Luận văn nghiên cứu khả năng loại bỏ các hợp chất của nitơ và phốtpho trong nước thải đô thị bằng chlorella sp trên hệ phản ứng mở

1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1.1 Khái niệm, thành phần nước thải đô thị 1.1.2 Đặc điểm nước thải đô thị 1.1.3 Hiện trạng nước thải đô thị Việt Nam 1.2 CƠ CHẾ TIÊU THỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI BỞI VI TẢO 10 1.3 TỔNG QUAN VỀ VI TẢO CHLORELLA 12 1.3.1 Đặc điểm cấu tạo hình thái, sinh sản 12 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển Chlorella 14 1.3.2.1 Nhiệt độ 14 1.3.2.2 Ánh sáng 14 1.3.2.3 pH 15 1.3.2.4 Dinh dưỡng 16 1.3.2.5 Kim loại 17 1.3.3 Ứng dụng vi tảo Chlorella 18 1.3.3.1 Thức ăn cho người động vật 18 1.3.3.2 Nhiên liệu sinh học 19 1.3.3.3 Sản xuất phân bón sinh học 19 1.3.3.4 Sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm 19 1.3.4 Một số ứng dụng vi tảo Chlorella xử lý nguồn nước thải 20 1.3.4.1 1.3.4.2 Xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị 20 Xử lý nước thải chăn nuôi, ao nuôi trồng thủy sản 21 1.3.4.3 Xử lý nước thải công nghiệp 22 1.4 TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KẾT HỢP NUÔI CẤY TẢO 23 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 25 2.2 NGUYÊN VẬT LIỆU 26 2.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 30 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.4.1 Phương pháp tổng hợp kế thừa tài liệu 31 2.4.2 Phương pháp lấy mẫu 31 2.4.3 Phương pháp thực nghiệm 32 2.4.4 Phương pháp phân tích 38 2.4.4.1 Phương pháp phân tích chất lượng nước 38 2.4.4.2 Phương pháp xác định mật độ vi tảo 38 2.4.4.3 Phương pháp xác định nồng độ tổng sinh khối 39 2.4.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng Chlorophyll-a b 39 2.4.4.5 2.4.4.6 Phương pháp đánh giá kết 40 Phương pháp xử lý số liệu trình bày kết 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 43 3.2 DIỄN BIẾN CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG 44 3.3 SINH TRƯỞNG CỦA CHLORELLA SP NUÔI TRONG HỆ PHẢN ỨNG 50 L VÀ DIỄN BIẾN CÁC THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 48 3.4 SINH TRƯỞNG CỦA CHLORELLA SP NUÔI TRONG HỆ PHẢN ỨNG 500 L VÀ DIỄN BIẾN THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 51 3.5 HIỆU SUẤT LOẠI BỎ DINH DƯỠNG N, P VÀ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BỞI CHLORELLA SP NUÔI TRONG HAI HỆ 50 L VÀ 500 L 54 3.6 THU HOẠCH SINH KHỐI VÀ NĂNG SUẤT SINH KHỐI 61 3.6.1 Thu hoạch sinh khối 61 3.6.2 Năng suất sinh khối 64 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 4.1 KẾT LUẬN 66 4.2 KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học số chủng Chlorella 13 Bảng 2.1: Danh mục hóa chất 26 Bảng 2.2: Danh mục dụng cụ - thiết bị thí nghiệm 29 Bảng 2.3: Thành phần môi trường nhân tạo BG-11 [75] 33 Bảng 3.1: Đặc tính nước thải đầu vào sử dụng nghiên cứu 44 Bảng 3.2: Diễn biến nhiệt độ nước, pH cường độ ánh sáng đến sinh trưởng Chlorella sp nuôi hệ 50 L 500 L 47 Bảng 3.3: Các thông số tăng trưởng Chlorella sp nuôi hệ phản ứng quy mô 50 L (n=2) 48 Bảng 3.4: Các thông số tăng trưởng Chlorella sp nuôi hệ phản ứng quy mô 500 L (n=2) 51 Bảng 3.5: So sánh trạng nước thải đô thị sau xử lý Chlorella sp hệ 50 L 500 L theo QCVN 14: 2008/BTNMT 58 Bảng 3.6: So sánh khả loại bỏ chất dinh dưỡng N, P COD lồi vi tảo Chlorella sp ni nguồn nước thải khác 60 Bảng 3.7: Tổng hợp suất sinh khối hỗn hợp vi tảo-vi sinh vật nuôi hệ thống mương mở 65 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Nước thải đô thị chưa qua xử lý đổ trực tiếp vào sơng Tơ Lịch 10 Hình 1.2: Mối quan hệ cộng sinh vi tảo vi khuẩn xử lý 11 nước thải 11 Hình 1.3: Chlorella sp 12 Hình 2.1: Chlorella phân lập từ hồ Ngọc Khánh, Hà Nội (Chlorella sp.) 25 Hình 2.2: Thực nghiệm lấy nước thải (A), nước thải đô thị lọc túi lọc trước dùng nuôi vi tảo Chlorella sp (B) 31 Hình 2.3: Sơ đồ quy trình nghiên cứu 32 Hình 2.4: Mơ hình xử lý nước thải thị vi tảo quy mô 50 L 35 Hình 2.5: Mơ hình xử lý nước thải thị vi tảo quy mô 500 L 37 Hình 3.1: Diễn biến thơng số dinh dưỡng trình xử lý nước thải hệ phản ứng quy mô 50 L (n=2) 50 Hình 3.2: Diễn biến thơng số dinh dưỡng trình xử lý nước thải hệ phản ứng quy mô 500 L (n=2) 54 Hình 3.3: Hiệu suất xử lý COD, NH4+-N PO43 P Chlorella sp nuôi hai hệ phản ứng 50 L (A) 500 L (B) (n=2) 57 Hình 3.4: Các bước thu hoạch sinh khối vi tảo-vi sinh vật 63 MỞ ĐẦU Ngày vấn đề ô nhiễm môi trường mối quan tâm lớn xã hội Q trình gia tăng dân số nhanh chóng, cách mạng cơng nghiệp thị hóa dẫn đến hình thức ô nhiễm môi trường khác ô nhiễm nước, đất, khơng khí Trong nhiễm nguồn nước ngày trở nên