Đánh giá khả năng xử lý nước thải đô thị của tảo lục scenedesmus phân lập ở sông ngự hà, thành phố huế

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA SINH HỌC NGUYỄN THỊ THANH NHÃ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ CỦA TẢO LỤC SCENEDESMUS PHÂN LẬP Ở SÔNG NGỰ HÀ, THÀNH PHỐ HUẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC HUẾ, 2022 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA SINH HỌC ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ CỦA TẢO LỤC SCENEDESMUS PHÂN LẬP Ở SÔNG NGỰ HÀ, THÀNH PHỐ HUẾ Cán hướng dẫn Sinh viên thực TS PHAN THỊ THÚY HẰNG NGUYỄN THỊ THANH NHÃ HUẾ, 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết trình bày đồ án trung thực, khách quan nghiêm túc Những tài liệu sử dụng đồ án có nguồn gốc rõ ràng Nếu có sai sót, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Tác giả đồ án NGUYỄN THỊ THANH NHÃ LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến quý thầy Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Sinh học, Bộ môn Tài nguyên Sinh vật Mơi trường thuộc Khoa Sinh học, phịng thí nghiệm Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi q trình học tập hồn thành đồ án Đặc biệt, xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến cán hướng dẫn TS Phan Thị Thúy Hằng trực tiếp hỗ trợ hướng dẫn, đưa lời khuyên cách tận tình chu đáo suốt q trình tơi thực đồ án Tơi xin cảm ơn tồn thể anh chị bạn phịng thí nghiệm Bộ môn Tài nguyên Sinh vật Môi trường, khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học Huế giúp đỡ thời gian thực đồ án Một lần xin chân thành cảm ơn! Huế, tháng 05 năm 2022 Tác giả NGUYỄN THỊ THANH NHÃ BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ viết tắt Diễn giải Dịch nghĩa COD Chemical Oxygen Nhu cầu oxy hóa học Demand BOD Biological Demand Oxygen Lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa chất hữu DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan T-N Total nitrogen Tổng nitơ T-P Total phosphorus Tổng phospho Cs Cộng QCVN :2021/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật môi trường quốc gia nước thải đô thị DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung Trang Bảng Phương pháp đo phân tích mẫu nước 23 Bảng Kết phân tích số thơng số môi trường mẫu nước 32 thải Bảng Đặc điểm nhiệt độ mơi trường nước thải q trình xử lý 34 Bảng Thay đổi pH trình xử lý 35 Bảng Thay đổi COD trình xử lý 35 Bảng Biến động hàm lượng tổng Phospho trình xử lý 36 Bảng Biến động hàm lượng tổng Nitơ q trình xử lý 38 DANH MỤC HÌNH Hình Hình Nội dung Trang Hình Bản đồ vị trí điểm thu mẫu tảo thu mẫu nước 14 thải Hình Pipette Pasteur 16 Hình Buồng đếm Sedgewick – Rafter 21 Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm 23 Hình Scenedesmus sp1 mơi trường BG11 vật kính x10, x40 28 Hình Scenedesmus sp1 mơi trường Z8 vật kính x20, x40, x10 29 Hình Scenedesmus sp2 mơi trường BG11 vật kính x100, x20 30 x40 Hình Scenedesmus sp2 mơi trường Z8 vật kính x20, x40 Hình 90 Sự phát triển mật độ tảo Scenedesmus môi trường Z8 30 31 BG11 Hình 10 Scenedesmus sp1 mơi trường Z8 (phải) mơi trường BG11 31 (trái) Hình 11 Scenedesmus sp2 mơi trường Z8 ( phải) mơi trng BG 11 32 (trái) Hình 12 Tốc độ phát triển tảo Scenedesmus nước thải đô thị 34 phương pháp đếm mật độ tế bào Hình 13 Biến động hàm lượng T-P trình xử lý 37 Hình 14 Biến động hàm lượng T-N trình xử lý 39 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v MỤC LỤC vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu vi tảo 1.2 Vai trò vi tảo .4 1.3 Tổng quan nước thải 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng loài vi tảo xử lý nước thải 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới .7 1.4.