parahaemolyticus của mô hình ở quy mô pilot
3.7.1 Xác định điện trở ngoài tốt nhất cho khả năng ức chế Vibrio
parahaemolyticus của hệ thống
Điện trở ngoài ảnh hưởng đến dòng chuyển dời electron từ điện cực anode đến điện cực cathode. Do đó, việc tối ưu điện trở ngoài sẽ giúp tăng hiệu quả của SBES [85]. Vậy nên, tương tự như với cột SBES, mức độ kiểm soát Vibrio
parahaemolyticus được bổ sung từ bên ngoài trong 8 ngày được đánh giá khi SBES
được vận hành với các mức điện trở ngoài khác nhau, lần lượt là 10, 50, 1120 Ω, là ba mức điện trở tương ứng cho dòng điện cao nhất, hiệu điện thế cao nhất và công suất cao nhất (Phụ lục 2). Dựa vào các nghiên cứu trước đây và kết quả nghiên cứu ở quy mô 10 L với cột SBES ở trên, có thể thấy các mức điện trở nêu trên là có tiềm năng ảnh hưởng mạnh nhất đến hiệu quả hoạt động và diệt Vibrio của SBES, nên cần được thử nghiệm.
Hình 3.17. Biểu đồ biểu thị số log10 giảm mật độ vi khuẩn Vibrio
parahaemolyticus trongbùn đáy (A) và nước bể pilot (B) sau 8 ngày, khi thử
nghiệm bổ sung Vp vào mô hình lồng ghép SBES quy mô pilot vận hành với
các điện trở ngoài khác nhau Ghi chú: TN_P1, TN_P2: bể thí nghiệm 1 và 2; ĐC_P1, ĐC_P2: bể đối chứng 1 và 2
65 Khi bể pilot SBES vận hành với điện trở ngoài là 10 Ω, trong mẫu bùn đáy, mật độ Vp giảm lần lượt là 2,31 và 2,47 log trong bể TN_P1 và TN_P2, trong khi chỉ giảm nhẹ ở mức 0,74 và 0,95 log trong bể ĐC_P1 và ĐC_P2 sau 8 ngày (Hình 3.17A).
Mật độ vi khuẩn này trong mẫu nước bể pilot TN_P1 là giảm mạnh nhất: 3,34 log sau 8 ngày; trong khi chỉ giảm 2,56 log trong bể TN_P2; còn trong bể ĐC_P1 và ĐC_P2, mật độ vi khuẩn giảm lần lượt là 1,34 log và 0,86 log (Hình 3.17B). Nhìn chung, khi bể pilot SBES vận hành với điện trở ngoài 10 Ω thì có khả năng ức chế rõ rệt Vp so với bể đối chứng không lắp đặt hệ thống SBES.
Khi điện trở ngoài là 50 Ω, trong các mẫu bùn đáy, mật độ Vp giảm 2,06 log
trong TN_P1 và chỉ giảm 1,15 log trong TN_P2; nhưng trong bùn bể ĐC_P1 thì mật độ Vp cũng giảm 1,37 log, và trong bùn bể ĐC_P2, Vp giảm 0,89 log sau 8 ngày (Hình 3.17A). Khả năng ức chế Vp trong bùn đáy của SBES khi vận hành với điện trở ngoài 1120 Ω có lẽ cũng không hơn bể đối chứng quá nhiều, khi mà mật độ Vp trong TN_P1 giảm 2,09 log, trong TN_P2 giảm 2,34 log, nhưng trong ĐC_P1 cũng giảm 1,71 log và và trong ĐC_P2 cũng giảm 1, 07 log, sau 8 ngày (Hình 3.17A).
Trong mẫu nước, khi vận hành hệ thống với mức điện trở ngoài 50 và 1120 Ω thì dường như sau 8 ngày, bể pilot SBES không có khả năng ức chế nổi bật hơn so với bể đối chứng. Cụ thể là, đối với điện trở ngoài 50 Ω, sau 8 ngày theo dõi, trung bình số log giảm mật độ Vp của 2 bể thí nghiệm là 1,25 log so với 1,18 log (trung
bình số log giảm mật độcủa 2 bể đối chứng) (Hình 3.17B). Tương tự như vậy đối với điện trở ngoài 1120 Ω, mật độ Vp giảm trung bình ở 2 bể thí nghiệm là 1,63 log và trung bình ở 2 bể đối chứng là 1,06 log sau 8 ngày (Hình 3.17B).
Tóm lại, khi bể pilot SBES vận hành với điện trở ngoài 10 Ω thì có khả năng ức chế Vp rõ rệt hơn so với bể đối chứng ở cả trong bùn đáy và trong nước bể. Khi sử dụng điện trở ngoài 50 và 1120 Ω, SBES làm giảm nhẹ Vp trong bùn chứ không hầu như không làm giảm Vp trong nước so với bể đối chứng.
Trước đây, Jang và cộng sự (2004) đã chứng minh rằng hiệu suất loại bỏ COD của hệ thống sinh điện hóa đã bị giảm xuống khi tăng điện trở bên ngoài. Họ cho rằng
66 sự gia tăng quá trình oxy hóa chất hữu cơ là do có nhiều chất mang điện tử bị oxy hóa hơn trên anode ở điện trở thấp hơn so với ở điện trở cao hơn [46]. Do vậy, ở mức điện trở 10 Ω, SBES có lẽ có hiệu quả cao trong sự chuyển hóa chất hữu cơ, dẫn đến quần xã vi sinh vật điện hóa phát triển, kích thích sản sinh chất đặc trưng có khả năng ức chế Vp.
