hiện nay, người ta đã ứng dụng cả vi tảo để xử lý nước thải nhờ vào các phát hiện đột phá trong việc xử lý các chất ô nhiễm và tạo nên rất nhiều ứng dụng sau khi thu hoạch được một lượng lớn vi tảo trong hệ thống xử lý nước thải.
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI TẢO TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ TẠO NHIÊN LIỆU SINH HỌC Môn: VI SINH MƠI TRƯỜNG Nhóm GVHD: Th.S Hồ Bích Liên Bình Dương, tháng 03 năm 2021 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI TẢO TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ TẠO NHIÊN LIỆU SINH HỌC Nhóm Nguyễn Lê Trung Dũng Đặng Tuấn Hải Phan Dương Linh Lê Văn Sơn Đặng Thanh Trúc Bình Dương, tháng 03 năm 2021 Mục Lục DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chương I Mở đầu 1.1 Lý 1.2 Mục tiêu 1.3 Ý nghĩa Chương II Nội dung 2.1 Tổng quan vi tảo sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 2.1.1 Tổng quan 2.1.2 Đặc điểm 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm 10 2.2 Bản chất vấn đề nghiên cứu sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 10 2.3 Ứng dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 11 2.3.1 Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải chiết xuất nhiên liệu sinh học 11 2.3.2 Hiệu vi tảo việc loại bỏ chất dinh dưỡng gây ô nhiễm nước thải nuôi trồng thủy hải sản huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh,Việt Nam 12 2.3.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo hiệu suất xử lý nước thải 13 2.3.4 Nghiên cứu nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris làm nguyên liệu sản xuất Biodiesel 13 2.3.5 Nghiên cứu khả làm nước thải công nghiệp hệ thông vi tảo vi khuẩn 13 2.3.6 Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt vi tảo 14 2.3.7 Sự phát triển khả hấp thu kim loại vi tảo phơi nhiễm với crôm 14 2.3.8 Nghiên cứu xử lý chất dinh dưỡng dưỡng nước thải trại nuôi lợn nuôi trồng vi tảo hệ bể hở raceway 14 2.3.9 Nghiên cứu phát triển sinh khối vi tảo spirulina sp môi trường nước mưa nước biển kết hợp xử lý CO2 15 2.3.10 Dùng tảo để xử lý ô nhiễm môi trường nước 15 2.3.11 Ứng dụng vi tảo Chlorella vulgaris xử lý chất hữu nước thải 16 2.3.12 Công nghệ xử lý nước thải tảo 16 2.3.13 Nhiên liệu sinh học từ vi tảo biển dị dưỡng việt nam: biodiesel tận thu sản phẩm phụ (axít béo khơng bão hịa đa nối đơi - pufas, glycerol squalene) q trình sản xuất biodiesel 16 Chương III Kết luận 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ABR ASBR UASB DHA COD DME UV FAME Anaerobic Baffled Reactors Advanced Sequencing Bath Reactor Upflow Anaerobic Sludge Blanket Axit docosahexaenoic Chemical Oxygen Demand Dimethoxyethane Ultra Violet Methyl Este Chương I Mở đầu 1.1 Lý - Hiện giới có nhiều cơng nghệ xử lý môi trường khác công nghệ vật lý lưới, song chắn rác,…, cơng nghệ hố học tuyển nổi, keo tụ, hấp phụ hố lý,…, cơng nghệ vi sinh xử lý môi trường bể xử lý yếm khí, hiếu khí, kỵ khí Trong cơng nghệ vi sinh thường sử dụng để xử lý giai đoạn vi xử lý nghĩa giai đoạn xử lý chất ô nhiễm cấp độ cao phân tử hay phân tử, từ năm 80 kỷ trước, người biết ứng dụng vi sinh vào xử lý nước sinh hoạt Càng ngày công nghệ tiên tiến hơn, song song cơng nghệ xử lý nước mơi trường ngày hồn thiện để đáp ứng nhu cầu thời đại Chúng ta có nâng cấp bể sinh học xử lý nước, từ bể aerotank có thêm nhiều dạng bể hiếu khí khác để phù hợp theo nhu cầu xử lý, từ bể ABR có nâng cấp bể ASBR - Cùng với cơng nghệ vi sinh xử lý nước tiến theo, ngày nhiều chủng vi sinh áp dụng để xử lý nước để phù hợp với loại nước thải thông số tiêu xử lý Đơn cử nhận thấy tuỳ vào thông số xử lý mà ta chọn loại vi sinh có enzym đặc thù để xử lý thơng số từ đa dạng khả xử lý nước thải, nước cấp vùng, khu vực Và với cơng nghệ xử lý nhiều loại thông số ô nhiễm khác cấp cho loại men vi sinh kết hợp nhiều chủng vi sinh khác điều tạo nên tính