nghiêm trọng Nước thải không qua xử lý từ hoạt động người sinh hoạt ngày nước thải công nghiệp, dịch vụ từ nhà máy, khu sản xuất, nhà hàng đổ trực tiếp lượng lớn chất ô nhiễm vào nguồn tiếp nhận sông, hồ, đại dương Các chất ô nhiễm bao gồm cacbon vô cơ, hữu cơ, chất dinh dưỡng (N, P) kim loại nặng gây suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ động, thực vật sống thủy sinh nguy tiềm ẩn sức khỏe người thơng qua chuỗi thức ăn Vì vây, xử lý nước thải nhiệm vụ quan trọng việc giảm thiểu nhiễm, trì hệ sinh thái đáp ứng nhu cầu dân số ngày tăng nước vấn đề môi trường tối thiểu Các phương pháp xử lý hóa lý sinh học dùng vi sinh vật (bùn hoạt tính và/hoặc xử lý yếm khí) sử dụng xử lý nước thải đạt chất lượng nước trước xả vào môi trường tái sử dụng Tuy nhiên, phương pháp tạo lượng bùn thải lớn u cầu phải có diện tích phát sinh để tập kết qui trình xử lý bùn phù hợp nhằm tránh gây ô nhiễm thứ cấp (phát sinh mùi hôi thối) Do vậy, phương pháp xử lý nước thải dùng vi tảo phát triển nhằm khắc phục hạn chế phương pháp xử lý nước thải truyền thống Các chất dinh dưỡng (các hợp chất bon, nitơ phốtpho) nước thải đô thị nguồn dinh dưỡng cần thiết cho phát triển vi tảo Vì vậy, loại bỏ chất nhiễm thơng qua q trình tiêu thụ chúng vi tảo tạo sinh khối Trong đó, sinh khối vi tảo thu có hàm lượng cao hợp chất cao phân tử chất béo, proteins, carbohydrate có giá trị tiềm để sản xuất nhiên liệu sinh học, thức ăn chăn ni, phân bón trồng, phụ gia thực phẩm, hoạt tính sinh học ngành cơng nghiệp mỹ phẩm dược phẩm Vi tảo lục đơn bào Chlorella sp loại vi tảo áp dụng rộng rãi giới để xử lý nước thải tốc độ tăng trưởng nhanh, hàm lượng lipids cao chứng minh khả loại bỏ bon, nitơ phốtpho Vì vậy, nghiên cứu thực để đánh giá hiệu suất loại bỏ chất dinh dưỡng sử dụng vi tảo nước thải đô thị khu vực quận Cầu Giấy (Hà Nội) hệ phản ứng mở quy mô thử nghiệm (500 L) với tên đề tài “Nghiên cứu khả loại bỏ hợp chất nitơ, phốtpho nước thải đô thị vi tảo Chlorella sp hệ phản ứng mở” Mục tiêu nghiên cứu: (1) Nghiên cứu đặc tính nước thải thị Quận Cầu Giấy, Hà Nội; (2) Nghiên cứu sinh trưởng suất sinh khối Chlorella sp nuôi nước thải đô thị Quận Cầu Giấy hệ phản ứng mở; (3) Đánh giá khả loại bỏ N, P nước thải đô thị Quận Cầu Giấy Chlorella sp thông số nước thải sau xử lý theo QCVN 14:2008/BTNMT CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1.1 Khái niệm, thành phần nước thải đô thị Nước thải đô thị thuật ngữ chung chất lỏng hệ thống cống thành phố, hỗn hợp loại nước thải bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp nước mưa thấm qua [1] Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu, tính chất đặc trưng thành phố Lưu lượng hàm lượng nước thải thường dao động phạm vi lớn, tính chất nước thải thay đổi theo mùa, theo ngày làm việc, ngày nghỉ tuần [2] 1.1.2 Đặc điểm nước thải đô thị Nước thải sinh hoạt chiếm đến 50% nước thải đô thị, nước sử dụng thải từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, khu vui chơi giải trí, chứa chất thải trình sinh hoạt, vệ sinh người [1-3] Khoảng 65-85% lượng nước cung cấp cho người thường trở thành nước thải Lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp thoát nước đặc điểm hệ thống thoát nước khu dân cư [4] Nước thải sinh hoạt thường có màu xám vàng chứa hàm lượng lớn chất hữu dễ bị phân hủy sinh học bao gồm hợp chất protein (40-50%), hydrat cacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường, xenluozo chất béo (5-10%), ngồi cịn có thành phần vô dinh dưỡng (phốtpho, nitơ), vi sinh vật, vi trùng gây bệnh nguy hiểm [4, 5] Hàm lượng chất gây ô nhiễm nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, thói quen sinh hoạt, lượng nước sử dụng hệ thống tiếp nhận nước thải [1] Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất) nước thải sau trình sản xuất đến từ xí nghiệp cơng nghiệp, thủ cơng nghiệp, giao thơng vận tải chiếm 36% nước thải đô thị Nước thải cơng nghiệp khơng có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào ngành sản xuất, quy trình cơng nghệ loại sản phẩm Đặc tính nhiễm nồng độ nước thải cơng nghiệp khác tùy thuộc vào loại hình, chế độ cơng nghiệp lựa chọn quy mô doanh nghiệp Thành phần nước thải công nghiệp đa dạng, chí ngành cơng nghiệp, số liệu thay đổi đáng kể mức độ hồn thiện công nghệ sản xuất điều kiện môi trường, độ độc hại gây nhiễm khác [2, 4] Trong nước thải công nghiệp chứa hàm lượng cao chất hữu protein, dạng cacbonhydrat, dầu mỡ (công nghiệp chế biến thực phẩm), hemuxenluloza, lignin (cơng nghiệp sản xuất giấy) Ngồi nước thải từ nhà máy thuộc da thường chứa nhiều kim loại nặng