Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina Platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể Biogas ở xã Hà Ninh - huyện Hà Trung - tỉnh Thanh Hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHAM THANH HUYEN

NGHIEN CUU UNG DUNG TAO SPIRULINA PLATENSIS XU LY NUOC THAI CHAN NUOI LON SAU KHI QUA BE

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

PHẠM THANH HUYỆN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TẢO SPIRULINA PLATENSIS XỬLÝ NƯỚC THAI CHAN NUÔI LỢN SAU KHI QUA BEBIOGAS Ở XÃ HÀ NINH - HUYỆN HÀ TRUNG - TÍNH

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Pham Thanh Huyễn

Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn

của PGS.TS Phạm Thị Ngọc Lan với đề tài nghiêniru" Nghiên cứu ứng dung tảo. spirunlina platensis xử lý mước thai chăm nuôi lợn sau khi qua bé biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tình Thanh Hóa"

Diy là để tài nghiên cứu mới, không trùng lap với các đề tà luận văn nào trước

đây, do đó không có sĩ

thé hiện theo ding quy định, các nguồn ti liệu, triệu nghiên cứu v

sao chép của bắt kì luận văn nào Nội dung của luận văn được

à sử dụng trong,

luận văn đều được trích dẫn nguồn.

Nếu xây ra vấn đề gì với nôi dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn tráchnhiệm theo quy định.

“Tác gid luận van

(Chữ ký)

Pham Thanh Huyền.

LỜI CẢM ON

“rước tiên em xin gửi lồi cảm on chân thành sâu sắc tới các hẫy cô giáo trong trườngĐại học Thủy Lợi nói chung và các thầy cô giáo tong bộ môn Kỹ thuật môi trường nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý bầu trong suốt thời gian qua.

Đặc biệt em xin chân thành cảm on Cô giáo PGS.TS Phạm Thị Ngọc Lan đã tận tình trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em và tạo những điều kiện thuận lại trong suốt quá trình lâm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với Thầy em không ngừng p thu thêm nhiễu kiển thức bổ íh mà còn học tập được tinh thin làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm tức, hiệu quả, đây là những điều rit edn thiết cho em

trong quá trình học tập và công tắc sau này:

au cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia dinh, ban bê, dng nghiệp đã động viên, đồng góp ý kiến và giúp đỡ em trong quá trình học tap, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

“Tôi xin chân thành cảm ơn!

LOT CAM DOAN

3.D6i tượng và phạm vi nghiên cứu

4.Phurong pháp nghiên cứu.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VAN DE NGHIÊN COU

LL Tổng quan chất thai chăn nuôi lợn và thực trang môi trường.

1.1.1 Nguén gốc nước thải chan nuôi lợn 3 1.1.2 Thành phẩn và tính chất nước thải chăn nuôi lợn 3 1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến mồi trưởng và con người 1.2.Phương pháp xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và đình dưỡng cao

1.2.3 Phương pháp hóa học,1.2.4.Phương pháp sinh học

1.2.5 Một số công nghệ xữ lý nước thái chấn nudi

1.3 Tảo Spirulina Platensis trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn 4

1.3.1.Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina Platensis 41.3.2 Đặc điềm sinh học của tảo Spirulina Platensis 16

1.3.3 Các yêu tỔ môi trường trong bé nuôi táo, 18

1.3.4 Các phương pháp nuôi táo 221.3.5 Các cơ chế xử lý nước thải của tảo Spirulina Platensis 2số ứng dụng của tả Spirulina Platensis trong xử lý nước thi 28

1.5.Tỗng quan khu vực nghiên cứ ss<<seseesresrrsrrrrsresrosÄD)

1.5.1 Diéu kiện tự nhiên 30

15.2 Đi Hiện kinh t xã hội 3 1.53 Hiện trạng môi trường 8 CHUONG 2: VAT LIEU VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU.

2.1 Mục đích nghiên cứu «eerrirrrmrrreen SỐ.

2.2 Đối tượng nghiên cứu

2.2.1 Tảo Spirulina Plantensis 36

2.3 Qúa trình nghiên cứu

2.3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 38 2.3.2 Phương pháp xác định các thông số nghiên cin 412.4, Phương pháp tiến hành thí nghiệm

24.1 Mô hình thí nghiệm 3024.2 Quy trình thí nghiệm 312.4.3 Nội dung thí nghiện 4 HUONG 3: KET QUA THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ.

3.1 Nuôi tảo và theo dai các yêu tổ ảnh hưởng đến sự phát triển cña ts

3.1.1 Theo dõi biến thiên pH và nhiệt đ 613.1.2 Theo dais phát triển của tảo 03.1.3 Theo dõi sự thay đối hàm lương amon, mitra, nữnh pl 43.2 Theo đối sự phát kiện cường độ ánh sáng khác

3.2.1 Khảo sát pH và nhiệt độ 6“

3.2.2 Theo dõi khối lượng vi tio Spirulina plaensis qua từng đợt “ 3.3 Khảo sát hiệu quả xử lý theo các nồng độ đinh dưỡng khác nhau.

3.7 Đánh giá sơ bộ lợi ích kinh tế và mỗi trường.

3.7.1 Lợi teh vé môi tường 7

3/72 Lợi ích kinh tế 7

KIÊN NGHỊ 30 “TÀI LIEU THAM KHẢO S5 ssseseeerrsrrrrrrrrrrorooBT

CAC KÝ TỰ VIET TAT.