đa dạng xử lý mơi trường thúc đẩy ngành vi sinh môi trường lên tầm cao - Trong năm gần đây, nhờ vào phát triển khoa học kỹ thuật phát triển ngành vi sinh môi trường, nhà khoa học giới ứng dụng loại vi sinh vật vào hệ thống xử lý nước thải Trước đây, đa số bể xử lý sinh học sử dụng vi khuẩn loại vi sinh vật có khả xử lý chất ô nhiễm hữu Tuy nhiên nay, người ta ứng dụng vi tảo để xử lý nước thải nhờ vào phát đột phá việc xử lý chất ô nhiễm tạo nên nhiều ứng dụng sau thu hoạch lượng lớn vi tảo hệ thống xử lý nước thải 1.2 Mục tiêu - Tập hợp nghiên cứu vi tảo xử lý ô nhiễm môi trường tạo nhiên liệu sinh học 1.3 Ý nghĩa - Tảo nói chung vi tảo nói riêng giải pháp thay chí giải pháp bổ trợ cho việc xử lý môi trường vi khuẩn Vì không vi khuẩn vi tảo có nhiều ứng dụng khác sau xử lý xong nước hệ thống xử lý nước thải Chương II Nội dung 2.1 Tổng quan vi tảo sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 2.1.1 Tổng quan - Vi tảo loài sinh vật nhân sơ nhân thực có khả quang hợp tồn hầu hết hệ sinh thái trái đất Được phát lần Trung Quốc, ước tính có 50.000 lồi vi tảo xác định sinh giới, có 60% lồi nghiên cứu phân tích Đáng ý, hầu hết lồi vi tảo sinh trưởng chủ yếu theo chế quang tự dưỡng và/hoặc dị dưỡng - Vi tảo chưa phân loại cách rõ ràng chúng thuộc nhiều phân lớp thực vật vi sinh vật khác Hiện việc phân loại dựa khác sắc tố, sản phẩm lưu trữ, màng quang hợp số đặc điểm hình thái khác Một cách tương đối, vi tảo xếp vào 11 ngành, bao gồm Cyanophyta, Prochlorophyta (thuộc nhóm nhân sơ), Glaucophyta, Rhodophyta, Heterokontophyta,Haptophyta,Cryptophyta,Dinophyta,Euglenophyta,Chlorarac hniophyta, Chlorophyta (thuộc nhóm nhân thực) Trong quan tâm nhiều ngành Glaucophyta (một ngành thường tồn môi trường nước ngọt), Rhodophyta (hay gọi tảo đỏ), Heterokontophyta (ứng dụng nhiều nuôi trồng thủy sản) Chlorophyta - Đến nay, nhiều loài vi tảo phân lập thành công sử dụng rộng rãi đời sống Phải kể đến tảo Spirulina - chi thuộc ngành Glaucophyta Tảo Spirulina có màu xanh lục với sắc tố phycocyanin Vi tảo thuộc chi Spirulina có thành phần dinh dưỡng cao (protein ~70% trọng lượng khô, carotenoid ~4.000 mg/kg, acid béo không bão hòa omega-3, omega-6, γ-linolenic acid, giàu vitamin khống chất), Spirulina ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, nuôi trồng thủy sản, thú y chăn nuôi Tiếp theo, Chlorella chi thuộc ngành Chlorophyta (tảo lục) đơn bào Các lồi thuộc chi có tiềm lớn sản xuất nhiên liệu sinh học, mỹ phẩm, dược phẩm, thực phẩm chức xử lý môi trường Hai đại diện khác thuộc ngành tảo lục nhận nhiều quan tâm Dunaliella Haematococcus Trong đó, chi Haematococcus bao gồm loài khác nhau, biết đến nhiều vi tảo đơn bào nước (Haematococcus pluvialis) với khả tích lũy chất chống oxy hóa astaxanthin Trong chi Dunaliella, vi tảo Dunaliella salina nguồn cung cấp β-carotene tự nhiên tốt nuôi trồng quy mô công nghiệp khắp giới - Nhiên liệu sinh học (biofuels) thuật ngữ sử dụng để nguồn lượng hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, đậu tương ), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ) - Với tình hình nguồn cung cấp loại nhiên liệu hố thạch ngày hạn chế, tình trạng cạn kiệt nguồn lượng trở thành vấn đề đáng lo ngại với nhiều quốc gia, an toàn lượng trở nên cấp bách tất nước giới Chính phủ nhiều quốc gia nỗ lực việc tìm kiếm nguồn lượng thay thế, ưu tiên hàng đầu nguồn lượng tái sinh thân thiện với môi trường, số nhiên liệu sinh học - Dựa vào nguồn nguyên liệu sinh khối, nhiên liệu sinh học chia thành hệ khác nhau, gồm hệ thứ nhất, thứ hai thứ ba Thế hệ thứ - nguồn carbon cho nhiên liệu sinh học đường, chất béo tinh bột chiết xuất trực tiếp từ thực vật trồng cạnh tranh có khả cạnh tranh với lương thực Nhiên liệu sinh học hệ thứ hai có nguồn gốc từ cellulose, hemicellulose, lignin pectin, ví dụ, phế thải phế phẩm nông - lâm nghiệp, nguyên liệu thực vật