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 1.5 Tổng quan tảo lục Scenedesmus 10 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Đối tượng nghiên cứu 14 2.2 Địa điểm thu mẫu .14 2.3 Thời gian nghiên cứu 14 2.4 Nội dung nghiên cứu 14 2.5 Phương pháp nghiên cứu 15 2.5.1 Phương pháp thu mẫu tảo tự nhiên 15 2.5.2 Phương pháp phân lập tảo lục Scenedesmus .15 2.5.3 Phương pháp xác định loài 20 2.5.4 Phương pháp đánh giá khả sinh trưởng tảo Scenedesmus 20 2.5.5 Phương pháp xác định phospho tổng- phương pháp Persulfat nước thải 23 2.5.6 Xác định tổng Nitơ- Phương pháp Persulfate 25 2.5.7 Phương pháp xác định COD- phương pháp hồi lưu kín trắc quang .25 2.5.8 Phương pháp xác định sinh trưởng tảo môi trường nước thải 26 2.5.9 Xử lý số liệu .27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .28 3.1 Phân lập loài tảo lục Scenedesmus .28 3.2 Khả sinh trưởng lồi tảo lục Scenedesmus mơi trường Z8 môi trường BG-11 30 3.3 Khả sinh trưởng lồi tảo lục Scenedesmus mơi trường nước thải đô thị 32 3.3.1 Một số đặc điểm môi trường nước thải đô thị .32 3.3.2 Sự phát triển loài tảo lục Scenedesmus nuôi môi trường nước thải đô thị .33 3.4 Khả xử lý nước thải đô thị loài tảo lục Scenedesmus 34 3.4.1 Đặc điểm nhiệt độ, pH oxy hóa học hồ tan nước thải thời gian xử lý 34 3.4.2 Khả xử lý dinh dưỡng phospho tảo Scenedesmus 36 3.4.3 Khả xử lý dinh dưỡng nitơ tảo Scenedesmus .38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận Phân lập chủng tảo Scenedesmus từ mẫu nước thu từ địa điểm sông Ngự Hà Thừa Thiên Huế thuộc loài: Scenedesmus sp1 Scenedesmus sp2 Trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo Z8 môi trường BG-11, hai chủng Scenedesmus sp1 Scenedesmus sp2 có tốc độ phát triển mơi trường Z8 mạnh mơi trường BG11 Trong đó, Scenedesmus sp2 sinh trưởng mạnh Scenedesmus sp1 hai môi trường Z8 môi trường BG11 Hai chủng tảo lục Scenedesmus sp1 Scenedesmus sp2 phát triển tốt môi trường mẫu nước thải đô thị Hai chủng Scenedesmus sp1 Scenedesmus sp2 cho thấy tiềm xử lý tốt hàm lượng dinh dưỡng phospho nước thải đô thị Sau ngày xử lý, hàm lượng tổng phospho loại bỏ đạt 97,432%, 96,392% lô Scenedesmus sp1., Scenedesmus sp2., cao so với đối chứng (88, 66%) Tỷ lệ loại bỏ phospho hai chủng cao vào ngày thứ (lần lượt 97, 432% 96, 392%) đạt tiêu chuẩn cột A cột B chất lượng nước thải đô thị Chủng Scenedesmus sp1 cho thấy khả xử lý tốt dinh dưỡng nitơ nước thải đô thị so với chủng Scenedesmus sp2 đối chứng (tỷ lệ loại bỏ đạt 84,454%, 69,748% 82,353%, đạt tiêu chuẩn cột A cột B (QCVN :2021/BTNMT) Kiến Nghị Nghiên cứu ứng dụng vi tảo xử lý nước thải thu hồi sinh khối cho mục đích sử dụng khác làm nhiên liệu sinh học, phân bón … hướng nghiên cứu có tiềm ứng dụng lớn, cần tiếp tục phát triển thao hướng như: 43 - Mở rộng đối tượng loài vi tảo: tiếp tục nghiên cứu chủng tảo phân lập được, phân lập thêm loài tảo thuộc ngành tảo khác - Thử nghiệm chủng tảo phân lập loại môi trường nước thải khác (nước thải chăn nuôi, nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt …) để tìm mơi trường mà lồi tảo xử lý hiệu - Đánh giá khả thu hồi sinh khối nghiên cứu hàm lượng thành phần lipid, đạm carbohydrate sinh khối tảo để sử dụng hợp lý nguồn sinh khối TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Hoàng Việt, Lưu Thị Nhi Ý, Võ Nguyễn Châu Ngân, (2017), "Xử lý nước thải từ hầm ủ biogas ao thâm canh tảo Spirulina sp", Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ (49),pp.1-10 [2] Dương Đức Tiến, Võ Hành, 1997 Tảo nước Việt Nam, phân loại tảo lục (chlorococcales) Nxb Nông nghiệp Hà Nội, 503 tr [3] Nguyễn Thị Kim Huê, Nguyễn Công Thuân, Nguyễn Thị Phi Oanh, (2021), "Nghiên cứu khả hấp thu nitrate phosphate vi tảo phân lập từ nước thải sinh hoạt", Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 57 (4),pp.73-81 [4] Nguyễn Thị Kim Ngân, Phạm Thị Mỹ Trâm (2017) Nghiên cứu khả xử lý nước thải sinh hoạt số lồi thực vật Tạp chí Khoa học- Đại học Thủ Dầu Một [5] Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ Lê Hiền Thảo (1996), Qua trình vi sinh vật cơng trình cấp nước, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 44 [6] Quy chuẩn kỹ thuật môi trường quốc gia nước thải sinh hoạt nước thải đô thị QCVN :2020/BTNMT [7] Võ Thị Kiều Thanh N D T., Vũ Thị Lan Anh, Phùng Huy Tuấn, (2012), "Ứng dụng tảo Chlorella sp Daphnia sp lọc chất thải hữu nước thải từ q trình chăn ni lợn sau xử lý UASB" Tiếng Anh [8] Ahmad F., Khan, Amin U, Yasar, Abdullah, (2012), "Uptake of nutrients from municipal wastewater and biodiesel production by mixed algae culture", Pakistan Journal of Nutrition 11 (7),pp.550 [9] Apandi N., Mohamed, Radin Maya Saphira Radin, Al-Gheethi, Adel, Gani, Paran, Ibrahim, Alfituri, Kassim, Amir Hashim Mohd, (2019), "Scenedesmus biomass productivity and nutrient removal from wet market wastewater, a bio-kinetic study", Waste and Biomass Valorization 10 (10),pp.2783-2800 [10] Ballén-Segura, M., Hernández, L., Parra, D Vega, A., Pérez, K., Using Scenedesmus sp For the Phycoremediation of Tannery Wastewater, TECCIENCIA, Vol 12 No 21, 69-75, 2016, DOI: http://dx.doi.org/10.18180/tecciencia.2016.21.11 [11] Chen X., Zhang, Cai, Tan, Liju, Wang, Jiangtao, (2018), "Toxicity of Co nanoparticles on three species of marine microalgae", Environmental pollution 236,pp.454-461 [12] Gurski S M., Kazim, Anam, Cheung, Hoi Ki, Obeid, Amani, (2012), System and process of biodiesel production, Google Patents [13] Handbook of Proteolytic Enzymes (Third Edition), 2013 [14] Koppel D J., Adams, Merrin S, King, Catherine K, Jolley, Dianne F, (2018), "Chronic toxicity of an environmentally relevant and equitoxic ratio of five metals to two Antarctic marine microalgae shows complex mixture interactivity", Environmental pollution 242,pp.1319-1330 [15] Li M., Xiao, Xiao, Wang, Shipei, Zhang, Xujing, Li, Junjie, Pavlostathis, Spyros G, Luo, Xubiao, Luo, Shenglian, Zeng, Guisheng, (2020), 45 "Synergistic removal of cadmium and organic matter by a microalgaeendophyte symbiotic system (MESS): an approach to improve the application potential of plant-derived biosorbents", Environmental pollution 261,pp.114177 [16] Luo L., He, Huijun, Yang, Chunping, Wen, Shan, Zeng, Guangming, Wu, Mengjie, Zhou, Zili, Lou, Wei, (2016), "Nutrient removal and lipid production by Coelastrella sp in anaerobically and aerobically treated swine wastewater", Bioresource technology 216,pp.135-141 [17] L Xin, H Hong-Ying, G Ke, S Ying-Xue - Bioresource technology, 2010 Effects of different nitrogen and phosphorus concentrations on the growth, nutrient uptake, and lipid accumulation of a freshwater microalga Scenedesmus sp Cited by 1114 Related articlesAll 11 versions [18] Mann DM Van Den Hoek C (1995), Algae an introduction to phycology, Cambridge: Cambridge University Press [19] Martınez M., Sánchez, Sebastián, Jimenez, JM, El Yousfi, F Munoz, L, (2000), "Nitrogen and phosphorus removal from urban wastewater by the microalga Scenedesmus obliquus", Bioresource technology 73 (3),pp.263272 [20] M.Shokouh cs(2018),’’ Cultivation of newly isolated microalgae Coelastrum sp in wastewater for simultaneous CO2 fixation, lipid production and wastewater treatment’’,Bioprocess and Biosystems Engineering [21] Najeeha Apandi, Radin Maya Saphira Radin Mohamed, Adel Al- Gheethi, Paran Gani, Alfituri Ibrahim, Amir Hashim Mohd Kassim Scenedesmus Biomass Productivity and Nutrient Removal from Wet Market Wastewater, A Bio-kinetic Study October 2019 Waste and Biomass Valorization 10 DOI:10.1007/s12649-018-0313-y [22] Ruiz-Marin