BINMT "Bộ Tài nguyên Mỗi tường

NTTS "Nuôi trồng thủy sin QCVN Quy chuẩn Việt Nam

SXCN Sin xuất công nghiệp

TCVN Tiêu chuẩn Việt NamTHCS Trung học cơ sở

TTCN “Tiểu thủ Công nghiệp

UBND "Ủy bạn nhân dânVK Vi khuẩn

WHO

DANH MỤC BANG, BIẾU

Bảng 1.1 Thành phần và inh chất nước thi chăn nuôi lợ I2] 4 Bảng 1.2 Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu 13 Bảng 2.1 Thành phần hóa chất sử dụng trong môi trường nuôi cấy tao 7 Bang 2.2 Thông số nước thai chăn nuôi lợn 38 Bảng 23 Các mẫu nước thải được lẾy ti 5 hộ gia dinh tại xã Hà Ninh - huyện Hà

ung- tinh Thanh Hóa ” Bảng 24 Kết quả phân tích chất lượng nước thải lấy mẫu ở hộ gia đình Xã Hà Ninh-Huyện Hà Trung- Tỉnh Thanh Hóa 40Bảng 25 Day đường chun him lượng P 4 Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm xác định đường chun 0 Hình 2.9 Sơ đỗ. \ghiệm xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau bể biogas bằng vi tảo 52 Bang 2.7 Thing ké quy tình thực nghiệm 33 Bảng 2.8 Bảng thông số thí nghiệm về khảo sit sự phát triển của tio trong các điềukiện cường độ ánh sáng khác nhau s Bảng 2.9 Thông kế các thông số đầu vào theo các nồng độ dinh dưỡng khác nha 56 Bang 2.10 Thống kế các thông số đầu vào theo các tải trọng chất ô nhiễm khác nhau 37

Bang 2.11 Thống kê các thông số đầu vào với mật độ tảo khác nhau 59

Bang 3.1 Thông số đầu vio điều kiện ối ưu thực hiện chạy mồ hình theo mé 75 Bảng 3.2 Bảng QCVN MT-62: 2016/BTNMT Quy chuẩn quốc gia về nnước thải chăn nuôi 1

DANH MỤC HÌNH VE

Hình Trang trại chăn nuôi heo.

Tình 1.2 Khu đất tại chuồng chăn nuôi lợn

Hình 1.3 Nguồn nước bị 6 nhiễm do nước thải chăn nuôi lợn.Hình 1.4 Gay mùi khó chịu do nước thai chăn nuôi lợn.

Hình 1.9 Tỷ lệ phần trăm xử lý nước thải chân môi lợn tại xã Hà Ninh, huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa 2014 |2]

Hình 2.1 Qúa trình quang hợp và phat triển của tảo Spirulina Plantensis

Hinh 2.2 Lay mẫu nước thải

Hình 2.3 Lay mẫu nước tai cổng ra him biogas inh 2.4 Đồ thị đường chuẩn xác định him lượng P Hình 2.5 Đường chun xác định hàm lượng sitting Hình 2.6 Mô hình thí nghiệm 1

Hình 2.7 Mô hình thí ngi cường độ ánh sang 2000 - 3000 lumenHình 2.8 Mô hình thí nghiệm cường độ ánh sang 3000 - 4000 lumen

Hình 2.9 Mô hình 4 thí nghiệm nước thải trong giai đoạn xử lý ngày thứ 11Hình 2.10 Mô hình 4 thí nghiệm nước thải trong giai đoạn xử lý ngày thứ 10Hình 2.11 Mô hình 4thí nghiệm nước thải tong giai đoạn xử lý ngày thứ 8Hình 2.12 Mô hình thí nghiệm dot 6 ngày thứ 8

Hình 3,1 Đồ thị theo di biến thiên gid trị nhiệt độ trong mỗi trường muỗi cấy tio

Hình 3.2 Đỗ thị theo dõi biến thiên giá trị pH trong môi trường nuôi cấy tảo.

Hình 3.3 ĐỒ thị theo dõi ự phát triển mật độ tảo trong mỗi trường nui cấy tảo Hình 3.4 Đồ thị mỗi quan giữa mật độ tảo và ham lượng tảo trong môi trường

nuôi cấy tio

Hình 3.5 Đỗ thị mỗi trong quan giữa một độ tảo và hàm lượng chit dinh dưỡng trong trong môi trường nuôi cấy tảo 6 Hình 3.6 Đồ thị khảo sát giá trị pH theo cường độ ánh sáng 64 Hình 3.7 Đồ thi khảo sat giá tri nhiệt độ theo cường độ ánh sing 65 Hình 3.8 Đồ thị theo đõi giá trị khối lượng tảo theo cường độ ánh sáng 65 Hình 3.9 Đồ thị khảo sat giá tri mật độ tảo theo cường độ ánh sáng 66

Hình 3.10 Đồ thị hiệu quả xử lý him lượng NH,* theo nồng độ dinh dưỡng nước tht

lầu vào khác nhau 66 Hình 3.11 Đồ thị hiệu quả xử lý him lượng NO, theo nồng độ dinh du

đầu vào khác nhau 67lý nước thải

Hình 3.12 Đồ thị hiệu quả xử lý him lượng NO; theo nồng độ dinh dưỡng nước thải

đầu vào khác nhau 68 Hình 3.13 ĐỒ thị hiệu quả xử lý hàm lượng PO.” theo nồng độ dưỡng nước thải đầu Hình 3.18 Bd thị kết quả NO, của mật độ tảo khác nhau 13 Hình 3.19 Đỗ thị kết quả NO; của mật độ tảo khác nhau 73 Hình 3.20 Đỗ thị két quả PO." cia một độ tio khác nhau 1 Hình 3.21 Sơ đồ day chuyển công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn qua bể biogas Đằng tảo Spirulina 15 Hình 3.22 Đồ thị kết mỗi tương quan giữa mật độ tảo và ác thông số tong nước thải chăn nuôi sau khí xử lý T6