trồng không nhằm làm lương thực (rừng trồng ngắn ngày, số loại cỏ…) Nhiên liệu sinh học hệ thứ ba có nguồn gốc từ sinh vật thủy sinh tự nhiên (các loại tảo) hình thành nhờ ánh sáng, carbon dioxide chất dinh dưỡng bổ sung vào môi trường sinh trưởng 2.1.2 Đặc điểm - Hiện nay, vi tảo quan tâm nhiều nghiên cứu sử dụng rộng rãi đời sống Với khả thích ứng cao, nhu cầu sử dụng nước trồng cạn, tăng sinh trưởng nhanh, suất sinh khối cao loài thực vật khác thân thiện với mơi trường, vi tảo có tiềm nhiều lĩnh vực khác làm thực phẩm, dược phẩm, nhiên liệu sinh học Các nghiên cứu rằng, vi tảo có hàm lượng dinh dưỡng cao tốt so với thực vật, với protein chiếm 12-35%, lipid chiếm 7-23% carbonhydrate chiếm 4-23% Một số nhóm vi tảo Chlorella, Arthrospira, Dunaliella chứa nhiều polysaccharides quan trọng, alginate, heteroglycan, galactan sulfat hóa β-glucan Tảo coi nguồn cung cấp vitamin chất chống oxy hóa quan trọng Điển hình Tetraselmis suecica, Isochrysis galbana chứa nhiều nhóm vitamin tan lipid (vitamin A E) vitamin nhóm B (B1, B2, B-6, B12) Chính vì vậy, tảo xem nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng cho người làm nguyên liệu bổ sung chế biến thức ăn chăn nuôi chế phẩm vi sinh cho trồng Một số loài vi tảo xem nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học chúng tăng trưởng nhanh, bị phụ thuộc vào mùa vụ, khí hậu, tích lũy lượng dầu lớn tế bào Cụ thể, dầu tách từ sinh khối tảo thường đạt 20-50% sinh khối khơ (như Spirulina đạt 41%, Scenedesms đạt 24-45%), đặc biệt lồi Botryococcus braunii tạo lượng dầu đạt 80% sinh khối khô Một đặc điểm thú vị thành tế bào số loài tảo xanh chứa heteropolysaccharide cho phép liên kết với kim loại nặng, từ loại bỏ chúng khỏi nguồn nước (Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella vulgaris có khả loại bỏ đồng, mangan, kẽm từ nguồn nước nhiễm) Ngồi ra, vi tảo sử dụng để hấp thụ tồn dư phosphorus môi trường Vì vậy, xử lý nước thải, làm giảm thiểu hàm lượng kim loại nặng hay chất độc nước xem vai trị quan trọng vi tảo Bên cạnh đó, ni trồng tảo cịn chứng minh làm giảm thiểu khí nhà kính khí quyển, giảm lượng CO2 sinh từ canh tác nông nghiệp, giúp ổn định khí hậu tồn cầu Ngồi ra, nhà khoa học tìm số hoạt chất có lợi giúp ngăn chặn lão hóa da, giảm thiểu hoạt động enzyme phân giải cấu trúc collagen từ vi tảo biển, gợi mở hướng cho sản xuất tảo biển - Cho đến nay, nhiều nghiên cứu nhằm tối ưu hóa lồi vi tảo phục vụ mục tiêu cụ thể làm thực phẩm, nhiên liệu sinh học bảo vệ môi trường thực thành công như: Spirulina platensis Chlorella vulgaris nuôi cấy phổ biến nhằm khai thác hàng loạt hợp chất quan trọng carotenoid, astaxanthin, phycocyanine, β-carotene, chất chống ơxy hóa, acid béo làm thực phẩm, mỹ phẩm nhiên liệu sinh học; Prototheca spp Chlorella spp lên men bình bioreactor kín (lên men khơng quang hợp) để sản xuất dầu ăn, Omega-3 PUFA, dầu cho mỹ phẩm sinh khối tảo Đặc biệt, nhà khoa học thành công đồng nuôi cấy vi tảo nhằm lợi dụng mối quan hệ cộng sinh lượng lipid (%) đồng nuôi cấy Chlorella sp với Monoraphidium sp đạt 47,8% sinh khối khô, cao so với nuôi Chlorella sp (32%) Một kiểu đồng nuôi cấy khác phổ biến phối hợp vi tảo với loài vi khuẩn để hình thành mảng keo tụ Một số loài vi khuẩn (Solibacillus silvestris, Bacillus sp.) nấm (Aspergillus fumigatus) đồng nuôi cấy để keo tụ vi tảo, từ dễ dàng thu sinh khối - Nhiên liệu sinh học thu hút quan tâm nhà khoa học nguồn lượng tái tạo, không độc, phân hủy sinh học, thân thiện với mơi trường thay cho nhiên liệu hóa thạch thơng thường dần cạn kiệt Trong số nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học, vi tảo xem nguồn nguyên liệu có nhiều lợi để sản xuất biodiesel tốc độ sinh trưởng nhanh, hàm lượng dầu cao, việc nuôi trồng không bị ảnh hưởng địa điểm ni trồng, mùa vụ, khí hậu, dễ dàng mở rộng quy mô Nhiên liệu sinh học sản xuất từ dầu tảo