3.7.2 Xác định khoảng cách giữa anode và cathode tốt nhất cho khả năng ức chế Vibrio parahaemolyticus của hệ thống
Khoảng cách điện cực có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng hệ thống sinh điện hóa [57]. Do đó, các khoảng cách điện cực, bao gồm dp (khoảng cách mặc định của bể), khoảng cách thấp hơn 20 % (dp - 20%dp), và khoảng cách cao hơn 20% (dp + 20%dp) được thử nghiệm, để đánh giá khả năng ức chế các Vp của SBES.
Hình 3.18. Biểu đồ biểu thị số log10 giảm mật độ vi khuẩn Vibrio
parahaemolyticus (Vp) trong (A) bùn đáy, (B) nước bể pilot sau 8 ngày khi thử
nghiệm bổ sung Vp trong mô hình lồng ghép SBES quy mô pilot vận hành với
các khoảng cách anode và cathode khác nhau Ghi chú: TN_P1, TN_P2: bể thí nghiệm 1 và 2; ĐC_P1, ĐC_P2: bể đối chứng 1 và 2; dp: khoảng cách mặc định giữa hai điện cực (= 50 cm), dp - 20%dp: khoảng cách giảm 20% so
với mặc định (= 40 cm), dp + 20%dp: khoảng cách tăng 20% so với mặc định (= 60 cm) Kết quả (Hình 3.18) cho thấy, ở khoảng cách điện cực mặc định, SBES ức chế Vp rõ rệt hơn bể đối chứng trong cả bùn đáy và nước bể sau 8 ngày. Cụ thể là, số log giảm mật độ Vp trong bùn đáy ở TN_P1, TN_P2 là 2,31, 2,47 log, trong khi ở bể đối
67 chứng chỉ giảm trung bình 0,85 log; và số log giảm mật độ Vp trong nước ở TN_P1,
TN_P2 là 3,34, 2,56 log, trong khi ở ĐC_P1, ĐC_P2 chỉ là 1,34, 0,86 log.
Ở khoảng cách ngắn hơn khoảng cách mặc định 20%, sự khác biệt về khả năng ức chế Vp của SBES so với đối chứng là rõ rệt hơn đối với Vp trong bùn đáy, và ít rõ rệt hơn đối với Vp trong nước bể (Hình 3.18). Số log giảm trung bình của mật độ Vp trong bùn ở hai bể thí nghiệm là 2,26 log, còn ở hai bể đối chứng là 1,23 log; trong khi số log giảm mật độ vi khuẩn Vp ở trong nước của cả 4 bể thí nghiệm và đối chứng tương đương nhau, khoảng 1,84 log. Như vậy, khi khoảng cách điện cực giảm xuống, SBES không kiểm soát Vp trong nước bể nổi bật hơn so với đối chứng, tuy nhiên vẫn làm giảm Vp trong bùn đáy nhiều hơn so với đối chứng.
Khi vận hành với khoảng cách lớn hơn khoảng cách mặc định 20%, SBES dường như không thể hiện khả năng làm giảm Vp khác biệt lớn so với đối chứng
(Hình 3.18). Trong mẫu bùn đáy, mật độ Vp giảm 3,59 và 2,74 log ở bể TN_P1, TN_P2, và giảm trung bình khoảng 2,04 log ở hai bể đối chứng (Hình 3.18A). Mật độ Vp trong nước giảm xấp xỉ nhau trong cả bốn bể, khoảng 2,57 log (Hình 3.18B).
Cần lưu ý ở đây, chúng tôi thực hiện thí nghiệm khoảng cách điện cực lớn hơn này trong thời tiết lạnh (xung quanh 10 °C), do vậy, có lẽ điều kiện thời tiết khắc nghiệt này góp phần tác động đến khả năng tồn tại của Vp trong cả bốn bể pilot. Ngoài ra, hoạt động trong nhiệt độ thấp (< 15°C) cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống sinh điện hóa [45, 76], dẫn đến (một số) chất đặc trưng có tác dụng ức chế Vp không được sản sinh.
Một số nghiên cứu trước đây cho thấy, hiệu quả của hệ thống sinh điện hóa tăng khi tăng khoảng cách điện cực, điều này được cho là do khi khoảng cách điện cực nhỏ hơn có thể khiến chất oxy hóa (ví dụ như oxy) dễ khuếch tán và dễ tiếp xúc hơn với anode, dẫn đến các phản ứng dưới anode kém hơn [45, 57, 76, 84, 86]. Điều này có thể liên quan đến khả năng ức chế Vp của hệ thống. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, việc tăng khoảng cách điện cực thêm 20% so với mặc định cũng không làm tăng thêm hiệu quả diệt Vp của SBES, nhiều khả năng do kết quả thí nghiệm bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường. Như vậy, vẫn cần nghiên cứu thêm về khoảng cách
68 điện cực để tìm ra giá trị tối ưu giúp bể pilot SBES có khả năng kiểm soát Vp hiệu quả nhất.
69