1.Tính cấp thiết của Đề tài:

Chan nuôi là một nghề truyền thống có tir lâu đời hiện nay dang được phát triển và

mỡ rộng nhằm đáp ứng nhủ cầu của xã hội và cho xuất khẩu Cùng với những mặt tích

nh cl

trường Tuy thành phần chất thải chan nuôi lợn không chứa các chất độc hại như chấtlăng trường, nị in nuôi lợn cũng đang gây ra những áp lục lên môi

thải công nghiệp nhưng chita một lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chit dinh dưỡng N, P, K và các sinh vật gây bệnh Các chất này nếu không được loại bỏ triệt để trước khi thải sẽ lan truyền trong môi trường, gây tác động rất lớn đến môi trường nước, không khi , đất và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của cộng đồng.

Hiện nay ở Việt Nam nước thảichăn nuôi lợn chủ yếu được xử lý bằng him phân hùyyếm khí( hằm biogas) sau quá trình này các thành phin gây ô nhiễm mỗi trường vẫn con ở mức rất cao Việc tiẾp te xử lý nước thải sau biogas trước khi thai ra mỗi trường là rt cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây 6 nhiễm, đặc biệt là chất hữu cơ, nơ và phốt pho Có rất nhiễu giải pháp kỹ thuật được triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy (heo quy mô.

Xuất phát từ vẫn để thực tế đó, em lựa chon nghiên cứu đề tải” Nghiên cứu ứng dụng tảo Spiruntina Platensis xứ lý mước thai chân nuôi lợn sau khỉ qua bé biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa

Plaensis đ xử lý nước thải 6 nhiễm hữu cơ là một giải pháp khá hợp lý do trong nước

Việc nghiên cứu tảo Spirulina

thải hàm lượng nơ và photpho là nguồn dinh đường rất tốt cho sự sinh trưởng và phát triển của to Bên cạnh đó, ỉ tảo Spirulina plarersis không những loại bồ hiệu quả các hợp chat của N, P mà còn có khả năng hap thu tốt các kim loại nặng độc bại có trong nước thải như s1g hiGu quả loại bỏ chúng từ 70% trở lên Việc xử lý nước bằng,vi tảo lam Spirulina platensis vừa có hiệu quả cao, vừa giảm chỉ phí thực hiện và“hông ảnh hưởng đến môi trường,

2 Mục đích của Đề tài:

Mặc tiêu chung

Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirunlina Platensis xử lý nước thải giàu định đưỡng nhưnước thải chấn nuôi lợn sau khi qua bé biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh“Thanh Hóa

Mue tiêu cụ thể

++ Nhối tio và khảo sắt các yu tổ ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo

+ Xée định cường độ ánh sáng tối ưu thích hợp cho sự phát triển của tảo thông qua 2

+ Xác định mật độ tio Spirulina platensis ti ưu thông qua 4 thí nghiệm:

+ Đưa ra đây chuyển công nghệ ứng dụng và chạy mô hình thực tế dựa các điều kiện tối ưu đã tìm được.

+ Đánh giá sơ bộ về lợi ích kinh tế, lợi ích môi trường của việc sử dụng tảo trong xử lý

ude thải chăn nuôi lợn

3,Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

"Nước thai chăn nuôi lợn xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa

4.Phwong pháp nghiên cứu

(1) Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sét thực địa và lấy mẫu nước thải tai khu vực nghiên cứu,

(2) Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập các thông tin và thi liệ liên quan đến

việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam và các nước trên thé giới

(3) Phương pháp kế thừa, phân tích số liệu

(4) Phương pháp thực nghiệm: Trong phòng thí nghiệm thực hiện phân tích các thông số đầu vào cia nước thải chăn nuôi lợn và áp đụng phương pháp sinh học sử dụng tảo spirulina platensis.

(5) Phương pháp mô hình vật lý

(6) Phương pháp so sánh: So sánh các thông số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước

thải chăn nuôi QCVN 62- MT: 2016/BTNMT.

HUONG 1: TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU

L.A Tổng quan chất thai hn nuôi lợn và thực trạng môi trường LILI Nguén gốc nước thải chăn nuối lợn

Nước thải chăn nuôi lợn fa nước thải do vệ sinh chuồng trại, máng ăn, mảng uỗng loại nước thải này gây 6 nhiễm nặng nhất vì nỗ có chúa các chất vô cơ, hữu cơ,khoáng c Nước thải chăn nuôi lợn là hỗn hợp của phân tươi và nước từ việc tắm rin lợn, vệ nh chuồng ti

Hình 1.1 Trang trai chin nuôi heo

“Thành phần nude thải ngoài thành phần hữu cơ, vô cơ, dinh đường thì vi khuẩn và vỉ rit rit nhiều mang mim méng bệnh long mồng, dich ti xanh, tiêu chảy Do đổ, cần phải có hệ thống xử lý nước thải muỗi lợn đễ trình ảnh hưởng tới môi trưởng và đặc biệt là cuộc sống của người dân xung quanh,

1.1.2 Thành phần va tinh chắt nước thải chăn nuôi lợn

trưng và có khá năng gây ô nhiễm.N,P và VSV Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất 4

môi trường cao do có chứa him lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lừng,

gây bệnh Nước thải chăn nuôi gồm nước phân, nước tiễu, nước rửa chudng tri, nước uống cho lợn nước phân chuồng rit giàu chất định dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân

bón, Trong Im! nước phân có khoảng: 56kg N nguyên chit; 0.lky P.O 12kg àu Kali

K,016] :Nước phân chuồng thường nghèo ln, gidu đạm va

Theo kết quả điều tra đánh gii hiện trang mỗi trường của Viện chăn môi (2006) ti các sơ sử chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn.

