Co-Culture Vi Tảo - Vi Khuẩn: Giải Pháp Xử Lý Nước Thải và Thu Hồi Sinh Khối Hiệu Quả

• Tác giả: Nguyễn Hồng Hải
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Xuân Thành
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Environmental Engineering
• Đề tài: Co-Culture Of Microalgae And Bacteria For Wastewater Treatment Coupling With Biomass Recovery/ Nuôi Cấy Vi Tảo - Vi Khuẩn Cộng Hợp Dể Xử Lý Nước Thải Kết Hợp Với Thu Hồi Sinh Khối
• Loại tài liệu: Master Thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• LỜI CAM ĐOAN
• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• TÓM TẮT
• 1. CHAPTER 1: GENERAL CONTEXT
• 1.1. Objectives of the study
• 1.2. The meaning of the topic
• 1.3. Co-culture of Microalgae-Bacteria
• 1.4. Wastewater treatment using microalgae-based systems
• 1.5. Interactions within co-culture
• 1.6. Wastewater treatment by co-culture
• 1.7. Co-culture systems and configurations in wastewater treatment
• 1.8. Challenges and operational conditions of co-culture system
• 1.9. Microalgae – Bacteria flocculation
• 1.10. Factors influencing bio-flocculation
• 1.11. Challenges in bio-flocculation
• 1.12. Activated Microalgae granules
• 1.12.1. Characteristics of Activated Microalgae granules (AMGs)
• 1.12.2. Influence factors on AMGs
• 2. MATERIALS AND METHOD
• 2.1. Overall research content
• 2.2. Microbial and synthetic wastewater
• 2.2.1. Microalgae and symbiotic bacteria strain
• 2.3. Experimental set-up and operating conditions of photobioreactors (PBR) system
• 2.3.1. Experimental set up
• 3. RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Microalgae activity profile
• 3.2. Impact of shear stress on granulation process of AMGS
• 4. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• ABBREVIATIONS

I. Tổng Quan Về Xử Lý Nước Thải Phương Pháp Tiên Tiến 55

Trong bối cảnh hiện nay, các quy trình xử lý sinh học nước thải ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là quy trình bùn hoạt tính (ASP). Tuy nhiên, phương pháp này vẫn tồn tại nhiều hạn chế như yêu cầu tiền xử lý, tiêu thụ năng lượng cao cho sục khí, khuấy trộn và khả năng loại bỏ dinh dưỡng thấp. Việc loại bỏ phốt pho (P) trong nước thải, thường được thực hiện bằng các quy trình hóa lý như keo tụ, tạo bông, gây tốn kém chi phí và hiệu quả không cao. Do đó, việc ứng dụng các hệ thống xử lý nước thải dựa trên vi tảo, sử dụng nước thải làm nguồn dinh dưỡng, đã được phát triển thành công trong những năm gần đây, đặc biệt là nước thải sinh hoạt. Lợi thế của việc sử dụng tảo là khả năng loại bỏ nitơ và phốt pho thông qua quá trình đồng hóa sinh khối. Ngoài ra, công nghệ dựa trên vi tảo còn được coi là một phương pháp thân thiện với môi trường, chi phí thấp và hiệu quả cao để giảm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển. Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi công nghệ này còn bị hạn chế về thiết kế, vận hành và thu hoạch sinh khối.

1.1. Giới Thiệu Về Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Vi Tảo 45

Công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo nổi lên như một giải pháp bền vững, tận dụng khả năng hấp thụ chất ô nhiễm của vi tảo để làm sạch nguồn nước. Vi tảo sử dụng các chất ô nhiễm như nitơ và photpho làm chất dinh dưỡng, đồng thời tạo ra sinh khối có giá trị. Nhờ vậy, công nghệ này không chỉ giải quyết vấn đề xử lý nước thải mà còn góp phần vào thu hồi sinh khối, tạo ra các sản phẩm có ích như nhiên liệu sinh học hay phân bón.

