Ứng dụng tảo cho xử lý môi trường đang là một lựa chọn cho sản xuất thủy sản bền vững, đặc biệt là trong xử lý nước thải nuôi tôm. Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng phát triển sinh khối, các điều kiện ảnh hưởng và khả năng xử lý ô nhiễm của tảo Chlorella Vulgaris trên nguồn nước thải sau nuôi bằng thực nghiệm trên mô hình nuôi công suất 120L (Mẻ/chu kỳ).
Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN SINH KHỐI TẢO CHLORELLA VULGARIS ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM Nguyễn Thị Mỹ Linh1, Nguyễn Trọng Nhân1, Lương Quang Tưởng1, Nguyễn Thị Hồng Nhung1, Lê Thị Ánh Hồng2, Trần Thành1* Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Viện Sinh học Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam *Tác giả liên lạc: thanhtran2710@gmail.com (Ngày nhận bài: 10/7/2018; Ngày duyệt đăng: 15/9/2018) TÓM TẮT Ứng dụng tảo cho xử lý môi trường lựa chọn cho sản xuất thủy sản bền vững, đặc biệt xử lý nước thải nuôi tôm Nghiên cứu nhằm đánh giá khả phát triển sinh khối, điều kiện ảnh hưởng khả xử lý ô nhiễm tảo Chlorella Vulgaris nguồn nước thải sau ni thực nghiệm mơ hình ni công suất 120L (Mẻ/chu kỳ) Kết ban đầu cho thấy nông độ 10% tảo ban đầu cho vào sinh khối tảo đạt 1.13883±0.01893 g/l ngày thứ 15, ngắn 15% ngày thứ đạt 1.10667±0.02363 g/l điều kiện chiếu sáng nhân tạo (đèn LED) thích hợp cho sinh trưởng tảo C.vulgaris ánh sáng đỏ với cường độ chiếu sáng 120 µmol/m2/s (6400 lux) Kết thử nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm sau 10 ngày cho thấy hiệu xử lý TP đạt 95.24%, COD giảm 78 mg/L (hiệu xử lý 84,64%), hiệu xử lý NH4, NO3 NO2 91,31%, 81,56% 82,97% Từ khóa: Tảo, tảo Chlorella vulgaris, nước thải, xử lý nước thải nuôi tôm EVALUATION OF CHLORELLA VULGARIS ALGAE BIOMASS UTILIZATION CAPABILITY IN SHRIMP WASTEWATER TREATMENT CAPACITY Nguyen Thi My Linh , Nguyen Trong Nhan1, Luong Quang Tuong1, Nguyen Thi Hong Nhung1, Le Thi Anh Hong2, Tran Thanh1* Nguyen Tat Thanh University Institute of Tropical Biology, Vietnam Academy of Science and Technology *Corresponding Author: thanhtran2710@gmail.com ABSTRACT Application of algae technology for environmental treatment is a widely option for sustainable aquaculture production, especially in the treatment of shrimp wastewater This study aims to assess the biomass development as well as influencing factors, and the ability to nutrients handle in shrimp wastewater of Chlorella Vulgaris in an experimental model of 120 L capacity Initial results showed that 10% of algae initially gave algae biomass at 1.13883 ± 0.01893 g/L on day 15.The sample 15% was shortest on day at 1.10667 ± 0.02363 g/L and the light conditions (LED) matched the growth of C vulgaris is red, brightness at 120 μmol /m2/s (6400 lux) Initial results showed that 10% of algae initially gave algae biomass at 1.13883 ± 0.01893 g/l on 15th day, the