 ngày cũng được chỉ ra trong hình 3.26.
Hình 3.26. Phân bố kích thước bùn hạt ngày 1 và ngày 98 trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế cao su
Phân bố kích thước bùn hạt đã đã thay đổi đáng kể. Phân bố kích thước bùn hạt ngày 1 là kích thước hạt lớn hơn 2 mm chiếm 13,8%, từ 1-2 mm chiếm 24,9%, từ 0,5-1 mm chiếm 42,4% và nhỏ hơn 0,5 mm chiếm 19,0%. Phân bố kích thước bùn hạt ngày 98 là kích thước
90
hạt lớn hơn 2mm chiếm 21,4%, từ 1-2mm chiếm 39,4%, từ 0,5-1mm chiếm 37,9% và nhỏ hơn 0,5mm chiếm 1,4%. Kích thước lớn hơn 1mm của bùn hạt ngày 98 tăng 1,57 lần so với bùn hạt ngày 1. Như vậy trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, các vi sinh vật trong bùn hạt vẫn sinh trưởng và phát triển dẫn đến làm tăng kích thước tập hợp bùn hạt.
Trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su, hệ vi sinh vật trong bùn hạt cũng có sự biến động. Hình 3.27 chỉ ra sự biến động các ngành vi sinh vật của bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su.
Hình 3.27. Sự biến động các ngành vi sinh vật trong bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải cao su
Kết quả cho thấy ngành Chloroflexi tăng từ 6,5% lên 22,1%, ngành Proteobacteria giảm từ 28,7% xuống 5,3%, ngành Euryarchaeota tăng từ 19% lên 28%, các ngành khác khá ổn định. Tỷ lệ các ngành Chloroflexi, Firmicutes, Bacteroidetes và Euryarchaeota chiếm ưu thế trong bùn hạt ngày 98. Khi dừng bổ sung rỉ đường, các ngành chiếm ưu thế trong bùn hạt tương tự với bùn hạt khi tăng OLR và bổ sung AlCl3. Khi bổ sung rỉ đường đã thúc đẩy các nhóm vi sinh vật thuộc lớp Gammaproteobacteria phát triển và cạnh tranh cơ chất với các vi sinh vật thuộc lớp Anaerolineae khiến tỷ lệ các vi sinh vật trong lớp này giảm rõ rệt trong thời gia bổ sung rỉ đường. Khi ngừng bổ sung rỉ đường, các vi sinh vật thuộc lớp Gammaproteobacteria
giảm mạnh được thay thế bằng các vi sinh vật thuộc lớp Anaerolineae. Cụ thể, các chi
Comamonas, chi Corynebacterium và loài A. johnsonii giảm rõ rệt. Các vi sinh vật này chỉ chiếm một tỷ lệ không đáng kể. Như vậy, khi ngừng bổ sung 1 g/L rỉ đường các vi sinh vật chiếm ưu thế trong bùn hạt sẽ tương tự như trong các vi sinh vật trong bùn hạt tham gia vào con đường chuyển hóa vật chất đã được công bố bởi Lu (2014) [101].
91
Trong quá trình vận hành hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su tỷ lệ ngành
Euryarchaeota đã tăng lên đáng kể. Sự thay động tỷ lệ các nhóm cổ khuẩn sinh metan trong bùn hạt ngày 1 và ngày 98 được chỉ ra trong hình 3.28.
Hình 3.28. Tỷ lệ các nhóm methanogen của bùn hạt trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su
Kết quả chỉ ra rằng tỷ lệ các nhóm cổ khuẩn sinh metan trong bùn hạt ngày 98 đều tăng so với ngày 1. Các loài thuộc chi Methanosaeta tăng từ 13% lên 13,9%, chi Methanobacterium
tăng từ 5,08% lên 8,87%, chi Methanosphaera tăng từ 0,06% chiếm 3,12% và chi
Methanomassiliicoccus tăng từ 0,12% lên 1,39%. Các loài thuộc chi Methanosphaera chuyển hóa H2/CO2, H2/metanol thành metan [28]. Các loài thuộc chi Methanomassiliicoccus chỉ chuyển hóa H2/CO2 thành metan [43]. Như vậy trong quá trình vận hành hệ thống các loài cổ khuẩn đóng vai trò chủ chốt trong hạt bùn vẫn tiếp tục phát triển, bên cạnh đó một số loài có tỷ lệ rất nhỏ đã được tăng lên đáng kể đưa đến mức độ đa dạng của các loài sinh metan trong hạt bùn tăng lên.
Bùn hạt được hình thành khi bổ sung rỉ đường đã thích ứng và phát triển tốt trong nước thải sơ chế mủ cao su. Hiệu quả xử lý COD và hiệu suất sinh khí metan của bùn hạt cao hơn bùn phân tán, chỉ số lắng SVI của bùn hạt ổn định và hệ vi sinh vật có cấu trúc đa dạng.
92