+ Cúc chất hữu cơ: hợp chit hữu cơ chiếm 70-80% bao gồm cellulose, proti, axit amin, chất béo, hidra carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thửa Các chất vô cơ chiếm 20-30% gém cất, đất mui ure, ammonium, mui chlorua, SO [1]

+N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn cổ chứa N và P thì chúng sẽ bà tết ra ngoài theo phân và nước tễu Trong nước thai chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rat cao, Hàm lượng N-tồn; 200 ~ 350 mg] trong đỏ N-NH: chiếm khoảng 80.90%; P tổng = 60-100me/l [1] + Vi sinh vật gay bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều lo vỉ tầng, virus và trứngấu rang giun sin gây bệnh.

Bảng 1.1 Thành phần và tinh chit nước thải chăn nuôi lợn (21

STr| ThôngSố | Bon vitinn | Giámj |CVN62MI2016BTNMT

Chit tht lòng trong chăn môi (nước bu vật nu nước tìm, nước rửa chuồng, về sinh dung cụ, ) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m` /năm (Nước thải nuôi lợn sau xử lý yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại B QCVN 62MT : 2016 / BTNMT ).

113 Ảnh hưởng của nước thải chân nuôi lợn đẫn mỗi trường và con người

1.1.3.1 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trưởng

"Nước thôi chăn nuôi lợn có nhiều thành phần và tải trọng 6 nhiễm cao vượt so với QCVN rất nhiều lần như ; BOD, COD, N, P, Nguồn nước thải có tới 80% hàm lượng chất hữu cơ cellulose, axitamin, là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất định dưỡng gidu nito, phốtpho, các chất khoáng, Bên cạnh đó nhiề loại vi khuẩn, vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh Việc nguồn nước thải chăn nuôi lợn chưa qua xử lý thải bỏ trực tiếp ra ngoài môi trường đã, dang và sẽ gây nhiều tác hại tới môi trường.

+ Ô nhiễm môi tưởng

Nước thai chăn nuôi chứa lượng lớn chất hữu co dé phân bủy sinh học, các chất đinh. dưỡng giảu nitơ, phốtpho Đây là nguồn phân bón giảu đỉnh dưỡng, nhưng khi bón trực tiếp vio dit quá mức cho phép, cây trồng không hấp thụ het, chúng sẽ tích t lại làm bão hỏa hay quá bão hỏa chất dinh dưỡng trong đất, gây mắt cân bằng sinh thái ly, giảm sin lượng cây rồng, đồng thoái hóa đt, gây các ác động như làm ch

11 kiện cho vi sinh vật ưa nitơ, phospho phát tiễn, hạn chế chủng loi vỉ

thời tạo,

sinh vật khác gây

Thêm vào đó, một số

trường hợp như ở các nước.

chăn nuôi công nghiệp,

thức ăn gia súc thường bổ.

sung chất kích thích tăng trưởng (thành phần chủ yếu là hợp chất đồng kẽm) Khi các chất này được thải

ra cùng phân vả nước tiểu.

gia súc, din dẫn ích tụ Tình 1.2 Khu đất ti chuồng chăn môi lợn

thành lượng lớn trong đất, anh hưởng đến cây trồng và cuối cùng trở lại tác động vào con người [3] Ngoài ra, trong phân tuoi gia súc chứa rt nhiều vỉ sinh vật gây bệnh,

chúng có thé sinh sối và phát triển, tổn tại rit lâu trong đất như Salmonella trong đất ở độ sâu S0 cm và tổn tại được 2 năm, trứng ký sinh trùng cũng khoảng 2 năm.

+O nhiễm mỗi trường nước

Việc thải bo trực tiếp nước thải chăn nuôi lợn chưa qua hệ thống xử lý nước thải gây anh hưởng tới nguồn nước mặt và lâu dài nguồn nước ngắm bị ô nhiễm Ham lượng chất hữu cơ, dinh dưỡng trong nước và thành phần khác khi thả bỏ ra môi trường nước sẽ làm suy giảm lượng oxy hòa tan Cơ chế tự làm sạch nhờ vi sinh vật hiểu khi, sắc vi sinh vật này sử dụng khí oxy để phân hủy cúc hợp chit hữu cơ từ phân và nước thải chan nuôi.

Với đt kin yyy L3 Nguồn nước bị nhiễm do nước tải chân môi lợn

thích hợp sự phát trign sinh sôi nhanh chóng là nỗi lo trực tiếp ô nhiễm nguồn nước, giấn tiếp ti sức khỏe con người Dặc biệt nghiêm trong hơn, nếu nước thải thấm xuống dit di vào mạch nước ngằm sẽ gây 6 nhiễm nước ngằm, nhất là các giếng mach nông gin chuồng nuôi lợn hay gin hé chứa chất thai không có hệ hồng thoát nước an toàn

+6 nhiễm môi trường không khi

Gây ra mùi khó chịu ảnh hưởng tới môi trường xung quanh là do quá trình phân hủy.

ky khí va hiểu khí chất thải chăn nuôi lợn (chi yếu là phân và nước tiểu) Các khí may

6 nồng độ khác nhau tùy thuộc vào môi trường bên ngoài, nhiệt độ, độ ẳm, bức xạ) cùng phương thức thu gom, lưu trữ, vận chuyển, xử lý chất thải.

