Nghiên cứu cải thiện cơ tính của giá thể polyvinyl alcohol/sodium alginate ứng dụng để cố định sinh khối vi sinh vật
233 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.78.2022.93-100Từ khóa:
Graphene oxide; Polyvinyl alcohol-natri alginate; Cố định sinh khối; Bùn hoạt tính; Giá thể.Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, một loại hạt gel polyvinyl alcohol-sodium alginate (PVA/SA) mới đã được thử nghiệm cho quá trình cố định sinh khối vi sinh vật để ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải. Các hạt gel được chế tạo từ PVA, SA và graphene oxide (GO) với nồng độ GO khác nhau (0,02, 0,2; 2; 20 và 200 mg/L). Kết quả nghiên cứu cho thấy, một số tính chất cơ bản bao gồm độ tròn và tỉ lệ trương nở của hạt gel không có sự khác biệt đáng kể khi thay đổi nồng độ GO. Đồng thời, khi nồng độ GO càng tăng thì càng giúp nâng cao độ bền cơ học của hạt gel. Độ bền của hạt gel cao nhất khi nồng độ GO là 200 mg/L. Cũng tại nồng độ này, hạt gel có khả năng xử lý xanh methylen cao nhất (91,2%) và tốc độ tiêu thụ oxy nhanh nhất (0,31 mg/L/phút) so với hạt gel PVA/SA không có GO. Kết quả này bước đầu đã chứng minh rằng, việc bổ sung GO là một cách thức hiệu quả để tăng cường độ bền cơ học của hạt gel PVA/SA.
Tài liệu tham khảo
[1]. G. Mitropoulou, V. Nedovic, A. Goyal, và Y. Kourkoutas. Immobilization technologies in probiotic food production. J Nutr Metab., số 2013 (2013), tr 1-14.
[2]. A. Basso và S. Serban. Industrial applications of immobilized enzymes - A review. Mol. Catal., số 479 (2019), tr 110607-110626.
[3]. X. Zhang, S. You, L. Ma, C. Chen, và C. Li. The application of immobilized microorganism technology in wastewater treatment. 2nd International Conference on Machinery, Materials Engineering, Chemical Engineering and Biotechnology (2015). Atlantis Press.
[4]. F. Zhong, S. Li, và K. Yuan. Immobilization of Dominant Bacteria by Polyvinyl Alcohol và Its Effect on COD Removal from Coking Wastewater. in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (2019). IOP Publishing.
[5]. Y. Lu, L. Ma, Y. Liang, B. Shan, và J. Chang. Enhancing nitrogen removal performance in a bioreactor using immobilized anaerobic ammonium oxidation sludge by polyvinyl alcohol-sodium alginate (PVA-SA). Pol. J. Environ. Stud., số 27 (2018), tr 773-778.
[6]. T. Takei, K. Ikeda, H. Ijima, và K. Kawakami, Fabrication of poly (vinyl alcohol) hydrogel beads crosslinked using sodium sulfate for microorganism immobilization. Process Biochem., số 46(2) (2011), 566-571.
[7]. N.T. Minh, M. Choi, N. Park, H. Bae, N.T. Minh, M. Choi, N. Park, và H. Bae. Critical design factors for polyvinyl alcohol hydrogel entrapping ammonia-oxidizing bacteria: biomass loading, distribution of dissolved oxygen, và bacterial liability. Environ. Eng. Res., số 26 (2020), tr 1-7
[8]. Y. Wang, Y. Liu, M. Feng, và L. Wang. Study of the treatment of domestic sewage using PVA gel beads as a biomass carrier. J. Water Reuse Desalin., số 8 (2018), tr 340-349.
[9]. M.P. Shah, S. Rodriguez-Couto, và S.S. Sengor, Emerging Technologies in Environmental Bioremediation. Elsevier, 2020.
[10]. T. Cheng-an, Z. Hao, W. Fang, Z. Hui, Z. Xiaorong, và W. Jianfang. Mechanical properties of Graphenee oxide/polyvinyl alcohol composite film. Polym. Polym. Compos., số 25 (2017), tr 11-16.