cao gấp từ 15-300 lần so với việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ loại trồng truyền thống tính đơn vị diện tích - Nhiên liệu sinh học tiên tiến hay nhiên liệu sinh học bền vững không thiết gồm nhiên liệu có tính chất tiên tiến (khơng chứa oxy) mà khái niệm cịn dùng để loại nhiên liệu sinh học sau: thuộc hệ thứ hai; phát thải khí CO2 thấp; giảm hiệu ứng nhà kính khơng ảnh hưởng đến sản xuất lương thực Như vậy, tiêu chí để loại nhiên liệu sinh học coi tiên tiến gồm: loại nguyên liệu sinh khối, công nghệ chuyển hóa sử dụng tính chất phân tử nhiên liệu hình thành Tùy vào mục đích sử dụng, cơng ty/tổ chức khác dựa vào tất tiêu chí để xét nhiên liệu sinh học có phải tiên tiến hay không Các cách phân loại khác đa dạng quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học triển khai để đạt tiêu chuẩn bền vững chất lượng nhiên liệu, để đáp ứng nhu cầu sử dụng cho vận tải đường bộ, hàng không hàng hải Trên thực tế, nhiên liệu sinh học tiếp thị với tên gọi nhiên liệu tốt, nhiên liệu tái tạo, nhiên liệu bền vững hay nhiên liệu hệ 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm - Ưu điểm sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học: Vi tảo có hiệu suất xử lý thành phần ô nhiễm nước ngang với việc sử dụng vi khuẩn điều chứng minh qua nhiều cơng trình khoa học nước ngồi nước Khơng vi khuẩn, vi tảo sau xử lý nước thải tạo nhiều giá trị, vi khuẩn sau xử lý xong nước tạo bùn, từ bùn khả tái sử dụng ít, làm phân bón làm gạch lát có giá trị cao cả, cịn vi tảo, sử dụng làm thực phẩm, dược phẩm, dược phẩm dinh dưỡng, phẩm màu, DHA, xử lý chất thải, phân bón, sản xuất khí hydro sinh học - Nhược điểm sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học: nhìn chung vi tảo thay loại xử lý môi trường vi sinh truyền thống nhiên cơng trình cơng nghệ giới có quy mô nhỏ vấn đề sử dụng vi tảo để xử lý nước thải, vi tảo nguồn nguyên liệu tốt để áp dụng vào xử lý nước thải nhiên vì chưa có cách khả quan để hồn tồn thay vi khuẩn cơng trình xử lý nên vi tảo chưa sử dụng rộng rãi cơng nghệ sử dụng vi sinh vật tỏ hiệu tồn giới để người ta thay biện pháp tiềm ẩn nhiều rủi ro 2.2 Bản chất vấn đề nghiên cứu sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học - Nghiên cứu vi tảo để vừa xử lý mơi trường vừa sử dụng tảo sau xử lý để tạo nhiên liệu sinh học - Tăng trưởng sinh khối tảo cao, kèm theo hệ thống xử lý thu hoạch tảo phải đồng có độ xác cao - Hệ thống xử lý vi tảo phải đặt gần nguồn thải phát sinh gần biển để tận dụng tối đa lượng tài nguyên cần thiết cho sinh trưởng tảo - Công nghệ chưa thể đáp ứng nhu cầu sản xuất tảo quy mô lớn mà nằm quy mơ phịng thí nghiệm quy mơ thí điểm cơng nghệ - Giá nhiên liệu sinh học từ vi tảo cao so với giá nhiên liệu sinh học truyền thống 2.3 Ứng dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 2.3.1 Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải chiết xuất nhiên liệu sinh học - Tiến hành thử nghiệm nuôi vi tảo Chlorella vulgaris hệ thống ống dẫn, sử dụng ống nhựa acrylic suốt để làm hệ thống ống ni Mơ hình gồm dãy ống đặt song song nằm ngang theo chiều thẳng đứng Các ống nối với co chữ U Ống vị trí thấp nối trực tiếp với đầu bơm ống cao nối trực tiếp với bồn chứa dinh dưỡng tạo thành vịng xoắn kín Đầu bơm đẩy nước tảo vào ống vị trí thấp chảy qua ống bên trên, đồng thời nước tảo bị đầu bơm hút từ ống vị trí cao tạo thành dịng tuần hồn liên tục Sử dụng phương pháp dimethyl ether (DME) trình chiết xuất dầu, giúp tiết kiệm lượng so với phương pháp trước Phương pháp dựa việc sử dụng DME (cơng thức hóa học CH3OCH3) có đặc tính dễ liên kết với phân tử dầu môi trường nước Hợp chất thẩm thấu qua thành tế bào (vốn tạo nên phần lớn từ nước) để liên kết với phân tử dầu Hệ thống ni tảo đóng vai trị cơng trình xử lý sinh học hệ thống xử lý nước thải Nguồn nước thải sinh hoạt từ hộ dân sau qua bể tự hoại thu