Để so sánh hiệu quả xử lý nước thải sơ chế mủ cao su trong hệ thống UASB khi sử dụng bùn hoạt tính dạng hạt và bùn hoạt tính dạng phân tán, chúng tôi đã tiến hành chạy 2 hệ thống UASB. Để thuận tiện cho việc phân biệt quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su trong hệ thống UASB với bùn dạng hạt được gọi là UASB1 và bùn dạng phân tán gọi là UASB2. Sự biến động COD, OLR và hiệu quả xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải sơ chế mủ cao su trên 2 hệ thống được biểu diễn ở hình 3.21.
Trong quá trình tiến hành thí nghiệm, giá trị pH của nước thải dòng vào hệ thống UASB sử dụng bùn hạt (UASB1) từ 5,4 - 6,6 và pH dòng ra từ 6,8 - 7,8. Trong khi đó, giá trị pH dòng vào UASB sử dụng bùn phân tán (UASB2) từ 6,2 – 7,5 và giá trị dòng ra đạt 6,8 – 7,6 (kết quả không được trình bày). Hiệu suất xử lý COD của hệ thống UASB2 không ổn định, dao động trong khoảng rộng 51,6 %– 88,2%. Khi tăng OLR trong khoảng 0,9 – 4,3 kg- COD/(m3.ngày), COD dòng vào và dòng ra của hệ thống UASB2 tương ứng là 246 – 1168 mg/L và 29 - 244 mg/L. Khi tiếp tục tăng OLR trong khoảng 4,3 – 8,7 kg-COD/(m3.ngày), COD dòng vào và dòng ra của hệ thống UASB2 tương ứng là 1192 – 2405 mg/L và 341 - 517
85
mg/L. Khi nâng OLR của hệ thống UASB2 lớn 4,3 kg-COD/(m3.ngày), quá trình vận hành dễ gặp sự cố tắc nghẽn dòng ra do bùn bị rửa trôi làm biến động HRT dẫn đến làm thay đổi OLR thất thường. Như vậy, quá trình xử lý nước thải mủ cao su với bùn phân tán không ổn định. Hiệu suất xử lý COD của hệ thống UASB1 ổn định trong khoảng 92,6 - 95,8%. Tại OLR 15,3 kg-COD/(m3.ngày), COD dòng vào và dòng ra của hệ thống UASB1 lần lượt là 5448 mg- COD/L và 230 mg-COD/L tương ứng với hiệu suất xử lý COD là 95,8%. Sử dụng bùn hạt kỵ khí đã nâng cao tải trọng hữu cơ gấp 3,5 lần với hiệu quả xử lý tăng 7,6%.
Hình 3.21. Sự biến động COD, OLR, hiệu suất xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB
Hiệu suất xử lý của hệ thống UASB1 tương đồng với kết quả của Watari và cộng sự (2015), trong khi đó hiệu suất xử lý trong hệ thống UASB2 thấp hơn rất nhiều [182]. Nhiều nghiên cứu cho thấy khi dòng vào chứa hàm lượng N-NH3 trên 150 mg/L có thể gây tác động tiêu cực đến các cổ khuẩn sinh metan tuy nhiên giới hạn an toàn là 3000 mg/L [26]. Trong nghiên cứu này, hàm lượng N-NH3 từ 400 – 700 mg/L có thể ảnh hưởng tiêu cực đến các loài methanogen trong bùn phân tán khiến hiệu suất xử lý COD thấp và quá trình không ổn định.
86
Tuy nhiên, khi sử dụng bùn hạt hiệu suất xử lý vẫn cao và tương đối ổn định. Điều này có thể do bùn hạt có cấu trúc sắp xếp các cổ khuẩn sinh metan nằm ở phần tâm hạt, các vi khuẩn sinh axit ở lớp giữa và các vi khuẩn thủy phân ở lớp ngoài cùng đã bảo vệ cho nhóm cổ khuẩn sinh metan [70]. Việc sử dụng bùn hạt có thể chống sốc tốt hơn bùn phân tán khi hệ thống gặp các điều kiện bất lợi. Bên cạnh đó bùn hạt có khả năng lắng cao nên ít bị rửa trôi khỏi hệ thống, do đó trong quá trình vận hành hệ thống UASB có thể nâng cao tải trọng ô nhiễm hữu cơ.
Việc sử dụng bùn hạt kỵ khí đã nâng cao tải trọng hữu cơ gấp 3,5 lần với hiệu quả xử lý tăng 7,6% so với sử dụng bùn phân tán ở cùng điều kiện. Sử dụng bùn phân tán không những cho hiệu quả xử lý COD thấp mà còn không ổn định do bùn cản trở dòng ra của hệ thống UASB khiến OLR biến động thất thường.
Hiệu suất sinh khí metan và tốc độ sinh khí metan khi vận hành hai hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su sử dụng bùn hạt và bùn phân tán được trình bày trong hình 3.22 và hình 3.23.
Kết quả chỉ ra rằng hiệu suất sinh khí metan của hệ thống UASB1 ổn định với giá trị trung bình là 0,325 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa. Khi OLR đạt 15,3 kg-COD/(m3
.ngày), tổng lượng khí sinh ra đạt 112 L/ngày với thể tích metan là 97,8 L/ngày tương ứng với tỷ lệ khí metan là 84,4% và tỷ lệ thu hồi 95%. Hiệu suất sinh khí CH4 của hệ thống UASB2 không ổn định với giá trị trung bình đạt 0,123 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa tương ứng với tỷ lệ khí metan là 64,2% và tỷ lệ thu hồi đạt 35,1%. Hiệu suất sinh khí metan khi sử dụng bùn hạt tăng 2,86 lần so với bùn phân tán.
Hình 3.22. Hiệu suất sinh khí metan trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB
87
Hình 3.22. Tốc độ sinh khí trong quá trình xử lý nước thải sơ chế cao su của các hệ thống UASB
Vận hành hệ thống UASB bằng bùn hạt cho hiệu suất sinh khí metan cao hơn và ổn định hơn bùn phân tán. Hiệu suất sinh khí metan khi sử dụng bùn hạt tăng 2,86 lần so với bùn phân
88
tán. Khi vận hành hệ thống UASB bằng bùn hạt, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,325 m3- CH4/kg-CODchuyển hóa, thể tích khí thu hồi 112 L/ngày với tỷ lệ khí metan đạt 84,4%.