sulfua Nước thải từ nhà máy sản xuất acquy có nồng độ axit chì cao Nước thải sở xi mạ chứa hàm lượng kim loại nặng cao pH thấp [1, 6] Nước thải nước mưa (hay nước thấm): nước mưa chảy tràn mặt đất kéo theo chất cặn bã, dầu mỡ…đi vào hệ thống thoát nước (chiếm khoảng 14% nước thải đô thị) [3, 4] Hiện nay, quốc gia phát triển sử dụng mạng lưới cống thoát riêng biệt nước thải nước mưa Do vậy, lượng nước thải nhà máy xử lý bao gồm: nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất nước ngầm thâm nhập Tuy nhiên, hầu hết thị trấn, thị xã thành phố nước ta thường sử dụng mạng lưới cống, kênh mương chung cho thoát nước thải nước mưa Vì vậy, lượng nước chảy nhà máy gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập phần nhỏ nước mưa 1.1.3 Hiện trạng nước thải đô thị Việt Nam Theo báo cáo đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị Việt Nam năm 2013 ngân hàng giới, tình trạng nhiễm mơi trường Việt Nam ngày gia tăng đặc biệt thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương…Một phần ngun nhân tốc độ thị hóa nước ta diễn nhanh không phát triển cân xứng với sở hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt hệ thống xử lý nước thải [2] Hệ thống nước thải thị dùng chung cho nước mưa, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải y tế, rác thải khơng có hệ thống xử lý nước thải tập trung phân tán qua nhiều thời kỳ khác Đa số nguồn thải xả thẳng xuống kênh, mương, sông, hồ Bên cạnh đó, gia tăng dân số, hoạt động phát triển kinh tế xã hội làm phát sinh lượng không nhỏ loại nước thải gây ảnh hưởng đến nguồn tiếp nhận [6] Theo số liệu Bộ Xây dựng, tính đến năm 2017, nước có 39 nhà máy/trạm xử lý nước thải (XLNT) tập trung xây dựng đô thị từ loại III trở lên vào hoạt động với công suất thiết kế 907.950 m3/ngày đêm Tuy nhiên, mạng lưới cấp thoát nước thiếu đồng nên số nhà máy XLNT không hoạt động hết công suất không đủ nước thải đầu vào Tại Hà Nội, khoảng 20,62% tổng lượng nước thải thành phố xử lý, Thành phố Hồ Chí Minh, tỷ lệ nước thải xử lý 13% [7] Theo thống kê, lượng nước thải công nghiệp phát sinh số khu công nghiệp lớn thành phố Hồ Chí Minh 278.000 m3/ngày đêm 82,5% nguồn thải 50 m3/ngày đêm có hệ thống xử lý, 69,5% nguồn nước thải lưu lượng từ 30-50 m3/ngày đêm xử lý, lưu lượng nước thải từ 1030 m3/ngày đêm khả xử lý đạt 60,5%; lượng nước thải cơng nghiệp Bình Dương tương đối lớn với lượng thải 136.700 m3/ngày đêm; Hà Nội, trung bình ngày đêm, lượng nước thải công nghiệp mà thành phố tiếp nhận 75.000 m3 lượng nước thải xử lý chiếm phần nhỏ [7] Báo cáo Sở Tài nguyên Môi trường thành phố Đà Nẵng năm 2015 có 37 sở doanh nghiệp hoạt động sản xuất chế biến thủy hải sản với tổng lượng nước thải đạt 3.000 m3/ngày đêm, cao điểm 4.0005.000 m3/ngày đêm Tuy nhiên hệ thống XLNT khu công nghiệp dịch vụ hải sản Đà Nẵng bị tải gây ô nhiễm môi trường khu vực xung quanh [7] Tại Hà Nội, thực tế kênh mương, sông, hồ nội thành từ lâu trở thành nơi chứa nước thải thành phố Sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sơng Sét, sơng Lừ sơng tiếp nhận lượng nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý khu vực nội Hà Nội Tính đến năm 2013, lượng nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý mà sông Tô Lịch tiếp nhận chiếm tới 48,1% tổng lưu lượng nước thải (lượng xả vào sông Kim Ngưu 31,9%, sông Sét 12,7% sông Lừ 3,0%) [8, 9] Hiện nay, nước sông có màu đen 10 mùi gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân xung quanh cảnh quan đô thị [10] Năm 2016 thành phố Hà Nội có 30/43 cụm cơng nghiệp tập trung vào hoạt động khơng có trạm XLNT Trung bình ngày đêm, lượng nước thải công nghiệp chưa qua xử lý mà thành phố tiếp nhận 45.000 m3 Ngoài ra, vấn đề XLNT cụm công nghiệp, khu công nghiệp sở sản xuất nhỏ lẻ nội thành Hà Nội gặp nhiều khó khăn nằm xen kẽ khu dân cư, khu đô thị Các doanh nghiệp vừa nhỏ gặp nhiều vấn đề việc thiếu hụt kinh phí xây dựng hệ thống XLNT đạt tiêu chuẩn không tiếp cận cơng nghệ xử lý chất thải [6, 7] Hình 1.1: Nước thải đô thị chưa qua xử lý đổ trực tiếp vào sông Tô Lịch (Nguồn: baotainguyenmoitruong) 1.2 CƠ CHẾ TIÊU THỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI BỞI VI TẢO Vi tảo biết đến vi sinh vật quang hợp có khả chuyển động, kích thước nhỏ từ vài µm đến 100 µm phát triển nhanh chóng nhờ q trình quang hợp quang tự dưỡng dị dưỡng, hai hình thức Mặt khác, vi tảo sống điều kiện khắc nghiệt cấu trúc đơn bào đa bào chúng Tảo gồm ngành chính: Chlorophyta, Euglenophyta, Dinophyta, Bacilariophyta, Cyanophyta Khả phát triển vi tảo phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng (N, P), chất (cacbon vô cơ, CO2, HCO3-, cacbon hữu đường…), ánh sáng, nhiệt độ [11] Vi tảo sinh trưởng phát triển nước thải thơng qua ba q trình: (1) q trình quang tự dưỡng: vi tảo tiệu thụ chất gồm cacbon vô (CO2, HCO3-), nitơ, phốtpho 61 3.6 THU HOẠCH SINH KHỐI VÀ NĂNG SUẤT SINH KHỐI 3.6.1 Thu hoạch sinh khối Thu hoạch vi tảo bước quan trọng xử lý nước thải tiềm sinh khối chúng dùng cho ứng dụng sản xuất nhiên liệu xăng, dầu khí sinh học Ngồi ra, sinh khối vi tảo nguồn thức ăn giàu protein bổ sung nuôi trồng thủy sản (tôm, cá) chăn nuôi (lợn, gà, động vật nhai lại) Trong sinh khối vi tảo thường chứa hàm lượng nitơ cao (10% chất khô), phốtpho (1% chất khô) vi chất dinh dưỡng Vì vậy, lượng sinh khối thu hoạch sau trình xử lý nước thải tái chế thành loại phân bón sinh học, điều làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, giảm lượng khí thải CO2 q trình sản xuất phân bón vơ [88] Nước thải sau xử lý để lắng vi tảo xả trực tiếp môi trường tái sử dụng làm nguồn nước thứ cấp để tưới cây, chữa cháy [68] Thu hoạch tối đa vi tảo phát triển nước thải ngăn chặn ô nhiễm thứ cấp Do xả thải nước chứa vi tảo làm bùng phát trở lại chúng môi trường, gây ô nhiễm hữu Vì vậy, nước thải thị sau đạt tiêu xả thải theo QCVN 14:2008/BTNMT (cột B) cần tiến hành dừng việc nuôi cấy thực trình thu hoạch Các phương pháp thu hoạch ly tâm, lọc cho hiệu suất cao đòi hỏi nguồn kinh phí lớn, nhiều lượng thường phù hợp vi tảo dùng công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm dược phẩm Phương pháp keo tụ sử dụng PAC sử dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt nước tiên tiến thời gian keo tụ nhanh, hiệu lắng cao làm biến động pH nước Theo nghiên cứu Phạm Thị Mai cộng (2019) sử dụng PAC với nồng độ thích hợp để thu hoạch vi tảo Chlorella sorokiniana nuôi nước thải đô thị cho hiệu suất 99% thời gian lắng 30 phút [89] Do vậy, nghiên cứu sử dụng phương pháp keo tụ với PAC để thu hoạch vi tảo Chlorella sp qua bước thu hoạch thực sau (Hình 3.4): 62 • Hỗn hợp vi tảo-nước thải sau trình xử lý vào thùng chứa hình trụ (dung tích 250 L/thùng) hệ xử lý nước thải dạng bể dài 500L (Hình 3.4A-B); hệ xử lý 50L sử dụng trực tiếp để thu hoạch tảo • Tiếp theo, cho PAC vào thùng chứa hệ xử lý (lượng PAC tối ưu 0,05g/L Chlorella sp., với hỗn hợp vi tảo-nước thải tích 50L 500L lượng PAC cần cho vào 2,5g 25g PAC) • Sau đó, tiến hành khuấy trộn 5-10 phút để PAC tan hết để lắng từ 0,5 – (Hình 3.4C-D) • Vi tảo sau lắng xuống đáy ta tiến hành dùng bơm để bơm phần nước mặt thùng mơi trường, phần vi tảo cịn lại lọc qua túi NMO (kích thước lỗ (pore size) 25 μm, Dong Chau Environmental Construction Co., Ltd, Vietnam) để giữ lại sinh khối vi tảo túi lọc • Sinh khối vi tảo sau thu hoạch bảo quản cách sấy khô bảo quản lạnh tùy thuộc vào mục đích sử dụng (Hình 3.4E) • Hiệu suất thu hoạch tảo thu 99,4% 63 (A) (B) (C) (D) (E) Hình 3.4: Các bước thu hoạch sinh khối vi tảo-vi sinh vật Nước thải sau đạt tiêu đầu bơm vào thùng chứa (A); Hỗn hợp vi tảo-nước thải chưa cho PAC (B); Hỗn hợp vi tảo-nước thải cho PAC để lắng (C); Nước mặt thùng bơm (D); Vi tảo thành phẩm sau lắng lọc (E) 64 3.6.2 Năng suất sinh khối Sinh khối thu hoạch phương pháp đông keo tụ với hóa chất PAC lượng PAC keo tụ kết dính với sinh khối Do vậy, sinh khối thu là Năng suất sinh khối tính theo nồng độ sinh khối cực đại đo tương ứng với thời gian nuôi nồng độ sinh khối cực đại đạt Năng suất sinh khối hỗn hợp Chlorella sp.vi sinh vật nuôi hệ thống 50 L 500 L đạt giá trị 12,3±1,45 g/m2/ngày 10,6±0,97 g/m2/ngày (Bảng 3.7) Năng suất sinh khối đạt hệ nuôi 500L thấp so với hệ 50 L hệ ni này, thể tích nước thải lớn làm tăng hiệu ứng che hấp thụ ánh sáng làm giảm tốc độ quang hợp tảo, dẫn đến giảm nồng độ sinh khối suất sinh khối Tuy nhiên, suất sinh khối đạt tương đương với từ 4,4-11,5 g/m2/ngày hỗn hợp tảo-vi sinh vật nuôi nước thải hệ thống mương mở tốc độ cao không bổ sung CO2 [88], tương đương 5,9 g/m2/ngày sử dụng hỗn hợp ni mương mở (thể tích 950 L) sử dụng nước thải dệt nhuộm nước thải đô thị làm nguồn dinh dưỡng [90] tương đương từ 8,04-10,36 g/m2/ngày 500 L nước thải dệt nhuộm hệ thống mương mở với chiều sâu nước thải 18 cm [91] Ngoài ra, suất sinh khối đạt hỗn hợp Chlorella sp.-vi sinh vật nghiên cứu thấp 22,9 g/m2/ngày Scenedesmus sp nuôi chế độ bán tự động 30% nước thải q trình phân hủy yếm khí mương mở với chiều sâu 15 cm bổ sung CO2 [92] 65 Bảng 3.7: Tổng hợp suất sinh khối hỗn hợp vi tảo-vi sinh vật nuôi hệ thống mương mở Vi tảo Hệ nuôi Chlorella sp.