Việc đánh giá chất lượng hạt bùn kỵ khí trong bể phân hủy nhằm đánh giá một cách gián tiếp hiệu quả xử lý. Đối với việc ni bùn để duy trì hệ vi sinh vật, đánh giá chất lượng hạt bùn còn giúp xác định thời điểm tối ưu thu nhận hạt bùn để đưa vào sử dụng. Một số thơng số chính được sử dụng trong đánh giá hạt bùn kỵ khí như sau:
Hoạt tính sinh methane riêng của bùn (SMA): Hoạt tính sinh methane riêng là thể tích methane sinh ra trên lượng bùn trong một đơn vị thời gian. Như đã trình bày, methanogen là nhóm đứng cuối cùng của chuỗi các bước chuyển hóa COD thành methane. Như vậy, thơng qua hoạt tính sinh methane có thể biết được mức độ hoạt động trao đổi chất của hạt bùn. Theo các nghiên cứu đã công bố, hiệu suất chuyển hóa COD thành methane sinh học phụ thuộc vào bản chất hóa học của nguồn thải [30, 54, 56] (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Lượng methane tạo ra theo lý thuyết đối với một số chất thải hữu cơ [33]
Chất thải hữu cơ Cơng thức hóa học Lượng methane tạo thành theo lý thuyết (m3/kg cơ chất chuyển hóa)
Hydratcacbon (CH2O)n 0,37
Protein C106H168O34N28S 0,51
Chất béo C8H15O 1,0
Hoạt tính riêng của bùn có thể được đánh giá dựa trên một cơ chất và tính theo tỷ lệ lượng methane sinh ra đối với cơ chất đó theo lý thuyết.
Kích thước và tỷ trọng hạt bùn: Kích thước hạt bùn phản ánh mức độ hoạt động
của vi sinh vật trong hệ thống và hiệu suất của q trình xử lý. Kích thước hạt bùn quá nhỏ (dưới 0,15 mm) dẫn đến dễ bị rửa trơi và khơng ổn định trong q trình vận hành. Hạt có kích thước q lớn (trên 7 mm) khiến hiệu quả chuyển hóa bên trong hạt kém. Kích cỡ và tỷ trọng của hạt phụ thuộc vào các yếu tố vận hành như thủy động lực học, OLR và chủng loại vi sinh vật....Trong các hệ thống xử lý, kích thước hạt bùn tối ưu là 1 – 2 mm [63]. Mật độ tế bào trong hạt bùn phản ánh độ bền vững của quần xã vi sinh vật. Mật độ càng cao đưa đến tốc độ lắng của bùn càng nhanh và tỷ trọng riêng lớn. Tỷ trọng riêng của bùn hạt có hoạt tính tốt nằm trong khoảng 1,033 – 1,065 g/cm3 [60]. Tỷ trọng hạt càng cao thì lắng càng nhanh giúp phân tách hạt bùn khỏi dòng ra và được giữ lại trong hệ thống xử lý.
Chỉ số thể tích bùn lắng (Sludge Volume Index, SVI): Chỉ số thể tích bùn lắng là
chỉ tiêu để đánh giá khả năng lắng của bùn. Bùn có SVI càng nhỏ thì có khả năng lắng càng nhanh và mật độ tế bào càng dày đặc. Trong các hệ thống xử lý, ở giai đoạn khởi động, cần phát triển hạt bùn có SVI thấp để tăng mức duy trì của bùn trong hệ thống. Thơng thường, SVI của bùn hạt từ 10 – 20 ml/g, của bông bùn từ 20 – 30 ml/g [27].
Độ bền cơ học: Độ bền cơ học phản ánh độ rắn chắc và cấu trúc ổn định của bùn
hạt, được đánh giá bằng phương pháp siêu âm và đo độ đục [65]. Độ bền của bùn hạt cũng được đánh giá thơng qua hệ số bảo tồn, theo đó hệ số này càng thấp thì độ bền của hạt bùn càng lớn. Hệ số này tượng trưng cho khả năng chống lại sự bào mòn và lực cắt. Trong các hệ thống UASB, độ bền cơ học của hạt bùn thường ở khoảng 7.10-2 N.m-2 [62].
Màu sắc: Hạt bùn kỵ khí thường có bề mặt màu đen hoặc nâu đen. Tải trọng hữu cơ
thấp là điều kiện để hình thành các hạt bùn nhẹ với trung tâm rỗng, có màu xám hoặc trắng, kết cấu mềm yếu, có thể bị phá vỡ lớp vỏ hạt [36]. Ở điều kiện OLR cao
và HRT ngắn, các hạt bùn có màu đen với cấu trúc rắn chắc, dày đặc sẽ được hình thành. Tùy thuộc vào cơ chất, đặc tính của bùn giống,... sẽ có OLR và HRT tương ứng để có thể tạo hạt bùn có chất lượng tốt. Trong hệ thống UASB, với cơ chất là nước thải sơ chế mủ cao su bổ sung rỉ đường (1g/l) và bùn kỵ khí thu từ bể kỵ khí của nhà máy chế biến tinh bột sắn, tại điều kiện vận hành OLR tăng dần đều trong khoảng 3,19 ±0,68 kgCOD/m3.ngày và HRT 12h đã tạo ra các hạt bùn có màu đen, tỷ lệ hạt có kích thước > 2 mm chiếm 13,8% sau 38 ngày. Các hạt bùn không bị vỡ sau 1 tháng bảo quản trong môi trường dinh dưỡng ở nhiệt độ phòng [11].