sample 15% was shortest on day at 1.10667 ± 0.02363 g/l and the light conditions (LED) matched the growth of C Vulgaris is red, brightness at 120 μmol/m2/s (6400 lux) The results of treatment after 10 days showed that treatment efficiency on total Photpho was 95.24%, remain COD was 78 mg/L (treatment efficiency 84.64%), the efficiency of treatment on NH4+, NO3-, and NO2- were 91.31%, 81.56%, and 82.97%, respectively Keywords: Algae, Chlorella Vulgaris, wastewater, shrimp waste water treatment 14 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 suất sinh khối cao dễ ni trồng, đặc biệt thích nghi phát triển tốt môi trường nước thải Một số đề tài nghiên cứu sử dụng Chlorella để xử lý nước thải từ hầm ủ Biogas cơng trình ni Chlorella để thu sinh khối với kỹ thuật ni đơn giản tốn thực thành cơng Mặc dù có số nghiên cứu xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cao đặt biệt nước thải ni tơm nước lợ nước biển nhìn chung cịn hạn chế, chưa mang tính bao qt, chưa quan tâm mức cấp quyền nên nước thải ảnh hưởng đến môi trường dân sinh vùng lân cận Như vậy, để góp phần thúc đẩy mạnh tảo Chlorella xử lý nước thải thủy sản Đề tài “Nghiên cứu phát triển sinh khối tảo Chlorella Vulgaris ứng dụng xử lý nước thải nuôi tôm” thực thử nghiệm đánh giá khả phát triển sinh khối khả xử lý ô nhiễm tảo Chlorella Vulgaris nguồn nước thải sau nuôi tôm với mong muốn cải thiện môi trường, giảm ô nhiễm nguồn nước phát triển nuôi trồng thủy sản bền vững GIỚI THIỆU Hiện nay, nghề nuôi tôm Việt Nam đà phát triển mạnh mẽ Năm 2003, lần kim nghạch xuất tôm vượt mức tỷ USD nâng cao đời sống cho nhiều hộ dân vùng Tuy mang lại giá trị kinh tế cao ngành thủy sản nuôi tôm phải đối phó với vấn đề mơi trường dịch bệnh Nước thải thải môi trường khơng quy cách, khơng xử lý tích tụ lâu ngày gánh nặng to lớn với môi trường, tạo điều kiện phát sinh mầm bệnh, vi sinh vật gây bệnh người nuôi phải sử dụng lượng lớn kháng sinh Năm 2010, Nhật cảnh báo 28/678 lơ hàng tơm nhập vào Nhật có mức kháng sinh Quinolone vượt mức cho phép Do đó, để đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn xuất khẩu, nguồn nước thải ni trồng thủy sản có chứa nhiều thành phần dinh dưởng thừa phải xử lý triệt để trước thải nguồn tiếp nhận Xử lí nước thải ni tơm với phương pháp sinh học, đặc biệt ứng dụng vi thực vật tảo phương pháp đánh giá cao với ưu điểm thân thiện môi trường mà xử lý hiệu chất ô nhiễm dinh dưỡng thông thường với thiết bị ni đơn giản chi phí vận hành thấp, nước thải hoàn toàn đạt tiêu chuẩn cho phép Đặc biệt, sinh khối thu sau xử lý nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho tơm, cá Trong nhóm vi tảo lục tảo Chlorella Vulgaris có tiềm xử lý nước thải cơng nghiệp lớn tốc độ sinh trưởng cao, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu Vi tảo chọn nghiên cưu giống vi tảo chlorella vulgaris từ Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II, TP.HCM