A., Mendoza-Espinosa, Leopoldo G, Stephenson, Tom, (2010), "Growth and nutrient removal in free and immobilized green algae in batch 46 and semi-continuous cultures treating real wastewater", Bioresource technology 101 (1),pp.58-64 [23] S M Gurski cộng (2012), System and process of biodiesel production United States Patent, chủ biên, United States, tr 1-7 [24] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd Edition, the most recent version, was published in 2017 [25] Suganya T., Varman, Mahendora, Masjuki, HH, Renganathan, S, (2016), "Macroalgae and microalgae as a potential source for commercial applications along with biofuels production: a biorefinery approach", Renewable and Sustainable Energy Reviews 55,pp.909-941 [26] Thanh Luu Pham and Manh Ha Bui Removal of Nutrients from Fertilizer Plant Wastewater Using Scenedesmus sp.: Formation of Bioflocculation and Enhancement of Removal Efficiency DOI:10.1155/2020/8094272 [27] Thacker SP K R., Ramamurthy V (1994), "Obtaining axenic cultures of filamentous cyanobacterium Spirulina ", BioTechniques,pp.216-217 [28] Wollmann F., Dietze, Stefan, Ackermann, Jörg‐Uwe, Bley, Thomas, Walther, Thomas, Steingroewer, Juliane, Krujatz, Felix, (2019), "Microalgae wastewater treatment: Biological and technological approaches", Engineering in Life Sciences 19 (12),pp.860-871 [29] Xin L., Hong-Ying, Hu, Jia, Yang, (2010), "Lipid accumulation and nutrient removal properties of a newly isolated freshwater microalga, Scenedesmus sp LX1, growing in secondary effluent", New biotechnology 27 (1),pp.5963 [30] Yang S., Xu, Jin, Wang, Zhong-Ming, Bao, Lian-Jun, Zeng, Eddy Y, (2017), "Cultivation of oleaginous microalgae for removal of nutrients and heavy metals from biogas digestates", Journal of cleaner production 164,pp.793803 [31] Zhang E., Wang, Bing, Wang, Qihua, Zhang, Shubiao, Zhao, Budiao, (2008), "Ammonia–nitrogen and orthophosphate 47 removal by immobilized Scenedesmus sp isolated from municipal wastewater for potential use in tertiary treatment", Bioresource technology 99 (9),pp.3787-3793 Tài liệu Web: [32] ttps://ccep.com.vn/thuc-trang-o-nhiem-moi-truong-nuoc/ [33]https://cesti.gov.vn/bai-viet/the-gioi-du-lieu/the-gioi-vi-tao-01006415-00000000-0000-000000000000 [34]https://giaiphapmoitruong.net/ky-thuat-moi-truong/tong-quan-ve-nuoc-thai.html [35]https://vjst.vn/vn/tin-tuc/1195/vi-tao -sinh-vat-nho-be-nhung-co-vai-tro-to-lontrong-doi-song.aspx [36] https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%A3o 48 PHỤ LỤC Một số hình ảnh Một số hình ảnh nghiên cứu q trình làm thí nghiệm Hình PL1 Phân lập tảo - Ảnh chụp tảo ni phịng thí nghiệm Hình PL2 Scenedesmus sp1 mơi trường BG11 ni ngày thứ PL Hình PL3 Scenedesmus sp2 mơi trường BG11 ni ngày thứ Hình PL4 Scenedesmus sp1 mơi trường Z8 ni ngày thứ 16 PL Hình PL5 Scenedesmus sp2 môi trường Z8 nuôi ngày thứ 16 Hình PL6 Tảo lục Scenedesmus sp1 sử dụng xử lý nước thải PL Hình PL7 Tảo lục Scenedesmus sp2 sử dụng xử lý nước thải Hình PL8 Bố trí thí nghiệm, nước thải ban đầu sau lọc PL ĐC A6 A3 Hình PL9 Nước thải bỏ mẫu tảo Scendesmus vào ngày (theo thứ tự trừ trái sang phải (1) Đối chứng, (2) Scenedesmus sp2., (3) Scenedesmus sp1.) Hình PL10 Nước thải ngày (theo thứ tự trừ trái sang phải (1) Đối chứng, (2)Scenedesmus sp2., (3) Scenedesmus sp1.) PL Hình PL11 Nước thải vào ngày (theo thứ tự trừ trái sang phải (1) Đối chứng, (2) Scenedesmus sp2., (3) Scenedesmus sp1.) Hình PL12 Đo số thơng số mơi trường PL Hình PL13 Lọc mẫu ni tảo xử lý nước thải \ Hình PL14 Đo OD (mật độ quang) PL Hình PL15 Đun nóng mẫu làm thí nghiệm kiểm tra COD mẫu nước thải Hình PL16 Đun mẫu làm thí nghiệm kiểm tra tổng phospho PL Hình PL17 Chuẩn độ làm thí nghiệm kiểm tra tổng Phospho PL