gom xử lý sơ dẫn vào bể chứa để tiếp tục xử lý sinh học qua hệ thống nuôi tảo Chlorella vulgaris Sinh khối tảo thu dùng để tách chiết nhiên liệu sinh học Triển vọng ý tưởng kết hợp với hệ thống khí thải lị đốt, đảm bảo nguồn CO2 cho việc nuôi tảo, đồng thời giảm lượng khí thải nhà kính vào mơi trường Bên cạnh đó, việc phát triển kết hợp với quy mơ xử lý nước thải sinh hoạt hệ thống xử lý cấp thành phố góp phần giảm thiểu giá thành đáng kể phân đoạn xử lý nước thải sinh hoạt sản xuất nhiên liệu sinh học Điều hoàn toàn phù hợp với bối cảnh điều kiện kinh tế Việt Nam, không phụ thuộc nhiều vào trình độ công nghệ, kỹ thuật nước ngồi Hình Sơ đồ quy trình xử lý nước thải vi tảo chiết xuất nhiên liệu 2.3.2 Hiệu vi tảo việc loại bỏ chất dinh dưỡng gây ô nhiễm nước thải nuôi trồng thủy hải sản huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh,Việt Nam - Tập trung nghiên cứu khả sinh trưởng phát triển ba loài vi tảo biển Tetraselmis suiscica, Tetraselmis sp., Platymonas sp Kết hợp với việc loại bỏ hợp chất gây ô nhiễm có nước thải từ ao nuôi tôm huyện Cần Giờ, Việt Nam so sánh đối chiếu với môi trường dinh dưỡng Daigo’s IMK 14 ngày nuôi trồng Kết cho thấy vi tảo sinh trưởng nhanh nhờ vào việc sử dụng chất ô nhiễm nước thải, đặc biệt hiệu suất xử lý COD, PO43-, NO3-, NH4+ nitơ tổng Platomonas sp Tetraselmis suiscica cao chí mơi trường nước thải đậm đặc Do đó, kết luận, vi tảo có tiềm lớn việc giảm nồng độ chất hữu cơ, phốt nitơ nước thải nuôi trồng thủy hải sản 2.3.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo hiệu suất xử lý nước thải - Tiến hành khảo sát ảnh hưởng yếu tố môi trường như: nồng độ dinh dưỡng, cường độ ánh sáng, loại ánh sáng, nhiệt độ đến khả tăng trưởng sinh khối hiệu xử lý nước thải chăn nuôi qua xử lý bể UASB vi tảo Chlorella vulgaris B5 quy mô phịng thí nghiệm 2.3.4 Nghiên cứu ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris làm nguyên liệu sản xuất Biodiesel - Khảo sát ảnh hưởng điều kiện nuôi trồng phịng thí nghiệm tốc độ sục khí CO2, nồng độ dinh dưỡng Nitơ, cường độ ánh sáng đến suất sinh khối hàm lượng lipid vi tảo Chlorella Vulgaris Đây chủng vi tảo tiềm cho mục tiêu kết hợp xử lý nước thải, tận dụng CO2 từ khí thải phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Kết ban đầu cho thấy, việc tăng cường độ chiếu sáng giảm nồng độ Nitơ tăng hàm lượng lipid giảm suất sinh khối Đồng thời, việc bổ sung CO2 vào môi trường cho phép tăng suất sinh khối lipid Bên cạnh đó, việc thử nghiệm nuôi trồng Chlorella Vulgaris nước thải hầm biogas pha lỗng 1,25 lần cho thấy, chủng có khả sinh trưởng, cho dầu giảm đáng kể nồng độ Nitơ Photpho nước thải 2.3.5 Nghiên cứu khả làm nước thải công nghiệp hệ thông vi tảo vi khuẩn - Trong tự nhiên, phần lớn vi tảo có mối quan hệ mật thiết với vi tổ chức hiếu khí Chúng tạo oxy phân tử chất nhận electron cuối vi sinh vật hiếu khí q trình phân giải chất hữu Mặt khác, CO2 tạo trình phân huỷ vi khuẩn cung cấp cho vi tảo để thực trình quang hợp, khép kín chu trình tuần hồn cacbon tự nhiên Nghiên cứu nhằm xác định khả hệ thống vi tảo – vi khuẩn trình làm nước thải công nghiệp Một vài vấn đề đặt nghiên cứu ảnh hưởng chất gây ô nhiễm tới hoạt động vi tảo, ảnh hưởng vi tảo tới hoạt động vi khuẩn ngược lại Vi tảo lựa chọn nghiên cứu Nanochloropsis oculata thuộc họ Monodopsidaceae, Eustigmatales, lớp Eustigmatophyceae, ngành Eustigmatophycophyta (tảo động bào tử có điểm mắt), loài tảo thường gặp thuỷ vực nước ngọt, có tốc độ sinh trưởng nhanh, có khả chịu đựng nồng độ chất ô nhiễm hữu lớn Chủng vi khuẩn lựa chọn nghiên cứu phân lập từ thuỷ vực bị ô nhiễm bao quanh khu cơng nghiệp Lễ Mơn, tỉnh Thanh Hố, thuộc chi Bacillus (nhóm vi khuẩn Gram dương, hiếu khí, có khả sinh tổng hợp hệ enzyme: cellulase, amylase, protease) chưa định loại, ký hiệu chủng Bacillus TH37 2.3.6 Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt vi tảo - Phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt vi tảo phương pháp sinh học xử lý nước thải sinh hoạt Xử lý nước thải vi tảo cho phép hạ chi phí xử lý Ngồi sinh khối tảo thu có lợi ích phụ trội dùng sinh khối làm thức ăn cho gia súc, nuôi trồng thủy sản, nguyên liệu cho diesel sinh học, vv Tảo chuyển hóa lượng từ ánh nắng mặt trời thành lượng sinh khối thơng qua q trình quang hợp sử dụng nitơ phốt có nhiều nước thải Trong thành phần sinh khối tảo chứa tới 50% lipid sinh khối khô, nguồn để sản xuất diesel sinh học thu sinh khối để sản xuất biogas dạng nhiên liệu khác … Do kết hợp việc sử dụng vi tảo để xử lý nước thải thu sinh khối chúng 2.3.7 Sự phát triển khả hấp thu kim loại vi tảo phơi nhiễm với crôm - Vi tảo đóng vai trị quan trọng hệ sinh thái thủy vực Sự sinh trưởng phát triển chúng điều tiết mạnh mẽ kim loại vi lượng yếu tố thiết yếu Tuy nhiên, kim loại vi lượng gây ảnh hưởng tiêu cực vượt nồng độ định môi trường Trong nghiên cứu này, thử nghiệm phát triển tốc độ phát triển hai loài vi tảo nước ngọt: loài tảo lam Pseudanabeana mucicola lồi tảo lục Pediastrum duplex có nguồn gốc từ Việt Nam thời gian 14 ngày phơi nhiễm với crôm (Cr) nồng độ lên tới 1.936 µg L-1 Bên cạnh đó, hấp thu Cr P mucicola đánh giá thời gian ngày ni mơi trường chứa 422 µg Cr L-1 Kết cho thấy Cr nồng độ lên tới 1.078 µg L-1 khơng kìm hãm phát triển tốc độ sinh trưởng P mucicola Tương tự, nồng độ 224 µg Cr L-1 khơng có ảnh hưởng tiêu cực đến phát triển P duplex Lồi tảo lam P mucicola làm giảm 71% hàm lượng Cr mơi trường thí nghiệm, xem ứng viên sáng giá cho q trình xử lý mơi trường nhiễm kim loại thực vật Theo hiểu biết nhóm tác giả, nghiên cứu đáp ứng hấp thu Cr vi tảo nước có nguồn gốc từ Việt Nam 2.3.8 Nghiên cứu xử lý chất dinh dưỡng dưỡng nước thải trại nuôi lợn nuôi trồng vi tảo hệ bể hở raceway - Nghiên cứu vai trò vi tảo hệ thống xử lý nước thải trại lợn kết hợp ni tảo, từ ứng dụng mơ hình ni trồng vi tảo hệ thống bể hở raceway ngồi trời nước thải chăn ni qua xử lý yếm khí Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý chất dinh dưỡng (N, P) nước thải chăn nuôi lợn, mô hình bể hở raceway ngồi trời ni tảo Chlorella sp B5 2.3.9 Nghiên cứu phát triển sinh khối vi tảo spirulina sp môi trường nước mưa nước biển kết hợp xử lý CO2 - Nước biển nước mưa hai nguồn nước dồi Việt Nam Tảo Spirulina phát triển mạnh môi trường giàu bicarbonat cần nhiều nước để sinh trưởng Hơn chủng tảo có khả chuyển hóa CO2 cao gấp 10 lần so với thực vật tạo sinh khối giàu dinh dưỡng như: protein, carbohydrate, lipids Vì kết hợp ni tảo Spirulina nước biển nước mưa kết hợp xử lý CO2, khí gây hiệu ứng nhà kính mang lại ý nghĩa môi trường bền vững, đồng thời sản xuất sinh khối tảo giàu dinh dưỡng ứng dụng cho nhiều ngành công nghiệp khác Kết nghiên cứu cho thấy, vi tảo Spirulina SP2 Spirulina SP4 phát triển tốt môi trường nước mưa, nhiên nước biển tự nhiên có độ mặn cao nên SP2 SP4 sinh trưởng tốt từ nước biển pha loãng hai lần Bổ sung dinh dưỡng cho hai môi trường nuôi dẫn đến tăng tốc độ sinh trưởng hai loại tảo, đồng thời tăng khả xử lý CO2 lên khoảng 50 lần Sinh khối sản xuất SP2 SP4 hai môi trường nuôi giàu đạm, với 70% hàm lượng protein, chứng minh tiềm to lớn việc ứng dụng SP2 SP4 xử lý khí thải CO2 công nghiệp sản xuất sinh khối giàu dinh dưỡng 2.3.10 Dùng tảo để xử lý ô nhiễm môi trường nước - Hầu hết loại nước thải thị, nơng nghiệp, phân gia súc xử lý hệ thống ao tảo Tảo dùng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột… Do việc sử dụng tảo để xử lý nước thải coi phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi lượng mặt trời thành lượng thể sống Ngồi ra, tảo cịn tiêu diệt mầm bệnh Thông qua việc xử lý nước thải cách ni tảo, mầm bệnh có nước thải bị tiêu diệt do: thay đổi pH ngày ao tảo ảnh hưởng trình quang hợp; độc tố tiết từ tế bào tảo; tiếp