Hình Vị trí lấy mẫu nước thải ni tơm mơ hình thực nghiệm xử lý (A) Mơ hình thực nghiệm ni tảo; (B) Địa điểm lấy mẫu nước thải nuôi tôm thử nghiệm 15 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 Nguồn nước thải nuôi tôm lấy từ ao ni tơm anh Nguyễn Hồi Nam, đường Bà Xán, ấp Trần Hưng Đạo, xã Tam Thới Hiệp, huyện Cần Giờ Địa điểm thí nghiệm thực phịng thí nghiệm vi sinh cơng nghệ mơi trường – Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT Các thí nghiệm vận hành mơ hình ni với mơ tả chi tiết sau: Bình nhựa 5L (1), máy bơm (2) đầu ống Tiến trình phương pháp nghiên cứu thổi khí (5) gắn với đường bơm oxy (7) nối dài xuyên qua nắp (nắp bình để giảm khí CO2) bình lên vào đường ống nệp (8) đến đầu chia (6) mắc vào máy bơm oxy Xung quanh bình ni lắp đèn led để đảm bảo cung cấp đủ ánh sáng cho tảo hấp thu Dây điện từ đèn led vào nệp nối đến điều khiển (4) đèn led điều khiển nguồn với cơng tắc điều khiển đóng mở Hình Sơ đồ tiến trình nghiên cứu Các thí nghiệm thiết kế giống vulgaris sau 15 ngày Cấy 5%, 10%, 15% ban đầu gồm nghiệm thức tiến tảo giống chlorella vulgaris (5% = 200ml hành nuôi bình PE 5L có chứa tảo giống đạt pha ổn định) 4000 ml môi trường (Kun) Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng chế độ hấp khử trùng atm (121oC) 30 chiếu ánh sáng led tới khả tăng sinh phút Sau 15 ngày nuôi cấy tiến hành thu khối tảo chlorella vulgaris Lượng cấy hoạch tảo phương pháp sấy đánh ban đầu lấy tối ưu từ thí nghiệm tảo giá sinh khối tảo phương pháp định giống nuôi điều kiện chiếu ánh lượng khối lượng Thí nghiệm trì sáng led khác nhau: đơn màu đỏ, trắng, đỏ điều kiện nhiệt độ phòng: 25 – 30oC; - trắng pH = – 8; chiếu sáng hệ thống đèn Đánh giá sơ khả xử lý nước thải cho cường độ ánh sáng bề mặt dung nuôi tôm đánh giá tiêu dịch 120 µmol/m2/s (tương đương nước đầu vào đầu theo QCVN 64000 lux), chiếu sáng liên tục 24/24 Các 02-19:2014/BNNPTNT bao gồm pH, nghiệm thức tiến hành lặp lại lần COD Ngồi cịn đánh giá thêm tiêu Thí nghiệm mục tiêu khảo sát ảnh hưởng NH4, NO3 NO2 vốn chất có ảnh nồng độ tảo nuôi cấy ban đầu lên khả hưởng quan đến chất lượng nước phát triển sinh khối tảo chlorella thời gian nuôi 16 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 Thống kê phân tích số liệu Các số liệu nhập xử lý số liệu Excel, sau dùng phương pháp kiểm định phân tích phương sai (ANOVA) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng nồng độ ban đầu lên phát triển sinh khối tảo Chlorella vulgaris Hình Sinh khối tảo phát triển theo nồng độ: 5%, 10%, 15% điều kiện ánh sáng đỏ Kết thí nghiệm hình cho thấy trưởng tương đối 0.83 g/l; 5% khối lượng ánh sáng đỏ, nồng độ ban đầu tăng lên 0.72 g/l tốc độ tăng chậm mặc (NĐBĐ) cho vào khối lượng tảo dù ngày khoảng cách khối lượng tăng tăng dần theo thời gian Tuy nhiên, ba gần 10% Bước qua ngày thứ 12 có nồng độ sinh khối tảo phát