[11]. M. Aslam, M.A. Kalyar, và Z.A. Raza, Polyvinyl alcohol: A review of research status and use of polyvinyl alcohol based nanocomposites. Polym. Eng. Sci., số 58 (2018), tr 2119-2132.
[12]. X. Wu, Y. Xie, C. Xue, K. Chen, X. Yang, L. Xu, J. Qi, và D. Zhang. Preparation of PVA-GO composite hydrogel and effect of ionic coordination on its properties. Mater. Res. Express., số 6 (2019), 075306.
[13]. Y. Sha, J. Liu, J. Yu, S. Xu, W. Yan, Z. Li, và M. Shahbaz. Effect of Graphene oxide on the ammonia removal and bacterial community in a simulated wastewater treatment process. J Environ Eng, số 146 (2020), 04020097.
[14]. N. Tuyen, J. Ryu, J. Yae, H. Kim, S. Hong, và D. Ahn. Nitrogen removal performance of anammox process with PVA–SA gel bead crosslinked with sodium sulfate as a biomass carrier. J. Ind. Eng. Chem, số 67 (2018), tr 326-332.
[15]. J.-W. Woo, H.-J. Rob, H.-D. Park, C.-I. Ji, Y.-B. Lee, và S.-B. Kim. Sphericity optimization of calcium alginate gel beads and the effects of processing conditions on their physical properties. Food Sci. Biotechnol., số 16 (2007), tr 715-721.
[16]. B.-B. Lee, R. Ibrahim, S.-Y. Chu, N.A. Zulkifli, và P. Ravindra. Alginate liquid core capsule formation using the simple extrusion dripping method. J. Polym. Eng., số 35 (2015), tr 311-318.
[17]. Y. Zhang và L. Ye. Improvement of permeability of poly (vinyl alcohol) hydrogel by using poly (ethylene glycol) as porogen. Polym. Plast. Technol. Eng., số 50 (2011), tr 776-782.
[18]. S. Magdum, G. Minde, và V. Kalyanraman. Rapid determination of indirect cod and polyvinyl alcohol from textile desizing wastewater. Pollut. Res., số 32 (2013), tr 515-519.
[19]. W.E. Federation và A. Association standard methods for the examination of water và wastewater. American Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA, 2005.
[20]. A. Banach-Wiśniewska, M. Ćwiertniewicz-Wojciechowska, và A. Ziembińska-Buczyńska. Effect of temperature shifts and anammox biomass immobilization on sequencing batch reactor performance and bacterial genes abundance. Int J Sci Environ Technol Title, 2020, tr 1-12.
[21]. L. S. Zhang, W. Z. Wu, và J. l. Wang. Immobilization of activated sludge using improved polyvinyl alcohol (PVA) gel. J. Environ. Sci., số 19 (2007), tr 1293-1297.
[22]. W. P. Voo, C. W. Ooi, A. Islam, B. T. Tey, và E. S. Chan. Calcium alginate hydrogel beads with high stiffness and extended dissolution behaviour. Eur. Polym. J., số 75 (2016), tr 343-353.
[23]. T. Takei, K. Ikeda, H. Ijima, M. Yoshida, và K. Kawakami, A comparison of sodium sulfate, sodium phosphate, and boric acid for preparation of immobilized Pseudomonas putida F1 in poly (vinyl alcohol) beads. Polym. Bull., số 69 (2012), tr 363-373.
[24]. L. Zhang, Z. Wang, C. Xu, Y. Li, J. Gao, W. Wang, và Y. Liu, High strength Graphenee oxide/polyvinyl alcohol composite hydrogels. J. Mater. Chem., số 21 (2011), tr 10399-10406.
[25]. A. Banach-Wiśniewska, M. Tomaszewski, M.S. Hellal, và A. Ziembińska-Buczyńska. Effect of biomass immobilization and reduced Graphenee oxide on the microbial community changes and nitrogen removal at low temperatures. Sci. Rep., số 11 (2021), tr 1-12.
[26]. S. Morimune, T. Nishino, và T. Goto, Poly (vinyl alcohol)/Graphenee oxide nanocomposites prepared by a simple eco-process. Polym. J., số 44 (2012), 1056-1063.
