I. Giới thiệu về nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc xử lý nước thải sản xuất cồn bằng công nghệ EGSB (Expanded Granular Sludge Bed). Nước thải sản xuất cồn từ mật rỉ đường có đặc tính ô nhiễm cao với nồng độ COD và BOD lớn, pH thấp, và nhiệt độ cao. Công nghệ EGSB được lựa chọn do khả năng xử lý hiệu quả các chất hữu cơ và tính ổn định cao. Nghiên cứu sử dụng giá thể PVA (Polyvinyl Alcohol) để tăng cường sự hình thành bùn hạt kỵ khí, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá khả năng xử lý nước thải sản xuất cồn bằng công nghệ EGSB kết hợp giá thể PVA. Nghiên cứu nhằm xác định hiệu quả loại bỏ COD và BOD, đồng thời đánh giá vai trò của PVA trong việc tăng cường sự hình thành bùn hạt kỵ khí.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nước thải sản xuất cồn từ mật rỉ đường và bùn hạt kỵ khí hình thành trên giá thể PVA. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc sử dụng mô hình EGSB quy mô phòng thí nghiệm với nước thải pha loãng để đánh giá khả năng chịu tải và hiệu quả xử lý.
II. Tổng quan về công nghệ EGSB và bùn hạt kỵ khí
Công nghệ EGSB là phiên bản cải tiến của UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), được phát triển để tăng cường hiệu quả xử lý và tính ổn định. EGSB sử dụng dòng chảy ngược cao để tăng sự tiếp xúc giữa nước thải và bùn hạt kỵ khí. Bùn hạt kỵ khí là yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý, giúp tăng hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ và giảm thời gian lưu nước.
2.1. Quá trình hình thành bùn hạt
Quá trình hình thành bùn hạt kỵ khí bao gồm hai giai đoạn: hình thành hạt nhân và phát triển lớp màng sinh học. PVA được sử dụng như giá thể để tăng cường sự hình thành hạt nhân, từ đó thúc đẩy quá trình tạo bùn hạt.
2.2. Ưu điểm của công nghệ EGSB
Công nghệ EGSB có khả năng xử lý nước thải với tải trọng cao, thời gian lưu nước ngắn, và hiệu quả loại bỏ COD và BOD cao. Đây là lựa chọn phù hợp cho việc xử lý nước thải sản xuất cồn có nồng độ ô nhiễm cao.
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng hai mô hình EGSB quy mô phòng thí nghiệm: một mô hình không có giá thể và một mô hình có giá thể PVA. Các thông số vận hành được kiểm soát chặt chẽ, bao gồm tải trọng hữu cơ, thời gian lưu nước, và nhiệt độ. Hiệu quả xử lý được đánh giá thông qua các chỉ tiêu COD, BOD, và sản lượng khí sinh học.
3.1. Quy trình vận hành
Hai mô hình EGSB được vận hành song song với các điều kiện giống nhau. Tải trọng hữu cơ được tăng dần từ 5 đến 20 kgCOD/m³.ngày để đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống.
3.2. Phương pháp phân tích
Các mẫu nước thải được phân tích theo tiêu chuẩn APHA (2005) để xác định nồng độ COD, BOD, pH, và độ kiềm. Sản lượng khí sinh học được đo đạc và so sánh giữa hai mô hình.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình EGSB sử dụng giá thể PVA đạt hiệu quả loại bỏ BOD5 trên 90%, trong khi mô hình không có giá thể chỉ đạt 79.5%. Hiệu quả loại bỏ COD của cả hai mô hình tương đương nhau, đạt khoảng 70% ở tải trọng 13-17 kgCOD/m³. Sản lượng khí sinh học từ mô hình có PVA cao hơn nhưng không đáng kể.
4.1. Hiệu quả loại bỏ COD và BOD
Mô hình EGSB với PVA cho thấy hiệu quả loại bỏ BOD5 cao hơn so với mô hình không có giá thể. Hiệu quả loại bỏ COD của cả hai mô hình tương đương do tính chất khó phân hủy sinh học của nước thải sản xuất cồn.
4.2. Vai trò của giá thể PVA
Giá thể PVA đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường sự hình thành bùn hạt kỵ khí, giúp rút ngắn thời gian khởi động mô hình và nâng cao hiệu quả xử lý. Đây là kết quả quan trọng cho các nghiên cứu ứng dụng trong tương lai.
V. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu khẳng định hiệu quả của công nghệ EGSB trong việc xử lý nước thải sản xuất cồn. Việc sử dụng giá thể PVA giúp tăng cường sự hình thành bùn hạt kỵ khí, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ BOD5 và rút ngắn thời gian khởi động hệ thống. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng EGSB và PVA trong xử lý nước thải công nghiệp.
5.1. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong thực tế để xử lý nước thải sản xuất cồn, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải công nghiệp.
5.2. Hướng phát triển
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sử dụng PVA trong công nghệ EGSB, đồng thời mở rộng ứng dụng cho các loại nước thải công nghiệp khác có đặc tính tương tự.