xúc mầm bệnh với xạ mặt trời (UV) - Sử dụng tảo xử lý nước thải cần ý đến yếu tố dưỡng chất ammonia nguồn đạm cho tảo tổng hợp nên protein tế bào thông qua trình quang hợp Phospho, magnesium potassium dưỡng chất ảnh hưởng đến phát triển tảo Độ sâu ao tảo lựa chọn sở tối ưu hóa khả nguồn sáng trình tổng hợp tảo Theo sở lý thuyết thì độ sâu tối đa ao tảo khoảng 12,5 cm Nhưng thí nghiệm mơ hình cho thấy độ sâu tối ưu nằm khoảng 20 – 25 cm Thời gian lưu tồn nước thải tối ưu thời gian cần thiết để chất dinh dưỡng nước thải chuyển đổi thành chất dinh dưỡng tế bào tảo Thường thì người ta chọn thời gian lưu tồn nước thải ao lớn 1,8 ngày nhỏ ngày Trong ao tảo lớn khuấy trộn ngăn trình phân tầng nhiệt độ ao tảo yếm khí đáy ao tảo Nhưng việc khuấy trộn tạo nên bất lợi làm cho cặn lắng lên ngăn cản trình khuếch tán ánh sáng vào ao tảo Tốc độ dòng chảy ao tảo nên khoảng cm/giây Hoàn lưu giúp cho ao tảo giữ lại tế bào vi khuẩn tảo hoạt động; giúp cho q trình thơng thống khí, thúc đẩy nhanh phản ứng ao tảo 2.3.11 Ứng dụng vi tảo Chlorella vulgaris xử lý chất hữu nước thải - Chất hữu nước thải thành phần chất ô nhiễm gây nhiều ý nhà môi trường Nước thải bị ô nhiễm chất hữu cơ, thường có thơng số có COD BOD5 cao Chất hữu môi trường nước thải gây giảm nồng độ oxi hoạt động vi sinh vật phân giải chất hữu nước thải hoạt động mạnh, bên cạnh trình phân hủy chất hữu phát sinh mùi khó chịu, đặc biệt q trình phân hủy sinh học yếm khếm Nhiều nghiên cứu cho thấy vi tảo C.vulgaris có khả loại bỏ chất hữu cao - Nghiên cứu tiến hành ni trồng tảo nước thải sinh hoạt có nồng độ COD 2613,3 mg/l mẫu không tiệt trùng (Raw centrate – RC) 2786,7 mg/l mẫu tiệt trùng (Autoclaved centrate – AC) (Hình a b) nồng độ tảo ban đầu khác 0,02 g/L; 0,05 g/L; 0,1 g/L; 0,2 g/L Mẫu RC có nồng độ COD giảm từ 2613 mg/L xuống 545, 496, 456 452 mg/L ngày tương ứng với nồng độ tảo 0,02; 0,05; 0,1 0,2 g/L (tương ứng với hiệu suất xử lý COD 87,1%; 87,2%, 87,0% 87,2%) Nồng độ COD giảm đáng kể từ 2787 mg/L xuống 737, 576, 617 467 mg/l tương ứng nồng độ tảo ban đầu 0,02; 0,05; 0,1 0,2 g/L (hiệu suất xử lý COD tương ứng với 86,8%; 88%; 88,6% 88,2%) Từ kết nghiên cứu trên, tảo C.vulgaris chứng tỏ khả loại bỏ chất hữu nước thải với hiệu suất trình xử lý cao (đạt 80%) 2.3.12 Công nghệ xử lý nước thải tảo - Thông qua việc xử lý nước thải cách ni tảo mầm bệnh có nước thải bị tiêu diệt yếu tố sau: Sự thay đổi pH ngày ao tảo ảnh hưởng trình quang hợp Các độc tố tiết từ tế bào tảo Và tiếp xúc mầm bệnh với xạ mặt trời (UV) Thông thường người ta kết hợp việc xử lý nước thải sản xuất thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu nước thải Tuy nhiên tảo khó thu hoạch (do kích thước nhỏ), đa số có thành tế bào dày động vật khó tiêu hóa, thường bị nhiễm bẩn kim loại nặng, thuốc trừ sâu, mầm bệnh lại nước thải - Các phản ứng diễn ao tảo chủ yếu "hoạt động cộng sinh tảo vi khuẩn 2.3.13 Nhiên liệu sinh học từ vi tảo biển dị dưỡng việt nam: biodiesel tận thu sản phẩm phụ (axít béo khơng bão hịa đa nối đôi - pufas, glycerol squalene) trình sản xuất biodiesel - Hiệu suất trình sản xuất axít béo dạng methyl este (FAME) từ vi tảo đạt tương ứng 89,2% 46,7% so với dầu tảo sinh khối tảo Phân đoạn chứa axít béo bão hịa, biodiesel thơ (SFAME), tách khỏi phân đoạn giàu axít béo khơng bão hịa (UFAME) phương pháp tạo phức với urê 10oC Các đặc tính biodiesel thu hầu hết phù hợp với tiêu chuẩn biodiesel B100 Việt Nam Hàm lượng DHA (axít docosahexaenoic, C22:6 ω3) chiếm 72,00% so với tổng số axít béo phân đoạn UFAME Bên cạnh đó, nghiên cứu nhằm sử dụng glycerol thải từ q trình sản xuất biodiesel nguồn cácbon để ni trồng lồi S mangrovei tảo lam Spirulina platensis BM thực Trong bã sinh khối tảo cịn lại sau q trình tách chiết biodiesel, hàm lượng squalene chiếm khoảng 50,21-80,10 ± 0,03 mg/g bã sinh khối Cấu trúc squalene thu sau trình tách chiết