triển khác khác biệt rõ rệt, 15% khối lượng tảo có NĐBĐ 15% tăng liên tục đến ngày thứ chiều giảm xuống 0.9667 g/l, tốc độ tăng đạt đỉnh cho sinh khối cao Trong trưởng -0.135 day-3 tăng trở lại hai nồng độ cịn lại tăng đạt ngày 15 (1.10667 ± 0.03512 g/l); tăng đỉnh ngày 15 Trong ngày đầu tảo cho mạnh vượt lên 1.13883±0.01893 g/l vào giai đoạn trưởng thành khả nồng độ 10% cao so với 15%; cịn lại thích nghi cao tăng nhanh khối lượng 5% tăng đến ngày 15 đạt 1.10667±0.02363 g/l (ở 15%); 10% tăng 0.82667±0.03329 g/l Hình Sinh khối tảo phát triển theo nồng độ: 5%, 10%, 15% điều kiện ánh sáng trắng 17 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 Kết nồng độ nuôi điều kiện ánh sáng đỏ cho thấy để thu sinh khối tối ưu nông độ 10% cao 1.13883±0.01893 g/l, nhiên phải đến 15 ngày nuôi cấy cho sinh khơi 1.10667±0.02363 g/l nồng độ 15% ngày Tương tự, so sánh ba nồng độ ánh sáng trắng cho thấy cách biệt rõ NĐBĐ 15% với hai nồng độ lại Tốc độ tăng trưởng trung bình 0.2272 day-3 đến ngày đạt đỉnh 1.10667±0.02309 g/l, sau giảm dần 1.045± 0.0835g/l ngày 12 1.0633±0.0775 g/l ngày 15 Khác hẳn, nồng độ 10% sinh khối tảo tăng liên tục đến ngày 15 đạt 1.0667 ±0.0592 g/l cao so với 15% Ở nồng độ thấp 5% ngày thứ ba tăng nhanh 0.45167 ±0.0454 g/l gần ngang với 10% (0.465±0.0606) sau tăng chậm dần khoảng cách sinh khối nồng độ rõ hơn, đạt cao nhât ngày 15 0.78833±0.0333 g/l Từ kết cho thấy ánh sáng trắng nồng độ 15% cho sinh khối tối ưu gian ngắn đạt tối ưu 1.10667±0.02309 g/l rơi vào ngày Hình Sinh khối tảo phát triển theo nồng độ: 5%, 10%, 15% điều kiện ánh sáng hai màu trắng – đỏ Cuối ánh sáng trắng – đỏ nồng giai đoạn trưởng thành, đồng thời độ, 15% cho sinh khối cao ngày khả thích nghi tảo C.Vulgaris 9: 0.9867±0.0375 g/l, sau giảm dần tốt, tốc độ sinh trưởng nhanh So sánh với xuống 0.8417±0.0508 g/l Nồng độ 10% nồng độ cho thấy nồng độ ban đầu 15% tăng nhanh ngày thứ kéo giảm đạt sinh khối cao cho sinh khối tối khoảng cách so với 15% (0.052 0.37 ưu thời gian ngăn vào ngày thứ g/l) đạt đỉnh ngày 15 (0.96167±0.0425) Ảnh hưởng loại ánh sáng lên Cịn 5% tăng ổn định có chiều cong phát triển sinh khối tảo Chlorella lên ổn định từ ngày 12 (0.7817± vulgaris 0.0782) đến ngày 15 (0.795±0.0133 g/l) Kết thí nghiệm cho thấy để nuôi tăng không đáng kể Tối ưu NĐBĐ nhân tạo tảo C.vulgaris nhiên cần khắc 15%, nhiên ngang 10% cho sinh phục tượng mật độ tảo lớn ảnh khối gần ngang vào ngày thứ (-0.37 g/l hưởng khả đâm xuyên ánh sáng so với 15%) Khả đâm xuyên ánh sáng phụ Nhìn chung, sinh khối tảo tăng dần theo thuộc vào độ dài bước sóng ánh sáng Theo chiều tăng dần nồng độ nuôi cấy ban đó, thí nghiệm thiết kế sử dụng ánh đầu điều với quy luật kết sáng đèn LED (được cho tiết kiệm thí nghiệm phù hợp với nhiều nhận định điện so với đèn huỳnh quang) tác giả khác Trong ngày đầu tảo cường độ 120 µmol/m2/s (tương ứng 6400 vào giai đoạn thích nghi, giai