-vi sinh vậta Hệ mở Nguồn nước thải Năng suất sinh khối (g/m2/ngày) Tài liệu tham khảo 12,3±1,45 50 L Nước thải đô thị Nghiên cứu Chlorella sp.-vi sinh vậta Mương mở 500 L Nước thải đô thị 10,6±0,97 Nghiên cứu Vi tảo-vi sinh vậta Mương mở tốc độ cao Nước thải đô thị 4,4 - 11,5 [88] Hỗn hợp vi tảoa Mương mở Hỗn hợp nước thải dệt nhuộm nước thải đô thị 5,9 [90] Hỗn hợp vi tảoa Mương mở Nước thải dệt nhuộm 8,04 - 10,36 [91] Mương mở Nước thải sau trình phân hủy yếm khí nước thải thị 22,9 [92] Scenedesmus sp.b a Không bổ sung CO2 b Bổ sung CO2 từ nguồn 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN - Nước thải đô thị Hà Nội lấy từ cống nước thải quận Cầu Giấy (Hà Nội) chưa qua xử lý có hàm lượng chủ yếu NH4+-N: 18,59 - 23,696 mg/L; NO3 N: 0,053 - 0,088 mg/L; NO2 N: 0,021-0,594; PO43-P: 10,94 - 15,504 mg/L; COD: 157,24 - 175,34 mg/L - Đối với quy mơ thí nghiệm 50L, hiệu suất loại bỏ COD, PO43- NH4+N 73,85±3,69%, 99,78±0,04% 95,44±3,75% 10 ngày xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột B) - Đối với quy mơ thí nghiệm 500L, hiệu suất loại bỏ COD, PO43- NH4+-N 77,50±3,88%, 100% 95,42±2,27% 14 ngày xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột B) - Năng suất sinh khối tính hai hệ nuôi 50 L 500 L 12,3±1,45 g/m2/ngày 10,6±0,97 g/m2/ngày 67 4.2 KIẾN NGHỊ - Đề tài xử lý nước thải đô thị hệ phản ứng mở tập trung nghiên cứu hiệu suất loại bỏ chất dinh dưỡng N, P chất hữu cơ; để ngỏ nghiên cứu việc loại bỏ TSS, coliform kim loại nặng Vì vậy, nên có nghiên cứu chuyên sâu hơn, kết hợp với hệ thống/cơng nghệ xử lý khác để hồn thiện quy trình - Các thí nghiệm đề tài nghiên cứu tiến hành trời (các yếu tố pH, nhiệt độ khơng kiểm sốt) vào mùa hè (thời điểm có nhiệt độ cao, thời gian chiếu sáng mặt trời dài năm) Tuy nhiên, để hệ thống xử lý liên tục, tuần hoàn cần có thêm thí nghiệm vào mùa khác năm (thời điểm có nhiệt độ thấp, ánh sáng mặt trời yếu, thời gian chiếu sáng ngắn) để so sánh nhằm bổ sung nguồn sáng, nhiệt độ cho hiệu xử lý nước thải cao thời gian ngắn - Ngoài ra, nghiên cứu chưa bàn luận đến tích lũy kim loại nặng sinh khối vi tảo sau xử lý để tận thu nguồn sinh khối cách hợp lý có hiệu Bổ sung CO2 từ nguồn bên ngồi để tăng suất sinh khối chưa nghiên cứu 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 16 17 Lương, Đ.P., 2007, Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, Giáo dục, p Trần, H.N., Q trình vi sinh vật cơng trình cấp nước 1996, Khoa học kỹ thuật Nhân, T.V and N.T Nga, 2002, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, p Sơn, L.V., 2008, Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải, ĐH Kỹ thuật Công nghệ khoa Môi trường Công nghệ sinh học, Tp HCM, p Nguyễn, X.N., Nước thải công nghệ xử lý nước thải (Nước thải sinh hoạt, nước thải thành phố, nước thải công nghiệp thương mại) 2003 Sức, N.V., 2012, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, p trường, B.T.n.v.M., Báo cáo chuyên đề môi trường quốc gia năm 2017 Chuyên đề: Quản lý chất thải 2017 Hanh, L.D., et al., 2016, Đánh giá chất lượng nước sông liên quan đến ô nhiễm mùi số sông nội đô thành phố Hà Nội, VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, 32 (1S), p Nguyễn, T.N.Q., Nghiên cứu trạng môi trường nước phục vụ quy hoạch Hệ thống xử lý nước thải sơng Tơ Lịch-Đoạn từ Hồng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở 2012 Tran, T.V.N and H.S Tran, 2011, The application of A/O-MBR system for domestic wastewater treatment in Hanoi, Journal of Vietnamese Environment, (1), p 19-24 Lê, V.C., Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ Phốtpho 2007, Khoa học Tự nhiên Công nghệ Tiến, D.Đ and V Hành, 1997, Tảo nước Việt Nam–phân loại tảo lục (Chlorococcales), Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội, p Unnithan, V.V., A Unc, and G.B Smith, 2014, Mini-review: a priori considerations for bacteria–algae interactions in algal biofuel systems receiving municipal wastewaters, Algal Research, p 35-40 Ngọc, T.S., H.T.N.H Phạm, and T.T Ngân, 2017, Khả phát triển tảo Chlorella sp.trong điều kiện dị dưỡng, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, p 127-132 Kim, Đ.