Các khí phát ra chủ yu là NHI, CHạ HS, CO, có mùi đặc tng, Công với hướng

giỏ mùi khó chiu được đưa di xa làm 6 nhiễm mỗi trường xung quanh Bên cạnh đó, thủ hồi nguồn khí thải

giàu CHy để làm khí đốiat

thân thiện môtrường đốt

thân thiện môi trường và là nguồn nguyên liệu rẻ

tiên Tận dụng việc xây

hầm biogas để thu khí làm nhiên liệu đốt giảm sự 6nhiễm môi trường không

Hình 1.4 Gay mùi khó chịu do nước thải chân nuôi lợn

khí do phát tấn mùi

1.1.3.2:Tée động của nước thải chin mui lợn đến sức khỏe con người

Chit thải chăn mui tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiễu khía cạnh: gây 6 nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiễu căn bệnh vẻ hô hij tiêu hoá, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun Tổ chi y té thé

giới (WHO) đã cảnh báo: nu không có biện pháp thu gom và xử lý chất thai chin "uôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây 6 nhiễm môi trường nghiêm trọng

“Trong vài năm qua, chỉ có khoảng 10 bệnh nhân vào Viện Các bệnh truyền nhiễm và "Nhiệt đới Quốc gia Trong hai năm 2005 - 2006, có 72 trường hợp nhiễm S.suis nhập "Bệnh viện Bệnh nhiệt đối Thành phổ Hồ Chí Minh [1]

Nhung năm 2007 có tới hơn 48 ca (22 ca ở miễn Bắc, 20 ca ở miền Nam, 6 ca ở miền ‘Trung) được chin đoán bi bệnh liên céu lợn, có một số ca xé nghiệm xác định được tác nhân giy bệnh là Ssuis fp IL Có 3 ca ong số nảy đã từ vong

ệnh nhiệt đói Thành phố Hỗ Chí Minh cho thấy 58 bệnh nhân (81%) là nam“Theo một nghiên cứu của Bệnh viện

bệnh này có khuynh hướng xảy ra vào mùa hè nắng nón

giới [3] Phin lớn bệnh nhân là nông dân, 38% bệnh nhân có tiền sử tiếp xúc với lợn hay thịt lợn tuy nhiên chỉ có 6 bệnh nhân (8%) có tổn thương da nghỉ ngờ 69 bệnh: nhân (96%) biểu hiện bệnh cảnh viêm màng não như: sốt, nhức đầu, ói, cổ cứng, rồi loạn tri gilà những triệu chứng thường gặp 68% trường hợp viêm màng não mủ có

triệu chứng ù tai, die, Một bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết bị sốc do nhiễm độc tổ liên

Hình 1.5 Bénh nhân bị viêm cầu khuẩn Hình 1.6 Bệnh nhân bị tả

‘Vige kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cắp bách cần được các cắp quan lý, các nhà sin xuất và cộng đồng dân cư bit buộc quan tâm để: hạn chế 6 nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như không kìmấm sự phát triển của ngành.

1.2 Phương pháp xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và dinh đưỡng cao 1.2.1 Phương pháp cơ học

XMục dich là tách cặn ấn và phân ra khỏi hỗn hợp nước hải bing cách thu gom, ting cặn Có thé ding song chắn rác, bẻ lắng để loại bỏ cặn dé lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các công tình tiếp theo Him lượng cặn lơ ứng trong nước thải chăn môi khá lớn và dé king nên có th lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các công trình xử lý nước thải phía sau

Sau khi tích, nước thải được đưa sang các công trinh phía sau, còn phần chit rin được dem di ù đểmm phân bón.

1.3.2 Phương pháp hóa lý

Sau khi xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều cặn hữu cơ và vô cơ có kích thước

nhỏ, có thể dùng phường pháp keo tụ để loại bỏ chúng Theo nghiên cứu của Trương.

Thanh Cảnh (2001) với nước thai chân nuôi lợn: phương pháp cơ học và keo tụ có thétích được 80-90% hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi lợn [2| Tuy nhiênphương pháp này đồi hỏi chi phí cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi Ngoài ratuyển nổi cũng là một phương pháp để loại bỏ cặn trong nước thai chấn nuôi lợn, tuy

nhiên chi phí đầu tư và vận hành cao nên không phù hợp với các cơ sở chấn nuôi.1.2.3 Phương pháp hóa học

Dùng trong hệ thông xử lý nước thải chăn nuôi gồm có: trung hỏa, øzon hoặc phản.

{img phân hủy các hợp chất độc bại Cơ sở của phương pháp niy là các phần ứng hóa

học diễn ra giữa chất 6 nhiễm và hóa chất thêm vio, Phương pháp Ozon hóa là Ozon ác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chit hữu co, oxy hóa bằng ozon cho phép: đồithời khử màu, khử mùi, tiệt trù au quá tình ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozon còn oxy hóa các hợp chất Nito, Photpho [4] Do 46, ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín, tự động hóa.

1.3.4.Phương pháp sinh học

Sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vỉ sinh vật, tảo có ích để phân huỷ các.

chit hữu cơ và các thành phần 6 nhiễm trong nước thi Việc sử dụng các vi sinh vật và tảo vừa thân thiện môi tường Hiệu qua xử lý tương đối cao lê tơi 80-90% Các cquá tình xử lý sinh học chủ yếu gm bốn nhóm chính: quả trình hiểu khí, quá trinh trung gian thiếu khí, quá trình kj khí, qua trình kết hợp hiểu khí ~ trung gian anoxic — ki khí [8].

