I. Giới thiệu
Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của cơ chất đến đặc tính bùn hạt hiếu khí trong công nghệ môi trường. Bùn hạt hiếu khí được xem là một giải pháp tiềm năng thay thế cho bùn hoạt tính truyền thống, nhờ vào khả năng lắng tốt, chịu tải trọng cao và hiệu quả xử lý chất ô nhiễm vượt trội. Nghiên cứu sử dụng mô hình phản ứng khí nâng từng mẻ (SBAR) để nuôi cấy bùn hạt, với các tỷ lệ N/COD khác nhau, nhằm xác định mối quan hệ giữa cơ chất và quá trình hình thành bùn hạt.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ N/COD đến quá trình hình thành và đặc tính bùn hạt hiếu khí, đồng thời xác định hiệu quả xử lý COD và nitơ của bùn hạt trong các điều kiện cơ chất khác nhau. Nghiên cứu cũng nhằm tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ bùn hạt hiếu khí.
1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm, sử dụng bốn mô hình SBAR với các tỷ lệ N/COD khác nhau (R1: 5/150, R2: 10/150, R3: 30/150, R4: ∞). Các đặc tính của bùn hạt như kích thước, chỉ số SVI, vận tốc lắng và hiệu quả xử lý COD, nitơ được theo dõi và đánh giá.
II. Tổng quan về bùn hạt hiếu khí
Bùn hạt hiếu khí là một tập hợp dày đặc của các vi sinh vật, có cấu trúc hình cầu và khả năng lắng nhanh. Quá trình hình thành bùn hạt là kết quả của sự kết hợp các tế bào vi sinh dưới các điều kiện lý - hóa - sinh ổn định. Cơ chất đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển bùn hạt, ảnh hưởng đến cấu trúc và hiệu quả xử lý.
2.1. Cơ sở lý thuyết
Quá trình hình thành bùn hạt bao gồm bốn bước chính: tương tác vật lý, ổn định tế bào, tập hợp tế bào và ổn định cấu trúc ba chiều. Các yếu tố như lực cắt, nồng độ cơ chất và điều kiện môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình này.
2.2. Đặc tính của bùn hạt
Bùn hạt hiếu khí có cấu trúc xốp, với các rãnh và lỗ rỗng giúp vận chuyển oxy và chất dinh dưỡng. Cấu trúc này tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình sinh học như nitrate hóa và khử nitrate đồng thời (SND).
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng mô hình SBAR để nuôi cấy bùn hạt hiếu khí, với nguồn nước thải tổng hợp có tỷ lệ N/COD khác nhau. Các chỉ tiêu như kích thước hạt, SVI, vận tốc lắng và hiệu quả xử lý COD, nitơ được theo dõi và phân tích. Phương pháp phân tích bao gồm đo lường các chỉ tiêu hóa lý và sinh học của nước thải và bùn.
3.1. Mô hình nghiên cứu
Bốn mô hình SBAR được thiết lập với các tỷ lệ N/COD khác nhau. Các điều kiện vận hành như thời gian lưu nước (HRT), tỷ lệ trao đổi thể tích (VER) và vận tốc thổi khí được duy trì ổn định.
3.2. Phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu phân tích bao gồm COD, nitơ, kích thước hạt, SVI và vận tốc lắng. Phương pháp cân bằng nitơ được sử dụng để đánh giá hiệu quả xử lý nitơ.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy cơ chất ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hình thành và đặc tính bùn hạt hiếu khí. Bùn hạt hình thành nhanh hơn và có kích thước lớn hơn ở các mô hình có tỷ lệ N/COD cao. Hiệu quả xử lý COD đạt trên 90%, trong khi hiệu quả xử lý nitơ đạt 100% ở các mô hình R2 và R3.
4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ N COD
Tỷ lệ N/COD cao thúc đẩy quá trình hình thành bùn hạt, với kích thước hạt lớn hơn và khả năng lắng tốt hơn. Hiệu quả xử lý nitơ cũng được cải thiện đáng kể ở các mô hình có tỷ lệ N/COD cao.
4.2. Hiệu quả xử lý
Hiệu quả xử lý COD và nitơ đạt giá trị ổn định sau 6 tuần vận hành. Bùn hạt ở mô hình R2 (N/COD = 10/150) cho kết quả xử lý tốt nhất, với hiệu suất xử lý COD và nitơ lần lượt là 95% và 100%.
V. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu khẳng định ảnh hưởng của cơ chất đến đặc tính bùn hạt hiếu khí và hiệu quả xử lý nước thải. Bùn hạt hiếu khí là một công nghệ tiềm năng trong xử lý nước thải, đặc biệt là đối với các nguồn nước thải có tải trọng nitơ cao. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và áp dụng vào thực tế.