Đ., et al., Công nghệ sản xuất ứng dụng vi tảo 2018, Sách chuyên khảo tài nguyên thiên nhiên môi trường Việt Nam Richmond, A., 2008, Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology, John Wiley & Sons, p Daliry, S., et al., 2017, Investigation of optimal condition for Chlorella vulgaris microalgae growth, p 69 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Jia, H and Q Yuan, 2016, Removal of nitrogen from wastewater using microalgae and microalgae–bacteria consortia, Cogent Environmental Science, (1), p 1275089 Yeh, K.L., J.S Chang, and W.m chen, 2010, Effect of light supply and carbon source on cell growth and cellular composition of a newly isolated microalga Chlorella vulgaris ESP‐31, Engineering in Life Sciences, 10 (3), p 201-208 Hu, Q., Environmental effects on cell composition in Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology (Richmond, A., ed.) 2004, Oxford: Blackwell Science Ltd p 83-89 Yeh, K.L and J.S Chang, 2011, Nitrogen starvation strategies and photobioreactor design for enhancing lipid content and lipid production of a newly isolated microalga Chlorella vulgaris ESP‐31: implications for biofuels, Biotechnology Journal, (11), p 1358-1366 Khalil, Z.I., et al., 2010, Effect of pH on growth and biochemical responses of Dunaliella bardawil and Chlorella ellipsoidea, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 26 (7), p 1225-1231 Liang, Z., et al., 2013, Efficiency assessment and pH effect in removing nitrogen and phosphorus by algae-bacteria combined system of Chlorella vulgaris and Bacillus licheniformis, Chemosphere, 92 (10), p 1383-1389 Kumar, A., et al., 2010, Enhanced CO2 fixation and biofuel production via microalgae: recent developments and future directions, Trends in biotechnology, 28 (7), p 371-380 Yan, C., et al., 2013, Effects of various LED light wavelengths and intensities on the performance of purifying synthetic domestic sewage by microalgae at different influent C/N ratios, Ecological engineering, 51 p 24-32 Kong, W., et al., 2011, The characteristics of biomass production, lipid accumulation and chlorophyll biosynthesis of Chlorella vulgaris under mixotrophic cultivation, African Journal of Biotechnology, 10 (55), p 11620-11630 Juneja, A., R.M Ceballos, and G.S Murthy, 2013, Effects of environmental factors and nutrient availability on the biochemical composition of algae for biofuels production: a review, Energies, (9), p 4607-4638 Fujita, R.M., P.A Wheeler, and R.L Edwards, 1988, Metabolic regulation of ammonium uptake by ulva rigida (Chlorophyta): a compartmental analysis of the rate‐limiting step for uptake, Journal of Phycology, 24 (4), p 560-566 70 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 Vergara, J.J., K.T Bird, and F Niell, 1995, Nitrogen assimilation following NH4+ pulses in the red alga Gracilariopsis lemaneiformis: effect on C metabolism, Marine Ecology Progress Series, 122 p 253263 Shifrin, N.S and S.W Chisholm, 1981, Phytoplankton lipids: interspecific differences and effects of nitrate, silicate and light‐dark cycles, Journal of phycology, 17 (4), p 374-384 Stephenson, A.L., et al., 2010, Influence of nitrogen-limitation regime on the production by Chlorella vulgaris of lipids for biodiesel feedstocks, Biofuels, (1), p 47-58 Round, F.E., 1984, The ecology of algae, CUP Archive, p Chu, F.-F., et al., 2013, Phosphorus plays an important role in enhancing biodiesel productivity of Chlorella vulgaris under nitrogen deficiency, Bioresource technology, 134 p 341-346 Wang, C., et al., 2013, Nitrogen and phosphorus removal from municipal wastewater by the green alga Chlorella sp, Journal of Environmental Biology, 34 (2 suppl), p 421 Borchardt, J.A and H.S Azad, 1968, Biological extraction of nutrients, Journal (Water Pollution Control Federation), p 1739-1754 Tsuzuki, M., et al., 1990, Effects of CO2 concentration during growth on fatty acid composition in microalgae, Plant physiology, 93 (3), p 851-856 Gordillo, F.J., et al., 1998, Effects of increased atmospheric CO2 and N supply on photosynthesis, growth and cell composition of the cyanobacterium Spirulina platensis (Arthrospira), Journal of Applied Phycology, 10 (5), p 461 Terry, N and J Abadía, 1986, Function of iron in chloroplasts, Journal of Plant Nutrition, (3-7), p 609-646 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 (11), p 4717-4722 Kobayashi, M., T Kakizono, and S Nagai, 1993, Enhanced carotenoid biosynthesis by oxidative stress in acetate-induced cyst cells of a green unicellular alga, Haematococcus pluvialis, Appl Environ Microbiol., 59 (3), p 867-873 Stefels, J and M.A van Leeuwe, 1998, Effects of iron and light stress on the biochemical composition of Antarctic Phaeocystis sp.