- Nguyên lý vận hành: Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí,
Chương 3– KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.1. Tạo hỗn hợp cám gạo lên men làm cơ chất nuôi bùn
Bùn kỵ khí (tổ hợp vi sinh vật) BKM gồm các vi sinh vật có nguồn gốc từ trầm tích biển Nha Trang, được làm giàu qua nhiều bước cấy truyền trong môi trường nước biển (hồn tồn khơng có mặt oxy), chứa rong biển làm cơ chất [5]. Điều kiện làm giàu này cho phép tích lũy khơng chỉ methanogen mà cịn các lồi vi sinh vật khác tham gia các bước của q trình chuyển hóa cacbon hữu cơ thành methane như vi khuẩn sinh enzyme thủy phân, vi khuẩn lên men sinh axit, vi khuẩn sinh acetate. Quy trình ni bùn cần đạt mục tiêu (i) tăng sinh khối vi sinh vật và (ii) đảm bảo sự có mặt của các nhóm tham gia các bước chuyển hóa COD thành methane. Để đạt được mục tiêu này chúng tôi đã sử dụng cơ chất phức hợp là cám gạo lên men trong môi trường nước biển nhân tạo.
Như đã trình bày tại mục 2.2.1, tạo nguồn cơ chất dịch cám gạo lên men là một bước quan trong trong quy trình ni bùn kỵ khí BKM. Dịch cám gạo 10% trong nước biển nhân tạo được lên men nhờ nguồn vi khuẩn thủy phân và vi khuẩn lên men có mặt ngay trong bùn BKM (bùn giống được đưa vào dịch cám gạo theo tỷ lệ 10% thể tích). Q trình lên men này kéo dài 5 ngày ở nhiệt độ ấm 35C, sản phẩm sau đó được đánh giá thơng qua phân tích pH, COD và thành phần VFA tổng số. Theo dõi biến động pH trong quá trình lên men cho thấy vi khuẩn lên men trong bùn BKM thích nghi rất nhanh với điều kiện lên men, làm giảm pH ngay từ ngày đầu tiên và kéo dài liên tục trong 5 ngày, đạt mức 4,5 ở ngày thứ 5 và giữ ổn định ở pH này trong thời gian dài sau đó (Hình 3.1). Phân tích thành phần cacbon hữu cơ của dịch cám gạo sau 5 ngày lên men cho thấy hỗn hợp này có hàm lượng COD rất cao, ở mức 45000 mg O2/L, trong đó tổng hàm lượng axit béo bay hơi (VFA) đạt ~ 900 mg/L (tương ứng với 2% COD), chứng tỏ q trình lên men đã diễn ra tích cực. Với thành phần cacbon hữu cơ được xác định như trên, dịch cám gạo được xử lý
bằng lên men vi sinh này thích hợp để sử dụng làm cơ chất cho mục đích ni tăng sinh bùn kỵ khí BKM.
Hình 3.1. Biến đổi pH trong dịch cám gạo 10% theo thời gian lên men
Để có hàm lượng COD trong mơi trường nuôi bùn ở mức 2000 – 5000 mg/L đảm bảo bốn pha của q trình chuyển hóa COD thành methane diễn ra tối ưu, cơ chất cám gạo lên men được sử dụng theo tỷ lệ trong khoảng từ 5 – 10% thể tích. Ở nồng độ cơ chất này việc VFA tích lũy ở nồng độ cao gây ức chế cho nhóm methanogen sẽ khơng xảy ra, mặc dù q trình lên men vẫn tiếp tục diễn ra và tạo VFA. Sản phẩm dịch cám gạo sau 5 ngày lên men được bảo quản ở nhiệt độ 4C để sử dụng làm cơ chất nuôi bùn, tránh thay đổi đáng kể về thành phần dinh dưỡng.
3.1.2. Ni bùn kỵ khí BKM
Bùn kỵ khí BKM được ni tăng sinh ở điều kiện hồn tồn khơng có mặt oxy trong mơi trường nước biển nhân tạo có bổ sung cơ chất là dịch cám gạo lên men ở tỷ lệ 10% thể tích, tương đương với COD là 4500 mg/l và hàm lượng VFA ban đầu là 90 mg/l. Theo tỷ lệ bổ sung cơ chất này, pH ban đầu của mơi trường đạt mức 6,5, thích hợp đối với q trình chuyển hóa cacbon hữu cơ thành methane. Bùn giống BKM được đưa vào bình ni theo tỷ lệ 10% thể tích và ni ở 35C. Có thể thấy
methanogen trong bùn giống BKM đã thích nghi tốt với điều kiện mơi trường nuôi tăng sinh, dẫn đến pH trong bình ni tăng dần và đạt giá trị 7 sau 2 tuần. Khí methane đã xuất hiện trong bình ni ngay sau 3 ngày và tăng đều trong các ngày tiếp theo, đạt mức rất cao là 83% sau 2 tuần (Hình 3.2).
Hình 3.2. Methane trong hỗn hợp khí sinh ra trong bình ni bùn BKM theo thời gian
Trong các bể xử lý kỵ khí vận hành ở điều kiện nước ngọt sử dụng cơ chất giàu hydratcacbon, hàm lượng methane trong khí sinh học ở mức 80% thể hiện việc chuyển hóa COD thành methane đạt hiệu quả cao [19,24]. Như vậy, hệ vi sinh vật trong bùn kỵ khí BKM đã phát triển tốt trong điều kiện nuôi thiết lập tại nghiên cứu này. Bùn BKM sau 21 ngày nuôi được sử dụng để tạo chế phẩm vi sinh hỗ trợ các hệ thống xử lý chất hữu cơ theo nguyển lý kỵ khí ở điều kiện nước biển.