kiểm tra phổ cộng hưởng từ hạt nhân Các kết thu cho thấy, khai thác theo hướng tận thu sản phẩm phụ có giá trị nói giảm giá thành sản xuất biodiesel từ loài vi tảo Chương III Kết luận -Xử lý nước thải tảo cách xử lý nước thải phương pháp sinh học, chúng lấy hợp chất hữu để chuyển hoá thành chất dinh dưỡng tế bào trình quang hợp - Tảo có chức hấp thụ biến lượng mặt trời thành đường, tinh bột Vì lợi dụng trình xử lý nước thải mà tảo chuyển đổi lượng mặt trời thành lượng thể giúp chúng tăng khả sinh sống tồn lâu môi trường nước - Nhờ tảo mà mầm bệnh nguồn nước thải loại bỏ hoàn toàn chúng bị tiêu diệt nhờ độc tố tiết ranh từ thể tảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 2019 Vi tảo - sinh vật nhỏ bé có vai trị to lớn đời sống Tạp chí Khoa học Đời sống [2].http://www.noip.gov.vn/web/guest/sach-tap-chi-va-tai-lieu-tham-khao//asset_publisher/5hGA1SMJFnhf/content/xu-huong-bao-ho-sang-che-tronglinh-vuc-nhien-lieu-sinhhoc?inheritRedirect=false&redirect=http%3A%2F%2Fwww.noip.gov.vn%2Fw eb%2Fguest%2Fsach-tap-chi-va-tai-lieu-thamkhao%3Fp_p_id%3D101_INSTANCE_5hGA1SMJFnhf%26p_p_lifecycle%3D 0%26p_p_state%3Dnormal%26p_p_mode%3Dview%26p_p_col_id%3Dcolum n-1%26p_p_col_count%3D1 Ngày truy cập 20/03/2021 [3] Đặng Diễm Hồng, Nguyễn Cẩm Hà, Lê Thị Thơm, Lưu Thị Tâm, Hồng Thị Lan Anh, Ngơ Thị Hồi Thu 2017 Nhiên liệu sinh học từ vi tảo biển dị dưỡng việt nam: biodiesel tận thu sản phẩm phụ (axít béo khơng bão hịa đa nối đơi - pufas, glycerol squalene) trình sản xuất biodiesel Tạp chí sinh học, vol 39, trang 51-60 [4] Hồ Sĩ Thoảng 2018 Nhiên liệu sinh học tiên tiến: Hướng phát triển bền vững nhiên liệu tái tạo Hội Dầu khí Việt Nam [5] Nguyễn Trung Hiệp, Phạm Văn Phát, Lê Thanh Tú 2015 Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải chiết xuất nhiên liệu sinh học Đại học Khoa học Tự nhiên [6] Le Hung Anh, Vo Thi Kim Khuyen, Trinh Ngoc Nam, Vo Duy Khoa 2016 Hiệu vi tảo trongviệcloại bỏ chất dinh dưỡng gây ô nhiễm nước thải nuôi trồng thủy hải sản huyện Cần Giờ,thành phố Hồ Chí Minh,Việt Nam Journal of Vietnamese Environment, vol 8, trang 114-120 [7] Nguyễn Minh Tuấn, Lê Thị Bích Yến, Nguyễn Phước Hải, Nguyễn Thị Thanh Xuân, Đặng Kim Hoàng, Nguyễn Hồng Minh, Nguyễn Ngọc Tn 2012 Nghiên cứu ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris làm nguyên liệu sản xuất Biodiesel Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, vol 10, 29-30 [8] Đỗ Thị Hải, Phan Văn Mạch, Mai Sĩ Tuân, Trần Hữu Phong Nghiên cứu khả làm nước thải công nghiệp hệ thông vi tảo vi khuẩn Hội nghị khoa học toàn quốc sinh thái tài nguyên sinh vật lần thứ [9] Thanh Son Dao 2018 Sự phát triển khả hấp thu kim loại vi tảo phơi nhiễm với crôm Journal of Vietnamese Environment, vol [10] https://www.ecobaent.vn/dung-tao-de-xu-ly-o-nhiem-moi-truong-nuoc/ Ngày truy cập: 20/03/2021 [11] https://moitruong.duytan.edu.vn/Home/ArticleDetail/vn/103/1949/ungdung-vi-tao-chlorella-vulgaris-xu-ly-chat-huu-co-trong-nuoc-thai Ngày truy cập: 20/03/2021 [12] https://moitruong.com.vn/cong-nghe-moi-truong/cong-nghe-xu-ly-nuocthai-bang-tao-7611.htm Ngày truy cập: 20/03/2021 [13] https://hethongxulynuocthai.org/phuong-phap-xu-ly-nuoc-thai-bang-tao/ Ngày truy cập: 20/03/2021 ... xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 10 2.3 Ứng dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 11 2.3.1 Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải chiết xuất nhiên liệu sinh học ... điểm cơng nghệ - Giá nhiên liệu sinh học từ vi tảo cao so với giá nhiên liệu sinh học truyền thống 2.3 Ứng dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học 2.3.1 Ứng dụng vi tảo xử lý nước... gọi nhiên liệu tốt, nhiên liệu tái tạo, nhiên liệu bền vững hay nhiên liệu hệ 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm - Ưu điểm sử dụng vi tảo để xử lý môi trường tạo nhiên liệu sinh học: Vi tảo có hiệu suất xử