đoạn lux mặt nước) với khoảng bước tương đối ngắn tảo đưa vào mơi trường sóng khác 18 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 Hình Sinh khối tảo phát triển theo loại ánh sáng màu: trắng, đỏ, trắng – đỏ Trong loại ánh sáng khác cho thấy Đánh giá khả xử lý nước thải nuôi sinh khối tảo phát triển tốt cho sinh khối tôm tảo Chlorella vulgaris cao ánh sáng đỏ >>ánh sáng trắng>> ánh Nguyên nhân lựa chọn thí nghiệm đến sáng trắng-đỏ Ánh sáng trắng tăng liên tục 10 ngày, ta dựa vào pha sinh trưởng theo 15 ngày với tốc độ tăng trưởng trung đồ thị , đến ngày thứ 10 mật độ tảo có dấu bình 0.1483 day-3, khôi lượng cao đạt hiệu giảm (đến pha suy vong) phải dừng đỉnh 1.0667 ± 0.0592 g/l Ánh sáng đỏ thí nghiệm, để tránh tượng tảo chết cao khối lượng đạt 1.1383 ± 0.0189 gây ô nhiễm lại môi trường khảo sát g/l vào ngày thứ 15 Thấp ánh sáng Qua thí nghiệm cho thấy tảo phát triển tốt trắng-đỏ ngày cho khối lượng 0.9497 nước thải nuôi tôm hấp thu lượng ± 0.1455 g/l ngày 15 0.96167 ± 0.0425 g/l Mặc khác so sánh với nồng độ ánh sáng có bước sóng khác cho thấy ánh sáng đỏ cao đến ánh sáng trắng, thấp trắng-đỏ Trong dải đơn sắc, ánh sáng đỏ tốt cho phát triển tảo C.vulgaris Điều phù hợp với nhiều kết nghiên cứu trước nhóm tảo tương tự (Saha cs, 2013 Haematococcus pluvialis; Wang cs, 2007 Spirulina platensis; Matthijs, 1996 Chlorella pyrenoidosa) 19 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 So với nghiên cứu Trần Chấn Bắc (2013) nghiên cứu sử dụng nước thải ao nuôi thủy sản để nuôi Chlorella kết luận tảo phát triển tốt nước thải ao cá tra hấp thu lượng dinh dưỡng tốt vào ba đến năm ngày đầu (với hiệu suất hấp thu cao TP đạt 88,66%) Như vậy, thí nghiệm nghiên cứu, có hiệu xử lý photpho cao so với công bố nêu TN TP hai chất quan trọng cho tăng trưởng trao đổi chất tế bào Tảo Nước thải cịn chứa hợp chất vơ nitrat, amoni, photphat dẫn đến tượng phú dưỡng hồ gây nở hoa tảo độc hại Hình Kết xử lý Nitơ tảo Chlorella vulgaris 10 ngày Trong mơi trường nước, Nitrogen hịa tan với tốc độ tăng trưởng trung bình 0.1483 thường tồn dạng amoni tổng số day-3, khôi lượng cao đạt đỉnh 1.0667 (NH4+ NH3), nitrat (NO3-), nitrit (NO2) ± 0.0592 g/l Ánh sáng đỏ cao khối Trong hai dạng NH3 NO2- thường lượng đạt 1.1383 ± 0.0189 g/l vào ngày thứ gây hại cho sinh vật Hai dạng lại 15 với cường độ sáng 120 µmol/m2/s thực vật phiêu sinh thực vật sống (6400 lux) Thấp ánh sáng trắng-đỏ nước hấp thu (Joseph et al (1993)), tảo hấp ngày cho khối lượng 0.9497 ± 0.1455 thu NH4+ NO3- để tổng hợp sinh khối g/l ngày 15 0.96167 ± 0.0425 g/l Tảo tạo lượng Kết thí nghiệm cho Chlorela Vugaris sinh trưởng nước thấy hiệu suất xử lý NO3 81,56%, thải tốt, hiệu xử lý Nito tảo: NO3 NH4+ 91,31%, NO2 82,97% 81,56%, NH4 91,31%, NO2 82,97% TP tối ưu giảm từ 26.52mg/L xuống 1.26mg/L,COD giảm từ 508 KẾT LUẬN Trên mơ hình thực tế, khảo sát ảnh mg/L xuống 78 mg/L