1.2. Thu Hồi Sinh Khối Vi Tảo Bài Toán Kinh Tế Trong XLNT 48

Việc thu hồi sinh khối vi tảo sau quá trình xử lý nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện chu trình kinh tế tuần hoàn. Sinh khối vi tảo có thể được sử dụng để sản xuất biodiesel, biogas, hoặc làm thức ăn chăn nuôi, từ đó gia tăng giá trị cho quá trình xử lý nước thải. Tuy nhiên, chi phí cho quá trình thu hồi sinh khối vẫn là một thách thức lớn cần được giải quyết.

II. Thách Thức Thu Hồi Sinh Khối Chi Phí Xử Lý Nước Thải 58

Việc thu hoạch sinh khối vi tảo là một nút thắt trong việc phát triển các hệ thống sản xuất để sản xuất các sản phẩm sinh học hoặc ứng dụng vi tảo để xử lý nước thải. Ước tính khoảng 20 - 30% chi phí vận hành trong quá trình nuôi cấy vi tảo là từ việc thu hoạch sinh khối vi tảo thông qua keo tụ/tạo bông, ly tâm, tuyển nổi, v.v. Trong đó, ly tâm là phương pháp phổ biến nhất do tiết kiệm thời gian nhưng cũng là phương pháp tiêu tốn năng lượng nhất khi áp dụng cho thu hoạch vi tảo ở quy mô công nghiệp. Ngoài ra, phương pháp keo tụ cũng thường được sử dụng thay thế cho ly tâm vì tiêu thụ ít năng lượng hơn. Tuy nhiên, phương pháp này chứa đựng một số nhược điểm, chẳng hạn như sự ô nhiễm của sản phẩm cuối cùng với muối kim loại, chi phí hóa chất cao và khó vận hành.

2.1. Hạn Chế Của Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Truyền Thống 50

Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành lớn, đặc biệt là chi phí năng lượng cho sục khí và xử lý bùn thải. Ngoài ra, hiệu quả loại bỏ một số chất ô nhiễm, đặc biệt là các hợp chất vi lượng, còn hạn chế. Điều này thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả hơn về chi phí và thân thiện với môi trường.

2.2. Khó Khăn Trong Thu Hồi Sinh Khối Vi Tảo Quy Mô Lớn 46

Việc thu hồi sinh khối vi tảo ở quy mô lớn đối mặt với nhiều thách thức về mặt kỹ thuật và kinh tế. Các phương pháp thu hồi hiện tại như ly tâm, keo tụ, tuyển nổi đều có những ưu nhược điểm riêng, nhưng nhìn chung vẫn đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành đáng kể. Do đó, cần có những nghiên cứu và phát triển các phương pháp thu hồi sinh khối hiệu quả và kinh tế hơn.

III. Nghiên Cứu Nuôi Cấy Cộng Hợp Vi Tảo Vi Khuẩn Giải Pháp 59

Để xử lý đồng thời COD và chất dinh dưỡng trong một diện tích nhỏ gọn, nâng cao tốc độ lắng của vi tảo, từ đó cung cấp một giải pháp thay thế nuôi cấy cộng đồng vi tảo trong nước thải, ý tưởng kết hợp vi khuẩn và vi tảo bên trong một hệ thống đã được phát triển và thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới. Năm 1972, thuật ngữ "tảo hoạt tính" được sử dụng lần đầu tiên trong nghiên cứu thực nghiệm của McGriff và McKinney để chỉ sản phẩm của quá trình keo tụ giữa vi tảo và vi khuẩn trong quá trình xử lý nước thải. Khắc phục những nhược điểm ứng dụng riêng lẻ của bùn hoạt tính và vi tảo, như chi phí sục khí cao, tiêu thụ diện tích lớn và vấn đề xử lý bùn.

3.1. Cơ Chế Xử Lý Nước Thải Của Cộng Hợp Vi Tảo Vi Khuẩn 54

Cộng hợp vi tảo vi khuẩn tạo thành một hệ sinh thái thu nhỏ, trong đó vi tảo cung cấp oxy thông qua quá trình quang hợp, trong khi vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ. Sự cộng sinh này giúp tăng cường hiệu quả xử lý nước thải, đồng thời giảm thiểu nhu cầu năng lượng cho sục khí. Quá trình này giúp loại bỏ chất ô nhiễm hiệu quả.

