2.1.1. Đối tượng
EPS được tách trực tiếp từ bùn thải sinh học phát sinh từ hệ thống XLNT sinh học.
a) Bùn thải
Bùn thải sử dụng trong nghiên cứu được lấy tại từ bể hiếu khí của hệ thống XLNT nhà máy bia Hà Nội tại Mê Linh, bùn được để lắng, gạn dần phần nước trong và cô đặc tới nồng độ 40 g MLSS/l, sau đó được pha ra nồng độ 20 g MLSS/l và bảo quản trong tủ lạnh ở điều kiện nhiệt độ 4oC để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.
b) Cao lanh
Để đánh giá hoạt tính tạo bơng của EPS, cao lanh được sử dụng nhằm tạo được dung dịch có hàm lượng chất rắn lơ lửng ổn định. Cao lanh có thế bề mặt âm (- 30 mV), tương đương với thế bề mặt của bùn sinh học, nên khi pha vào nước sẽ tạo dung dịch ở dạng huyền phù, khó lắng [10]. Cao lanh sử dụng trong nghiên cứu là loại có kích thước hạt nhỏ hơn 45 µm, lấy tại nhà máy sản xuất cao lanh ở tỉnh Phú Thọ. Tại phịng thí nghiệm, cao lanh được rửa sạch tạp chất bằng H2SO4, sấy khô trước khi sử dụng.
c) Thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm được sử dụng trong nghiên cứu là các loại thuốc nhuộm hoạt tính bao gồm Yellow CL2R, Blue CLBP và Red CL5B. Bảng 2.1 liệt kê tên và bước sóng hấp phụ cực đại của các loại thuốc nhuộm được sử dụng.
Mẫu nước nghiên cứu là mẫu giả định có nồng độ 100 mg/L được pha từ ba loại thuốc nhuộm.
Bảng 2.1. Danh sách thuốc nhuộm dược sử dụng trong thí nghiệm đánh giá khả năng loại màu thuốc nhuộm của EPS
STT Tên thuốc nhuộm λ max (nm)
1 Yellow CL2R 418
2 Blue CLBP 626
3 Red CL5B 514
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
a) Các phương pháp tách polymer ngoại bào
Trước khi tách EPS, bùn được rửa sạch 2 lần bằng nước, cô đặc lại tới nồng độ (20 g/L). Quy trình cụ thể của các phương pháp tách được mơ tả trên Hình 2.1 .
Các phương pháp tách EPS từ bùn thải được sử dụng gồm:
- Phương pháp đơn: Ly tâm, HCHO, EDTA dạng muối, EDTA dạng axit, NaOH, H2SO4, HCl.
- Phương pháp kết hợp: HCHO kết hợp với EDTA dạng muối, HCHO kết hợp với EDTA dạng axit, HCHO kết hợp với NaOH.
b) Phương pháp polymer ngoại bào tách đơn
Phương pháp ly tâm: 70ml bùn sinh học được ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg [59]. Dưới tác dụng của lực ly tâm, EPS sẽ được tách ra khỏi tế bào VSV và đi vào pha lỏng.
Phương pháp Formaldehyde: Bổ sung 0.42ml formaldehyde (HCHO) vào 70
ml bùn để phản ứng ở nhiệt độ 4oC, thời gian 1h. Sau đó đem ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg [59]. Phần lỏng chứa EPS sẽ được giữ lại (được gọi là EPS thô).
Phương pháp NaOH: Bổ sung 3ml NaOH 10M vào 70ml bùn sinh học sạch
để trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4oC, thời gian 24h. NaOH tác động vào liên kết giữa cation hóa trị 2 với EPS theo cơ chế trao đổi ion, phá vỡ liên kết này, nhờ đó, EPS được tách ra khỏi tế bào VSV và đi vào pha lỏng. Sau đó đem ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg [29]. Phần lỏng chứa EPS sẽ được giữ lại (được gọi là EPS thô).
Phương pháp EDTA: Bổ sung 70ml EDTA 2% (dạng muối và axít) vào 70ml
bùn sinh học sạch để trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4oC, thời gian 3h. EDTA tạo phức với các cation hóa trị 2, phá vỡ liên kết giữa EPS và tế bào VSV và giải phóng EPS vào pha lỏng. Sau đó đem ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg [59]. Phần lỏng chứa EPS sẽ được giữ lại (được gọi là EPS thô).