Hiệu suất xử lý hưởng nồng độ tảo ban đầu loại ánh TP mơ hình đạt 95,24% sáng màu đến tăng sinh khối tảo COD đạt 84,64% Mặc dù Chlorella vulgaris mô hình thử nghiên cứu cần qua nhiều bước nữa, nghiệm cho kết sinh khối cao lợi ích mà cơng nghệ vi tảo - tảo ánh sáng đỏ, sau đến ánh sáng trắng Chlorela Vugaris mang lại cho môi trường ánh sáng trắng-đỏ cho kết thấp nông nghiêp hứa hẹn Ánh sáng trắng tăng liên tục 15 ngày TÀI LIỆU THAM KHẢO BẮC, T C (2013) Nghiên cứu hiệu kỹ thuật nuôi sinh khối tảo Chlorella sp sử dụng nước thải từ ao nuôi cá tra Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 28: 157-162 CÔNG, P T., T Đ DŨNG, Đ T T TRÚC, N Đ HOÀNG, AND M T TRÚC (2012) Chất lượng nước bùn thải từ ao nuôi cá tra ảnh hưởng đến môi trường sản 20 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2018 xuất nơng nghiệp đồng sơng Cửu Long Tạp chí Nông nghiệp Phát triển Nông nghiệp số 1: trang 68-72 DUNG, N T P., AND N N HOA (2012) Các rào cản kỹ thuật thương mại xuất thủy sản Việt Nam vào thị trường Nhật Tạp chí Khoa học 215-223 DƯƠNG, T T (2004) Tiêu thụ tôm Việt Nam Tạp chí Thủy Sản 8-9 ĐƠN, P Đ (2014) Ơ nhiễm mơi trường ni trồng chế biến thủy sản Đồng Sông Cửu Long Tạp chí mơi trường THÀNH, D T (2012) Mơ hình xử lý nước thải ni tơm cơng nghiệp tảo Tetraselmis nhuyễn thể mảnh võ quy mô pilot Trường Đại học Bách khoa, Sở Khoa học Công nghệ AGH, N., AND P SORGELOOS (2005) Handbook of protocols and guidelines for culture and enrichment of live food for use in larviculture Urmia-Iran: Ediciones Artemia & Aquatic Animals Research Center 60 LIU, Z.-Y., G.-C WANG, AND B.-C ZHOU (2008) Effect of iron on growth and lipid accumulation in Chlorella vulgaris Bioresource technology 99: 4717-4722 MATTHIJS HCP, BALKE H, VAN HES UM, KROON BMA, AND B R MUR LR (1996) Application of light-emitting in algal culture (chlorella pyrenoidosa) Biotechnol Bioeng 50 98-107 SAHA, S K., E MCHUGH, J HAYES, S MOANE, D WALSH, AND P MURRAY (2013) Effect of various stress-regulatory factors on biomass and lipid production in microalga Haematococcus pluvialis Bioresource technology 128: 118-124 WANG CY, AND L C FU CC (2007) Effects of using light-emitting diodes on the cultivation of Spirulina platensis Biochem Eng J 27 21-25 21 ... tảo Chlorella Vulgaris ứng dụng xử lý nước thải nuôi tôm? ?? thực thử nghiệm đánh giá khả phát triển sinh khối khả xử lý ô nhiễm tảo Chlorella Vulgaris nguồn nước thải sau nuôi tôm với mong muốn cải... Sinh khối tảo phát triển theo loại ánh sáng màu: trắng, đỏ, trắng – đỏ Trong loại ánh sáng khác cho thấy Đánh giá khả xử lý nước thải nuôi sinh khối tảo phát triển tốt cho sinh khối tôm tảo Chlorella. .. thấp, nước thải hoàn toàn đạt tiêu chuẩn cho phép Đặc biệt, sinh khối thu sau xử lý nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho tôm, cá Trong nhóm vi tảo lục tảo Chlorella Vulgaris có tiềm xử lý nước thải