đây là một trong những biến ựổi ựiển hình và rõ nét của bùn thải dưới tác dụng của sóng siêu âm. Nhìn chung cấu trúc ban ựầu của bùn thải (bao gồm cả ba mẫu bùn thải trong nghiên cứu) ựều có cấu trúc liên kết, các hạt bùn có kắch thước lớn và liên kết với nhau thành mảng (như hình 4.1). Dưới tác dụng của sóng siêu âm các cấu trúc ban ựầu của bùn thải bị phá vỡ tạo thành các hạt bùn
có kắch thước nhỏ hơn, mức ựộ phân tán của bùn thải tăng lên (như hình 4.2, 4.3 và 4.4). điều này cho thấy tác dụng tắch cực của sóng siêu âm ựến việc làm phá vỡ liên kết giữa các bông bùn. Hiệu quả của việc phân tán này là làm tăng diện tắch tiếp xúc của các bông bùn, ựồng thời, tạo ựiều kiện cho các vi sinh vật phân hủy trong các giai ựoạn tiếp theo. Từ ựó, làm tăng hiệu quả của các quá trình xử
lý bùn thải trong các bước xử lý sau của các quá trình.
Một số hình ảnh dưới ựây ựã minh họa cấu trúc của bùn thải trước và sau khi tác ựộng bởi sóng siêu âm. Quan sát ảnh chụp dưới kắnh hiển vi ta có thể
thấy, bùn thải không tiến hành siêu âm có cấu trúc dưới dạng bông bùn có kắch thước lớn, các bông bùn liên kết với nhau thành các khối và mảng, bùn thải nhà máy chế biến (CB) có màu vàng nhạt ựến nâu vàng. Các bông bùn tồn tại dạng mảng tương ựối lớn, tuy nhiên kắch thước các bông bùn nhỏ hơn so với bùn thải chăn nuôi. Bùn thải thu ựược từ sau hệ thống biogas chăn nuôi cũng như chăn nuôi kết hợp sinh hoạt cho thấy, bùn có màu ựen, hạt bùn có kắch thước lớn hơn, các bông bùn cũng tồn tại thành từng khối liên kết.
Kết quả xác ựịnh kắch thước bông bùn trung bình bằng phương pháp quan sát và ựo dưới kắnh hiển vi quang học ựược trình bày trong bảng 4.2.
Bảng 4.2: Sự biến ựổi kắch thước bông bùn trung bình dưới tác ựộng của sóng siêu âm
đơn vị CB CN CN - SH
Trước siêu âm 28,3 24,8 25,9
Sau siêu âm 15 phút 10,4 10,6 9,8
Sau siêu âm 30 phút 6,3 5,9 5,3
Sau siêu âm 45 phút
ộm
1,7 1,9 1,8
Qua kết quả ựo ựạc cho thấy kắch thước bông bùn trước siêu âm có kắch thước lớn dao ựộng từ 24 ựến 30 ộm. Bùn thải của nhà máy chế biến thực phầm có kắch thước trung bình lớn hơn so với hai mẫu còn lại, ựiều này có thể giải thắch bởi trong quá trình chế biến có sử dụng các hóa chất làm gia tăng sự liên
kết giữa các bông bùn, từựó tạo nên các khối liên kết bùn lớn hơn. Bùn thải phát sinh từ hoạt ựộng chăn nuôi và chăn nuôi kết hợp sinh hoạt có kắch thước tương
ựương nhau dao ựộng trong khoảng 24 ựến 26 ộm. Kết quảựo ựạc phù hợp với các nghiên cứu của các tác giả trước ựó.
Sau khi tác ựộng sóng siêu âm vào mẫu bùn thải với các khoảng thời gian khác nhau, kắch thước bông bùn có sự giảm tỷ lệ với thời gian siêu âm. Sau 15 phút siêu âm kắch thước bùn của cả ba mẫu giảm xuống còn 9 Ờ 11 ộm, sau 30 phút siêu âm, kắch thước giảm còn 5 Ờ 7 ộm, và ựặc biệt sau 45 phút siêu âm, kắch thước bông giảm xuống chỉ có 1 Ờ 2 ộm.