Phương pháp H2SO4: Bổ sung 1ml H2SO4 98% vào 70 ml bùn sinh học sạch
để trong tử lạnh ở nhiệt độ 4oC, thời gian 24h. H2SO4 làm tăng lực đẩy để phá vỡ lực liên kết giữa EPS với tế bào, nhờ đó tách được EPS ra khỏi tế bào. Sau đó đem
ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg. Phần lỏng chứa EPS sẽ được giữ lại (được gọi là EPS thô).
Phương pháp HCl: Bổ sung 1ml HCl 36% vào 70 ml bùn sinh học sạch để
trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4oC, thời gian 24h. HCl sẽ phá vỡ liên kết giữa EPS với tế bào sinh vật và giải phóng EPS vào pha lỏng. Sau đó đem ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg. Phần lỏng chứa EPS sẽ được giữ lại (được gọi là EPS thô).
c) Phương pháp tách polymer ngoại bào kết hợp
Phương pháp Formaldehyde kết hợp với NaOH: Bổ sung 0.42ml formaldehyde
(HCHO) vào 70 ml bùn sinh học sạch để trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4oC, thời gian 1h. Sau đó, bổ sung 3ml NaOH 10M vào hỗn hợp bùn và để phản ứng ở nhiệt độ 4oC, thời gian 3h. Hỗn hợp sau phản ứng được ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, ly tâm với lực 4000xg để tách EPS [18].
Phương pháp Formaldehyde kết hợp với EDTA: Bổ sung thêm 0.42ml formaldehyde (HCHO) vào 70ml bùn sinh học sạch để trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4oC, thời gian 1h. Tiếp tục bổ sung thêm 70ml EDTA 2% vào hỗn hợp bùn ở nhiệt độ 4oC, thời gian 3h. Sau đó đem ly tâm ở nhiệt độ 4oC, thời gian 15 phút, lực ly tâm 4000xg.
Phần dịch lỏng thu lại sau ly tâm được gọi là EPS thô. EPS được tinh sạch bằng cách kết tủa trong ethanol lạnh với tỷ lệ thể tích 2 ethanol : 1 mẫu (EPS thơ), để qua đêm ở -20oC. Tiến hành ly tâm mẫu để thu phần EPS kết tủa. EPS sau khi tinh sạch được hòa tan trong nước cất tới thể tích ban đầu (EPS tinh), dung dịch EPS tinh sẽ được sử dụng để phân tích protein, polysaccharide và đo hoạt tính tạo bông với cao lanh.
d) Quy trình đánh giá hoạt tính tạo bơng với cao lanh
Thí nghiệm đánh giá hoạt tính tạo bơng của EPS với cao lanh (Kaolin flocculation activity – FA) sau đây được gọi tắt là hoạt tính tạo bơng. Thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị Jar-test (SJ-10, Yhana) với dung dịch cao lanh có nồng độ 2.5 g/l, pH ~ 7. Sơ đồ quy trình thực hiện được mơ tả tóm tắt ở FA - hoạt tính cao lanh (%).
Dung dịch cao lanh (2.5 g/l) được khuấy ở tốc độ 120 vòng/phút, CaCl2 được bổ sung vào với nồng độ 150 mg Ca2+/l. Sau đó, bổ sung EPS (dạng thơ hoặc dạng tinh) với thể tích 0.5 mL, và tiếp tục khuấy ở tốc độ này trong 5 phút. Sau đó, khuấy chậm ở tốc độ 50 – 60 vòng/phút trong 30 phút để thực hiện q trình tạo bơng. Khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp được lắng trong 30 phút, phần nước trong được dùng để đo độ đục (T) từ đó xác định hoạt tính tạo bơng (FA).
Cơng thức tính hoạt tính tạo bơng (FA):
0 1 x 0 100 T T ; FA T trong đó:
T0 - độ đục của mẫu so sánh (NTU);
T1 - độ đục của mẫu có bổ sung thêm EPS (NTU) ; FA - hoạt tính cao lanh (%).