3.2. Ảnh Hưởng Của Các Yếu Tố Đến Tăng Trưởng Vi Tảo Vi Khuẩn 55

Quá trình tăng trưởng vi tảo và vi khuẩn trong hệ thống cộng hợp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và lực cắt thủy động lực học. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là chìa khóa để đạt được hiệu quả xử lý nước thải và thu hồi sinh khối tối ưu. Nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình nuôi cấy.

IV. Tối Ưu Hóa Quy Trình Xử Lý Nước Thải Ảnh Hưởng Lực Cắt 59

Trong nghiên cứu này, ứng suất cắt từ 0,04 – 0,15 Pa có thể đảm bảo chuyển khối cho toàn bộ hệ thống đồng nuôi cấy mà không cần sục khí. Ứng suất cắt từ 0,15 – 0,69 Pa là khoảng thích hợp cho quá trình tạo hạt của tảo hoạt tính. Chiến lược khác nhau của EPS trong cộng đồng vi sinh vật cũng bị ảnh hưởng bởi lực cắt thủy lực khác nhau kết hợp với ứng suất gây ra bởi thời gian lưu. Lực cắt thủy động lực học bằng cách kích động đã được tìm thấy để xác định cấu trúc của hạt và điều chỉnh quá trình tạo hạt bao gồm giai đoạn biến đổi của nó, quy định EPS và cộng đồng vi sinh vật chiếm ưu thế.

4.1. Vai Trò Của EPS Trong Quá Trình Tạo Hạt Vi Tảo Vi Khuẩn 55

Extracellular Polymeric Substances (EPS) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo hạt của cộng hợp vi tảo vi khuẩn. EPS tạo thành một lớp màng bao bọc các tế bào vi sinh vật, giúp chúng kết dính lại với nhau và tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn. Các hạt này có khả năng lắng tốt hơn, giúp dễ dàng thu hồi sinh khối.

4.2. Ảnh Hưởng Của Lực Cắt Đến Cấu Trúc Hạt Vi Sinh Vật 49

Lực cắt thủy động lực học ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc và tính chất của hạt vi sinh vật. Lực cắt quá thấp có thể không đủ để tạo thành hạt, trong khi lực cắt quá cao có thể phá vỡ cấu trúc hạt. Do đó, cần kiểm soát lực cắt ở mức tối ưu để đảm bảo quá trình tạo hạt diễn ra hiệu quả. Cần có những nghiên cứu chuyên sâu hơn về vấn đề này.

V. Ứng Dụng Nghiên Cứu Tiềm Năng Xử Lý Nước Thải Thực Tế 53

Nghiên cứu này cung cấp những thông tin giá trị về hiệu quả xử lý nước thải và khả năng thu hồi sinh khối của hệ thống cộng hợp vi tảo vi khuẩn. Kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng của công nghệ này trong xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải nông nghiệp. Việc thu hồi sinh khối có thể mang lại những lợi ích kinh tế đáng kể, góp phần vào phát triển bền vững.

5.1. Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Trong PBR 48

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả loại bỏ COD, nitơ, phốt pho và các chất ô nhiễm khác trong nước thải bằng hệ thống cộng hợp vi tảo vi khuẩn trong PBR. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý cao, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải. Việc đo lường thường xuyên các chỉ số COD, BOD cần được thực hiện để theo dõi hiệu quả.

5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi 48

Nước thải chăn nuôi thường chứa nồng độ cao các chất ô nhiễm như nitơ, phốt pho và chất hữu cơ. Hệ thống cộng hợp vi tảo vi khuẩn có tiềm năng lớn trong việc xử lý loại nước thải này, đồng thời tạo ra sinh khối có thể sử dụng làm phân bón hoặc thức ăn chăn nuôi. Cần có những nghiên cứu sâu hơn nữa về ứng dụng này.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Xử Lý Nước Thải Bền Vững 52

Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng của hệ thống cộng hợp vi tảo vi khuẩn trong xử lý nước thải và thu hồi sinh khối. Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của hệ thống, cũng như các phương pháp thu hồi sinh khối hiệu quả và kinh tế hơn. Việc ứng dụng công nghệ này trong thực tế sẽ góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Cộng Hợp Vi Tảo Vi Khuẩn Tương Lai 51

Các nghiên cứu tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy, phát triển các phương pháp thu hồi sinh khối hiệu quả và kinh tế, cũng như đánh giá tác động môi trường và kinh tế xã hội của việc ứng dụng công nghệ này ở quy mô lớn. Ngoài ra, phân tích DNA/RNA vi sinh vật là rất cần thiết.