125 Mật số công nghệ xử lý nước thải chân nuôi

1.2.5.1 Xữ lý nước hãi chân mui lợn bằng phương pháp sinh học ky khí

'Vào những năm 19 quá trình phân hủy ky khí được ứng dụng rộng rãi trong xử lý bùnthải và phan, sau đó phương pháp nay được áp dụng cho xử lý nước thải nhờ có nhữngtru điểm sau [6]

— _ Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiểu khí

= Tho gian lưu bùn không phụ thuộc vào thời gian lưu nước Một lượng sinh

lớn được giữ lại trong bổ.

= Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy như quá trình xử lý hiểu khi).= Tyo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng (khí sinh học — Biogas).

— _ Hệ thống công trình xử lý đa dang: UASB, lọc ky khí, ky khí xáo trộn hoàn

toàn, ky khí tiếp xúc.

Bén cạnh các wu điểm trên, quá trình xử lý ky khí có một số nhược điểm sau:

= Nhay cảm với môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ kim loại nặng )

= Phat sinh mit

= Tốc độ phát triển sinh khối chậm.

"rong công nghệ ky khí cần lưu ÿ 2 yếu ổ quan trọng:

— _ Duy tì sinh khối cảng nhiều cảng tốt.

vi khuẩn

~_ _ Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thai và sinh khối

(Qué tình phân hủy ky khí các hợp chất hữu cơ là quá tình sinh hóa phúc tạp, bao gém hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phan ứng được xúc tác bởi những enzym đặc biệt [7]

Giai đoạn thủy phân: Nước thải chăn nuôi lợn có chứa nhiều polyme hữu cơ phức tap và không tan rong nước (protein, chất béo, carbon hydra, cellulose, lgin.) Trong giai đoạn thủy phân những polyme hữu cơ bị bẻ gãy bởi các enzym ngoại bảo do VSVthủy phân sinh ra để tạo thành, ác hợp chất hữu cơ đơn giản hơn Phản ứng thphân

sẽ chuyển hóa protein thành acid amin, carbon hydrat thành đường đơn và chất béo,

thành acid bữu cơ mạch dai và glyxerin Nhung phản ứng thủy phan cellulose vả các

chất hữu cơ phúc tạp thành các chất hữu cơ đơn giản xây ra chậm hơn rit nhiễu tong

giai đoạn I và các giải đoạn sau, yêu tổ này cũng sẽ hạn chế ky khí [8]

ốc độ quả trình phân hủy

“Tốc độ của quá tình thủy phân phụ thuộc vào ning độ chất nền, lượng vi khuẩn và các yếu tổ môi trường khác (ốc độ thủy phân xây ra ắt chậm khi nhiệt độ < 20'C).

Giai đoạn acid hóa: các hợp chất hữu cơ đơn gián từ quá trình thủy phân được các vi khuẩn acetogenic chuyển hóa thành acid acetic, H; và CO,

Gi mà acetate hộia Sản phẩm của quá trình acid hóa được tiếp tục chuyển hóathành nguyên li tực tếp cho quá tình methane hóa Trong sơ d 3.1 cho thấy 70%COD của nguồn được chuyển thành acid acti và 30%4COD côn ại đồng vai trồ Tà chất cho điện từ và được chuyển hóa thành CO; và H; [8]

Gi loạn methane hóa: là giai đoạn chậm nhất rong quá tỉnh xử lý yém khí Khí

methane hình thành từ phản ứng của acid acetic hoặc khí CO; và H; Quá tình này

cđược thực hiện bởi loại VK acetotrephic và hydrogenotraphic.

CH;COOH >CH,+CO;; 4H,+CO,CH, +H.

Vi sinh vật tạo methane từ hydro va carbonic (Indrogenotrophic) có tốc độ phát triển nhanh hơn nên đồng vai trỏ quyết định trong quá trình này Song song với quả trình

phân hủy các chất hữu cơ là quá trình tổng hợp tế bảo của tắt cả các nhóm vi sinh có

mặt trong quá trình xử lý [7]

Biện pháp xử lý ky khí cho chất lượng nước đầu ra còn chứa nhiều hợp chất có mùi hôi, vỉ vậy chúng chỉ được coi là một bước iễn xử lý trong hệ thông xử lý,

Các công trình ly khí có triển vọng áp dụng cho xử lý nước thải chăn nuối

~ Bê EGSB (Expanded Granular Slugde Bed)

1.2.5.2 Xie lý nước thai chan nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiễu khí Ci quá tình trong quả trình hiu Bhi

(Qua trình xử lý nước thai bằng phương pháp hikhí bao gồm 3 giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ

C.H,O,£O; —#2% y CO; +H,O + AH

~ Tổng hợp tế bào mới:

C\H\O,+ Os + NHy—22 16 hợp vi khuẩn (C2H;O,N}+CO, + HO - AH

= Phân hủy nội bảo:

CsH,0,N + 0, —#2—y SCO, + 2H;O + NH; + AH

Cie công trình hiếu khỉ có triễn vong dp dụng cho xử ý nước thải chấn nuôi

~ Xử lý nước thải chăn nui lợn bằng thuỷ sinh thực vật

->Xữ lý nước thải bằng tảo Tảo có Khả năng quang hợp, chúng cổ tốc độ sinh trưởng

nhanh, chịu được các thay đổi của mỗi trường, cổ khả nang phát triển trong nước thi,

có giá trị dinh đưỡng cao Do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này của tảo để:

chuyển đổi năng lượng mặt ri và chất dinh dưỡng trong nước thải thành năng lượng sinh khối tio, Thông thường người ta kết hợp việc XUNT với sản xuất và thu hoạch

tảo dé loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải,

Các yếu tổ cần thiết cho quá tình xử lý nước thải bằng tio

Dưỡng chit: Ammoni là nguồn đạm chính cho quá tình tổng hợp nên protein của tẾ bảo thông qua quá trình quang hop của tảo, Các nguyên tổ vỉ lượng ảnh hưởng đến sự phấttiển của to, tong tẾ bảo tảo ty lệ P: Mẹ: K là 15:1:065 8]

TĐộ sâu của to: độ sâu của táo được lựa chọn trên co sở tối ưu hóa khả năng sử đụng

ánh sáng trong quá trình quang hợp của tảo, độ sâu thưởng là 40 - 50em.

“Thời gian lưu chit thải trong ao: thường chọn lớn hơn 2-8 ngày [9]

+ Xử lý bằng thực vật thủy sinh có kích thước lớn: Thực vật thủy sinh kích thước lớn

số the sử đụng tong xử lý nước thải chủ lãm 3 nhôm

Nhóm nỗi: béo tắm (Lemna minor), bdo Nhật ban (Eichhornia crassipe9), loại này có thân, lá nỗi trên mặt nước, chỉ có pt 1a chim trong nước.

Nhóm nửa chim, nửa nổi: sậy (Pharagmites communis), lau (Cirpus lacustris) Loại này có bộ rễ cắm vào đất, bùn còn phn thân chìm trong nước, phần còn lại và lá ở phía trên Mực nước thích hợp của cây là >1,Sm.

Nhóm chim: rong xương cá (Potamogeton crispus), rong đuôi chó (Littorella

taniJira), thực vật loại này chim hẳn trong nước, rễ của chúng bám chặt vio bin đất còn thân và lá ngập trong nước [10]

Bảng 1.2 Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu

Loại Tên thông thường “Tên Khoa học Thuy sinh vật sống chìm _ | Hydnlla Hydrilla verieilaa

‘Water milfol Myriophyllum spicatumBiyxa Blyxa aubertit

Thuỷ sinh vật sống tôi | Lục bình Eichiornia crassipesnổi Bào tim Wolfia arrhiga

Bào tai tượng Pistia stratiores

Salvinia| Salvinta spp

Thuy sinh thực vật sống | Cattails Typha spp

nổi Bulrush ‘Scirpus spp

Sây Phmngmites communis

2B

1.3 Tảo Spirulina Platensis trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn

13,inh hình nghiên cứu tảo lam Spirulina Platensis

1.3.1.1 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spiruina trên thé

Tap đoàn hóa chất lớn của Nhật Bản ( DIC) đã bắt đầu tập trung nghiên cứu và thành

công trong việc nuôi tring tio Spirulina vào năm 1974 Ngày nay, tại Mỹ, Trung Quốc

và Thái Lan có 3 trại nuôi trồng của tập đoàn DIC đã musi trồng và sản xuất tảo Spirulina với sân lượng hàng năm lên đến 900 tin, Sau đồ, vào năm 1982, Earthrise đã số trang trại nuôi trồng tảo Spirulina đầu tiên ở Mỹ Đến bây giờ là trang trại nuôi tảo

Spirulina én nhất th

Năm 2000, tai Malaysia, Spirulina được sử dụng trong xử lý nước thai từ nhà máy sản

xuất dầu cọ Tại Thái Lan năm 2003, khả năng làm sạch nước thải ao nuôi tôm của

Spirulina cũng đã được chứng mình [12] Hiện nay việc áp dụng kỹ thuật ADN tái tổ

hợp và công nghệ gen để chuyển gen vào tảo Spirulina dang được tiễn hành ở Nhật

Bản nhằm tạo ra những chúng ng tảo có đặc tính mong muốn là một hướng dy triển vọng trong việc sử dụng tảo này trong xử lý một số loại nước thải Các nhà khoa học tại Mexico đã nghiên cứu sử dung Spirulina để loại bỏ NH,* và PO¿” trong nước thải chin nuôi lợn có hiệu quả Năm 2010, Spirulina cũng được các nhà khoa học Tây Ban Nha chúng minh có khả năng xử lý nước tht ô nhiễm nite và phốtpho một cách có hiệu quả [13]

Năm 2006, công trình nghiên cứu tại Trường Dai học Goana, Italia về khả năng của tảo lam Spirutina trong việc loại bo đồng trong nước thải công đã được công bổ, Nim 2007, Trường Đại học Iowa, Mỹ cũng đã công bổ khả năng hấp thụ thủy ngân của chủng Spirulina platensis Spirulina cũng được chứng minh có hiệu suất hip thụ cadim trong nước rất tốt [13] Đã có nhiễu công tinh ngh n cứu về khả năng sử dụng. tảo lam Spirulina loại bỏ một s6 kim loại nặng trong nước thải.