(Prymnesiophyceae) I Intracellular DMSP concentrations, Journal of Phycology, 34 (3), p 486-495 Kennish, M., 1992, Ecology of Estuaries Anthropogenic effects CRC Press, Inc., Boca Raton F, p 71 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Campanella, L., et al., 2001, An algal biosensor for the monitoring of water toxicity in estuarine environments, Water Research, 35 (1), p 6976 Bhalamurugan, G.L., O Valerie, and L Mark, 2018, Valuable bioproducts obtained from microalgal biomass and their commercial applications: A review, Environmental Engineering Research, 23 (3), p 229-241 Spolaore, P., et al., 2006, Commercial applications of microalgae, Journal of bioscience and bioengineering, 101 (2), p 87-96 Kang, H., et al., 2013, Effect of various forms of dietary Chlorella supplementation on growth performance, immune characteristics, and intestinal microflora population of broiler chickens, Journal of Applied Poultry Research, 22 (1), p 100-108 Zheng, L., et al., 2012, The dietary effects of fermented Chlorella vulgaris (CBT®) on production performance, liver lipids and intestinal microflora in laying hens, Asian-Australasian journal of animal sciences, 25 (2), p 261 Kotrbáček, V., et al., 2013, Retention of carotenoids in egg yolks of laying hens supplemented with heterotrophic Chlorella, Czech Journal of Animal Science, 58 (5), p 193-200 Chader, S., et al., 2011, Biodiesel production using Chlorella sorokiniana a green microalga, Revue des Energies Renouvelables, 14 (1), p 21-26 Mondal, M., et al., 2017, Production of biodiesel from microalgae through biological carbon capture: a review, Biotech, (2), p 99 Anand, P., et al., 2015, Production of algae biofertilizers for rice crop (Oryza sativa) to safe human health & environment as a supplement to the chemical fertilizers, J Sci, p 13-15 Faheed, F.A and Z Abd-El Fattah, 2008, Effect of Chlorella vulgaris as bio-fertilizer on growth parameters and metabolic aspects of lettuce plant, J Agric Soc Sci, p 165-169 Dineshkumar, R., et al., 2019, The impact of using microalgae as biofertilizer in maize (Zea mays L.), Waste and Biomass Valorization, 10 (5), p 1101-1110 Arora, N., S Agarwal, and R Murthy, 2012, Latest technology advances in cosmaceuticals, International Journal of Pharmaceutical Sciences and Drug Research, (3), p 168-182 Wang, H.-M.D., et al., 2015, Exploring the potential of using algae in cosmetics, Bioresource technology, 184 p 355-362 72 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 Fabrowska, J., et al., 2015, Biomass and extracts of algae as material for cosmetics, Marine Algae Extracts: Processes, Products, and Applications, p 681-706 T, A., B G, and M.E G, 2016, The Role of algae in pharmaceutical development, Journal of Pharmaceutics and Nanotechnology, p 8289 Abedin, R.M and H.M Taha, 2008, Antibacterial and antifungal activity of cyanobacteria and green microalgae Evaluation of medium components by Plackett-Burman design for antimicrobial activity of Spirulina platensis, Global Journal of Biotechnology and Biochemistry, (1), p 22-31 Santhosh, S., R Dhandapani, and N Hemalatha, 2016, Bioactive compounds from Microalgae and its different applications-a review, Advances in Applied Science Research, (4), p 153-158 Ariede, M.B., et al., 2017, Cosmetic attributes of algae-A review, Algal research, 25 p 483-487 He, P., et al., 2013, The combined effect of bacteria and Chlorella vulgaris on the treatment of municipal wastewaters, Bioresource technology, 146 p 562-568 Choi, H.J and S.M Lee, 2015, Effect of the N/P ratio on biomass productivity and nutrient removal from municipal wastewater, Bioprocess and biosystems engineering, 38 (4), p 761-766 Wang, L., et al., 2010, Cultivation of green algae Chlorella sp in different wastewaters from municipal wastewater treatment plant, Applied biochemistry and biotechnology, 162 (4), p 1174-1186 Lv, J., et al., 2018, Nutrients removal from undiluted cattle farm wastewater by the two-stage process of microalgae-based wastewater treatment, Bioresource technology, 264 p 311-318 Võ Thị Kiều, T., et al., 2012, Ứng dụng tảo Chlorella sp.và Daphnia sp lọc chất thải hữu nước thải từ q trình chăn ni lợn sau xử lý UASB, p Bắc, T.C., et al., 2015, Sử dụng nước thải ao nuôi cá tra để ni sinh khối tảo Chlorella sp, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, p 90-96 El-Kassas, H.Y and L.A Mohamed, 2014, Bioremediation of the textile waste effluent by Chlorella vulgaris, The Egyptian Journal of Aquatic Research, 40 (3), p 301-308 Asadi, P., H.A Rad, and F Qaderi, 2019, Comparison of Chlorella vulgaris and Chlorella sorokiniana pa 91 in post treatment of dairy wastewater treatment plant effluents, Environmental Science and Pollution Research, 26 (28), p 29473-29489 73 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 Al-Hashimi, M.A.I and H.T Hussain, 2013, Stabilization pond for