6.2. Góp Phần Vào Kinh Tế Tuần Hoàn Bảo Vệ Môi Trường 49

Việc ứng dụng hệ thống cộng hợp vi tảo vi khuẩn trong xử lý nước thải không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào kinh tế tuần hoàn thông qua việc thu hồi sinh khối và tạo ra các sản phẩm có giá trị. Điều này phù hợp với mục tiêu bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện nay, xử lý nước thải sinh học đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Theo ước tính, các quy trình xử lý nước thải truyền thống như quá trình bùn hoạt tính tiêu tốn nhiều năng lượng, đặc biệt là cho việc sục khí và khuấy trộn, đồng thời hiệu quả loại bỏ dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P) còn hạn chế. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển công nghệ nuôi cấy vi tảo và vi khuẩn cộng hợp trong hệ thống photobioreactor (PBR) vận hành theo chế độ phản ứng mẻ tuần tự (SBR) nhằm xử lý nước thải tổng hợp với nồng độ COD khoảng 384 mg/L, nitơ amoni 40 mg/L và photpho tổng 4 mg/L. Mục tiêu chính là đánh giá quá trình hình thành hạt hoạt hóa vi tảo (activated microalgae granules - AMG), xác định điều kiện vận hành tối ưu về tốc độ khuấy trộn (80, 120, 160, 200 vòng/phút) tương ứng với ứng suất cắt thủy lực, đồng thời đánh giá hiệu quả xử lý COD, amoni và photpho cũng như khả năng thu hồi sinh khối vi tảo. Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi thời gian từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2022. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải thân thiện môi trường, tiết kiệm năng lượng và đồng thời tạo ra nguồn sinh khối vi tảo có giá trị ứng dụng cao trong sản xuất nhiên liệu sinh học, thức ăn và phân bón.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: (1) Mô hình tương tác cộng sinh giữa vi tảo và vi khuẩn trong hệ thống xử lý nước thải, trong đó vi tảo thực hiện quang hợp tạo oxy cung cấp cho vi khuẩn dị dưỡng phân hủy hữu cơ, đồng thời vi khuẩn cung cấp CO2 cho vi tảo; (2) Mô hình hình thành hạt hoạt hóa vi tảo (AMG) dựa trên sự kết dính của vi tảo, vi khuẩn và các chất ngoại bào polymer (EPS) tạo thành cấu trúc hạt bền vững, cải thiện khả năng lắng và thu hồi sinh khối. Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất cắt thủy lực (hydraulic shear stress), quá trình quang hợp và dị dưỡng, EPS (extracellular polymeric substances), quá trình nitrat hóa - khử nitrat và quá trình hấp thụ dinh dưỡng bởi vi tảo.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu nước thải tổng hợp được chuẩn bị với tỷ lệ C:N:P là 100:10:1, tương ứng COD 384 ± 20 mg/L, amoni 40 mg/L và photpho 4 mg/L. Vi tảo sử dụng là chủng Chlorella vulgaris, phối hợp với vi khuẩn từ bùn hoạt tính lấy từ hệ thống xử lý nước thải siêu thị, với tỷ lệ trộn vi tảo:vi khuẩn là 5:1 theo khối lượng. Hệ thống thí nghiệm gồm 4 photobioreactor khuấy trộn với thể tích làm việc 7L, vận hành ở 4 tốc độ khuấy khác nhau: 80, 120, 160 và 200 vòng/phút, tương ứng ứng suất cắt thủy lực từ 0,04 đến 0,69 Pa. Thời gian nghiên cứu kéo dài 218 ngày với chu kỳ vận hành SBR giảm dần từ 72h xuống 24h, thời gian lắng giảm từ 3h xuống 15 phút để tối ưu quá trình tạo hạt và giữ lại sinh khối. Phân tích số liệu bao gồm đo COD, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, TP, nồng độ chlorophyll-a để đánh giá sinh khối vi tảo, xác định kích thước hạt, tốc độ lắng, hàm lượng EPS (protein và polysaccharide) và quan sát cấu trúc hạt dưới kính hiển vi. Cỡ mẫu được lựa chọn đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy, với các phép đo lặp lại theo từng giai đoạn vận hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý nước thải: Hệ thống AMG vận hành ở tốc độ khuấy 160 vòng/phút (ứng suất cắt 0,35 Pa) đạt hiệu suất xử lý COD, amoni và photpho lần lượt là 92%, 85% và 91%. So với các tốc độ khác, R160 cho hiệu quả xử lý và thời gian tạo hạt tối ưu hơn hẳn.