Dưới tác dụng của sóng siêu âm với các mức năng lượng tác ựộng khác nhau tương ứng với thời gian siêu âm khác nhau mà sự phân tán cấu trúc vật lý của bùn thải cũng khác nhau. Qua hình ảnh quan sát dưới kắnh hiển vi cho ta thấy, thời gian siêu âm càng lớn thì mức ựộ phân tán bùn thải càng tốt hơn, các liên kết giữa các bông bùn bịựứt gãy tạo nên các cấu trúc bùn thải nhỏ hơn. Với thời gian siêu âm là 15 phút, bùn thải ựã ựược phân tán tuy nhiên vẫn tồn tại dạng khối liên kết tương ựối lớn (hình 4.2). Bắt ựầu từ thời gian siêu âm là 30 phút thì cấu trúc bùn thải ựã phân tách một cách khá rõ ràng. Hình thành những bông bùn với kắch thước nhỏ hơn, các bông bùn bắt ựầu trở nên riêng rẽ (hình 4.3). đến thời gian siêu âm 45 phút ta có thể quan sát thấy hình ảnh các hạt bùn với các kắch thước khác nhau, tuy nhiên, chúng tồn tại khá riêng biệt, các bông bùn vẫn tồn tại tuy nhiên với kắch thước tương ựối nhỏ (hình 4.4).
đây có thể xem là một dấu hiệu ựầu tiên cho thấy sự tác ựộng mạnh mẽ
của sóng siêu âm ựến cấu trúc ban ựầu của bùn thải.
Theo Feng và cs (2009) ựã quan sát sự thay ựổi kắch thước bông của bùn hoạt tắnh và cho thấy sự thay ựổi một cách ựáng kể kắch thước bông khi tăng năng lượng sóng siêu âm. Tác giả ựã chỉ ra kắch thước bông bùn gốc là 25 ộm, khi ựược xử lý bằng sóng siêu âm ở mức năng lượng 15000 kJ/kg kắch thước trung bình của bông bùn giảm xuống 13,1ộm.
Dưới ựây là một số hình ảnh thu ựược từ quá trình nghiên cứu với các mẫu bùn thải của nhà máy chế biến thực phẩm, bùn thải sau hệ thống biogas của trang trại chăn nuôi và bùn thải sau hệ thống biogas của trang trại chăn nuôi kết hợp với chất thải sinh hoạt tương ứng với các khoảng thời gian siêu âm khác nhau là 15 phút, 30 phút và 45 phút.
a) Mẫu bùn thải CB
b) Mẫu bùn thải CN
Hình 4.1: Cấu trúc bùn thải trước khi siêu âm
a) Mẫu bùn thải CB
b) Mẫu bùn thải CN
Hình 4.2: Mẫu bùn thải sau 15 phút siêu âm
a) Mẫu bùn thải CB
b) Mẫu bùn thải CN c) Mẫu bùn thải CN Ờ SH
Hình 4.3: Mẫu bùn thải sau 30 phút siêu âm
a) Mẫu bùn thải CB
b) Mẫu bùn thải CN
Qua hình ảnh chụp dưới kắnh hiển vi quang học cho thấy mức ựộ phân tán của bùn thải trước và sau khi siêu âm. đánh giá ban ựầu về tác dụng của sóng siêu âm thông qua sự biến ựổi về tắnh chất vật lý cho thấy hiệu quả của sóng siêu âm ựến sự biến ựổi thông số vật lý, ựặc biệt là kắch thước bông và sự phân hủy các liên kết của cấu trúc bùn lớn ựể tạo thành các bông bùn có kắch thước nhỏ
hơn.