wastewater treatment, European Scientific Journal, (14), p Molazadeh, M., et al., 2019, The use of microalgae for coupling wastewater treatment with CO2 biofixation, Frontiers in bioengineering and biotechnology, p Mishra, N and N Mishra, 2017, Utilization of microalgae for integrated biomass production and phycoremediation of wastewater, Journal of Algal Biomass Utilization, (4), p 95-105 Hồng, T.M., Mơ hình hóa mơ hệ thống xử lý nước thải giàu dinh dưỡng tảo Chlorella vulgaris 2016, Học viện Nông nghiệp Việt Nam Santhanam, N., 2009, Oilgae guide to algae-based wastewater treatment, Tamilnadu: Home of Algal Energy, p https://caugiay.hanoi.gov.vn/, p Andersen, R.A., 2005, Algal culturing techniques, Elsevier, p Ramaraj, R., D.D Tsai, and P.H Chen, 2013, Chlorophyll is not accurate measurement for algal biomass, p Beuckels, A., E Smolders, and K Muylaert, 2015, Nitrogen availability influences phosphorus removal in microalgae-based wastewater treatment, Water research, 77 p 98-106 Cai, T., S.Y Park, and Y Li, 2013, Nutrient recovery from wastewater streams by microalgae: status and prospects, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 19 p 360-369 Maestrini, S.Y., et al., 1986, Ammonium thresholds for simultaneous uptake of ammonium and nitrate by oyster-pond algae, Journal of experimental marine Biology and Ecology, 102 (1), p 75-98 Sheng, G.-P., H.-Q Yu, and X.-Y Li, 2010, Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial aggregates in biological wastewater treatment systems: a review, Biotechnology advances, 28 (6), p 882894 Cassidy, K.O., Evaluating Alagal Growth at Different Temperatures 2011, University of Kentucky Salgueiro, J., et al., 2016, Bioremediation of wastewater using Chlorella vulgaris microalgae: Phosphorus and organic matter, International Journal of Environmental Research, 10 (3), p 465-470 Zhao, Y., et al., 2016, Ability of different microalgae species in synthetic high‐strength wastewater treatment and potential lipid production, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 91 (11), p 2888-2895 74 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Delgadillo-Mirquez, L., et al., 2016, Nitrogen and phosphate removal from wastewater with a mixed microalgae and bacteria culture, Biotechnology Reports, 11 p 18-26 Ngọc, T.S and P.T.T Ngân, 2014, Khả nuôi sinh khối tảo nannochloropsis oculata hệ thống khác nhau, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, p 63-69 Kim, B.-H., et al., 2014, Nutrient removal and biofuel production in high rate algal pond using real municipal wastewater, J Microbiol Biotechnol, 24 (8), p 1123-1132 Lim, S.-L., W.-L Chu, and S.-M Phang, 2010, Use of Chlorella vulgaris for bioremediation of textile wastewater, Bioresource technology, 101 (19), p 7314-7322 Craggs, R., et al., 2011, Algal biofuels from wastewater treatment high rate algal ponds, Water Science and Technology, 63 (4), p 660-665 Thị Mai, P., et al., 2019, Nghiên cứu phương pháp thu hoạch tảo Chlorella sorokiniana Scenedesmus acuminatus nuôi nước thải đô thị, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ, (52), p 79 Chinnasamy, S., et al., 2010, Biomass and bioenergy production potential of microalgae consortium in open and closed bioreactors using untreated carpet industry effluent as growth medium, Bioresource Technology, 101 (17), p 6751-6760 Chinnasamy, S., et al., 2010, Microalgae cultivation in a wastewater dominated by carpet mill effluents for biofuel applications, Bioresource technology, 101 (9), p 3097-3105 Jebali, A., et al., 2018, Pilot-scale outdoor production of Scenedesmus sp in raceways using flue gases and centrate from anaerobic digestion as the sole culture medium, Bioresource technology, 262 p 1-8 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hình ảnh nguồn nước thải thị chưa qua xử lý đổ trực tiếp xuống sông Tô Lịch Phụ lục 2: Hình ảnh lấy mẫu nước thải ... VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1.1 Khái niệm, thành phần nước thải đô thị Nước thải đô thị thuật ngữ chung chất lỏng hệ thống cống thành phố, hỗn hợp loại nước thải bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải. .. nước thải đô thị vi tảo Chlorella sp hệ phản ứng mở? ?? Mục tiêu nghiên cứu: (1) Nghiên cứu đặc tính nước thải đô thị Quận Cầu Giấy, Hà Nội; (2) Nghiên cứu sinh trưởng suất sinh khối Chlorella sp. .. loại bỏ chất dinh dưỡng sử dụng vi tảo nước thải đô thị khu vực quận Cầu Giấy (Hà Nội) hệ phản ứng mở quy mô thử nghiệm (500 L) với tên đề tài ? ?Nghiên cứu khả loại bỏ hợp chất nitơ, phốtpho nước