2. Quá trình tạo hạt AMG: Ứng suất cắt thủy lực dưới 0,15 Pa không đủ để hình thành hạt bền vững. Ứng suất cắt từ 0,15 đến 0,69 Pa là khoảng thích hợp cho quá trình tạo hạt, trong đó tốc độ khuấy 200 vòng/phút (0,69 Pa) tạo ra hạt lớn nhất với kích thước trung bình 339,1 µm, nhưng thời gian tạo hạt dài hơn so với R160.

3. Vai trò của EPS và vi tảo dạng sợi: EPS và vi tảo dạng sợi là hai yếu tố chính đóng góp vào sự hình thành và duy trì cấu trúc hạt AMG. Hàm lượng EPS protein/polysaccharide thay đổi theo ứng suất cắt và thời gian lưu, ảnh hưởng đến độ bền và kích thước hạt.

4. Tốc độ lắng và thu hồi sinh khối: AMG có tốc độ lắng cao hơn đáng kể so với vi tảo đơn lẻ, với tốc độ lắng đạt trên 0,36 m/h, giúp giảm chi phí thu hồi sinh khối. Tốc độ lắng tăng theo kích thước hạt và ứng suất cắt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả xử lý cao là do sự cộng sinh hiệu quả giữa vi tảo và vi khuẩn trong hạt AMG, tận dụng oxy do vi tảo tạo ra để vi khuẩn phân hủy hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa - khử nitrat. So sánh với các nghiên cứu trước đây, hiệu suất xử lý COD và dinh dưỡng của hệ thống này tương đương hoặc vượt trội hơn, đồng thời giảm được nhu cầu sục khí nhờ trao đổi khí tự nhiên trong hệ thống. Biểu đồ phân bố kích thước hạt và hàm lượng EPS minh họa rõ sự ảnh hưởng của ứng suất cắt đến cấu trúc hạt và hiệu quả xử lý. Kết quả cũng cho thấy sự cân bằng giữa ứng suất cắt đủ lớn để tạo hạt bền nhưng không quá cao gây phá vỡ cấu trúc hạt là yếu tố then chốt. Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ chế hình thành hạt AMG và vai trò của điều kiện vận hành trong việc tối ưu hóa hiệu quả xử lý và thu hồi sinh khối.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu tốc độ khuấy trộn: Áp dụng tốc độ khuấy 160 vòng/phút (ứng suất cắt 0,35 Pa) trong photobioreactor để đạt hiệu quả xử lý nước thải và tạo hạt AMG tối ưu trong vòng 3 tháng vận hành. Chủ thể thực hiện: các nhà máy xử lý nước thải ứng dụng công nghệ vi tảo.

2. Điều chỉnh chu kỳ vận hành SBR: Giảm dần thời gian chu kỳ từ 72h xuống 24h và thời gian lắng từ 3h xuống 15 phút để tăng cường áp lực thủy lực, thúc đẩy hình thành hạt và tăng tốc độ lắng, giúp thu hồi sinh khối hiệu quả hơn. Thời gian thực hiện: 1-2 tháng thử nghiệm.

3. Kiểm soát hàm lượng dinh dưỡng: Duy trì tỷ lệ C:N:P khoảng 100:10:1 trong nước thải đầu vào để đảm bảo dinh dưỡng đầy đủ cho vi tảo và vi khuẩn phát triển, nâng cao hiệu quả xử lý và sinh khối. Chủ thể: bộ phận vận hành và quản lý chất lượng nước thải.

4. Theo dõi và điều chỉnh EPS: Giám sát hàm lượng EPS protein và polysaccharide để duy trì cấu trúc hạt bền vững, tránh hiện tượng hạt bị phá vỡ hoặc không hình thành. Có thể áp dụng các biện pháp điều chỉnh ứng suất cắt hoặc thời gian lưu để kiểm soát EPS. Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo-bacteria cộng hợp, đặc biệt về quá trình tạo hạt AMG và các yếu tố ảnh hưởng.

2. Chuyên gia và kỹ sư vận hành nhà máy xử lý nước thải: Tham khảo để áp dụng công nghệ photobioreactor với điều kiện vận hành tối ưu, nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí năng lượng.

3. Doanh nghiệp sản xuất sinh khối vi tảo: Tận dụng kết quả nghiên cứu để phát triển quy trình thu hồi sinh khối vi tảo hiệu quả, phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học, thức ăn hoặc phân bón.

4. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách khuyến khích áp dụng công nghệ xanh, thân thiện môi trường trong xử lý nước thải.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi tảo và vi khuẩn cộng sinh trong xử lý nước thải có lợi ích gì?
   Vi tảo cung cấp oxy qua quang hợp cho vi khuẩn dị dưỡng phân hủy hữu cơ, trong khi vi khuẩn cung cấp CO2 cho vi tảo, giảm nhu cầu sục khí và tăng hiệu quả xử lý COD, N, P. Ví dụ, hiệu suất xử lý COD đạt tới 92% trong nghiên cứu này.

2. Tại sao cần tạo hạt hoạt hóa vi tảo (AMG)?
   AMG giúp tăng kích thước sinh khối, cải thiện tốc độ lắng và thu hồi dễ dàng hơn so với vi tảo đơn lẻ có kích thước nhỏ và tốc độ lắng thấp (dưới 0,0036 m/h). Hạt AMG trong nghiên cứu đạt tốc độ lắng trên 0,36 m/h.

3. Ứng suất cắt thủy lực ảnh hưởng thế nào đến quá trình tạo hạt?
   Ứng suất cắt dưới 0,15 Pa không đủ để hình thành hạt bền, trong khi khoảng 0,15-0,69 Pa là phù hợp để tạo hạt AMG có cấu trúc chắc chắn và hiệu quả xử lý cao.

4. Làm thế nào để thu hồi sinh khối vi tảo hiệu quả?
   Sử dụng AMG với kích thước lớn và tốc độ lắng cao giúp thu hồi sinh khối bằng phương pháp lắng tự nhiên, giảm chi phí so với ly tâm hoặc hóa chất kết tủa.

5. Chu kỳ vận hành SBR ảnh hưởng ra sao đến hiệu quả xử lý?
   Giảm thời gian chu kỳ và thời gian lắng giúp tăng áp lực thủy lực, thúc đẩy hình thành hạt và giữ lại sinh khối hiệu quả, đồng thời duy trì hiệu suất xử lý COD và dinh dưỡng ổn định.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thành công trong việc hình thành hạt hoạt hóa vi tảo-bacteria (AMG) trong photobioreactor vận hành theo chế độ SBR với hiệu suất xử lý COD, amoni và photpho đạt lần lượt 92%, 85% và 91%.
• Ứng suất cắt thủy lực từ 0,15 đến 0,69 Pa là khoảng thích hợp để tạo hạt AMG bền vững, trong đó tốc độ khuấy 160 vòng/phút (0,35 Pa) cho kết quả tối ưu về thời gian tạo hạt và hiệu quả xử lý.
• EPS và vi tảo dạng sợi đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và sự ổn định của hạt AMG, ảnh hưởng đến khả năng lắng và thu hồi sinh khối.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng vi tảo-bacteria cộng hợp hiệu quả, thân thiện môi trường và tiết kiệm năng lượng.
• Đề xuất tiếp theo là triển khai thử nghiệm quy mô pilot và nghiên cứu ứng dụng thực tế nhằm hoàn thiện công nghệ và mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt.

Hãy áp dụng các giải pháp tối ưu trong vận hành photobioreactor để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải và thu hồi sinh khối vi tảo, góp phần phát triển công nghệ xanh bền vững cho tương lai.