1.3.1.2.Tinh hình nghiên cứu tảo lam Spirulina tại Việt Nam

Từ cối những năm 1970, tảo Spirulina được sản xuất đại trà ở một số nước như Mỹ, Nhật Bán, Mehico Trung Quốc, An D9, Thái Lan, Dai Loan, Cuba và Việt Nam

nội từ Pháp năm 1972 Nó đã trở thành một đối ệ Sinh

© Việt Nam, tảo Spirulina được nbs

tượng nghiên cứu sinh lý, sinh hóa, tại Viện Sinh vật học (nay là Viện Cong ns

học) do cố Giáo sư Nguyễn Hữu Thước chủ ì Những nghiên cứu về tác động của ánh sing, nhiệt độ, pH đã cho phép diy nhanh quá tình thích ứng của tio này với iễm kiện khí hậu của Việt Nam

Một quy tình công nghệ tích chiết ắc tổ lam từ Spirulina để ứng dung cho bệnh nhân ung thư và tai, mũi, họng cũng đã được hoàn chỉnh Chế phẩm “Phycobleu” đã được.trường Đại học Y Hà Nội thử độc tính và ding thử nghiệm cho bệnh nhân tại Viện TaiMũi Họng Hà Nội.

Sinh khỏi của tio lam Spirulina ding để tách chiết các chất có hoạt tinh sinh học, có sid tị dịnh dưỡng làm thực phẩm chức năng cho người và động vit, nguồn phân bón sinh học và vai trò của nó trong xử lý môi trường cũng đã được đi sâu nghiên cứu Khả năng nuôi trồng tạp dưỡng, ảnh hưởng của một số nguồn cacbon hữu cơ (như glucose, fructose, galactose, saccarose, L-arginine, axetat nari) [1đjiên sự sinh trường của tảolam Spirulina platenss cũng như quang hợp va sinh trưởng của tảo này trong điều kiện thiểu no, phoApho và kali đều đã được nghiên cứu

(Che kết quả thú được cho thấy các điều kiện nêu trên đã ảnh hưởng rt rõ ột lên tốc độ cquang hợp, sinh trưởng cũng như hàm lượng sắc tổ của Spirulina platensis Các nguồn

phế thải hữu cơ như ri đường, nước thải ươm tơ, phế thải công nghiệp rượu bia cũng.

cđược thử nghiệm để nuôi sinh khổi tio này [I5] Hướng nghiên cứu này có triển vọngtắt to lớn vì vừa đảm bảo làm sạch mối trường vừa hạ gid thành sản phẩm, đồng thời rất có ý nghĩa về mặt sinh thấi mỗi trường Tắt nhiên vin dé kỹ thuật và công nghệ, hướng nghiên cứu này edn được tiếp tục nghiên cứu.

Sinh kkcủa tảo lam Spirulina không chỉ được nghiên cứu dùng để tách chiết cácchit có hoạt tính sinh học có giá tỉ dinh dưỡng làm thực phẩm chức năng cho con

người vả động vật mà vai trò quan trọng trong xử lý môi trưởng của tảo lam Spirulina

cũng được đi sâu nghiên cứu Tảo lam Spirulina đã được sử dụng trong xử lý nước that

agit amoni từ một số nguồn phân hóa học trong trồng trọt ở Việt Nam để giảm thiểu 6nhiễm môi trường và giảm giá thành sản phim từ Spiratina, Nera, các thử nghiệm.

1s

muối trồng tio này bằng nguồn nước thải ươm tơ tim, nước thải của nhà mấy phân đạm, nước thả từ him biogas đã được triển khai, ngay cả các nguồn phế thải hữu cơ

như rỉ đường „ phế thải công nghiệp, rượu bia cũng đã được thử nghiệm để nuôi trồng và thu sinh khối tio này [16] Nhiều cơ sở nuôi tring, sản xuất và chế bin các sản

phẩm từ tảo Spirulina” đã được thành lập với công nghệ nuôi tio trên các bé nông xây

bằng xi mang sử dụng khí CO; của công nghệ tạo nguồn cacbon, nguồn CO, rực tip lắy từ các nhà máy bia, cồn, rugu nén hóa lồng vào bình chứa Đồ là các cơ sở như Vinh Hảo (Binh Thuận), Châu Cát, Suối Nghệ (Đẳng Nai), Đắc Min (Đắc Lie)

Trước thực trang ô nhiễm môi trường ở Việt Nam nói chung và đặc biệt mỗi trường nước thải sinh hoạt ở các đô thị lớn nói riêng đang bị ô nhiễm ở mức đáng báo động, việc sử dụng vi tio lam Spirulina để xử lý môi trường là hoàn toàn có thể áp dung

được, có tính khả thi cao và có ý nghĩa cả vé khoa học và thực iễn

1.3.3 Đặc diém sinh học của tảo Spirulina Platensis

1.3.2.1 Phân loại ảo

Loại Spirulina có nhiều loài (35 loài) đã được phát hiện, hai loài có nguồn gốc châu

Phi và Nam Mỹ là: S geitleri (S maxima) và S platensis được nghiên cứu đầu tiên,nhỉnhất Ở nước ta đã thấy 10 loài Spirulina, [9] Các loài Spirulina tiên

nhiên trong ao, hỗ, ruộng lúa, sông ngòi, đơn độc hay kết thành đám trên mặt nước “Trong cách phân loại, đặt tên khoa học thường các đặc tính quan trọng nhất về hình

thái, kiểu dinh dưỡng, tế bào học và cấu trúc gen di truyén được biểu đạt ngắn gon nhất Tên Spirulina do gốc từ Ltinh và Anh ngữ “Spiral” có nghĩa là “xoẩn”, do tảo này có dang tiêu biểu nhất là sợi xoắn ốc, nên còn gọi là ảo xoắn, hay tạo dang xoắn Trong cách phân loại mới hiện nay tảo Spirulina được Xếp vào ngành vi khuẩn (Bacteriophyta), trên cáctình tảo khác, thay cho xếp chung vào ngành tio như cũ, lý do của sự thay đổi hợp lý này là các nghiên cứu (những năm 1970 — 1980), thay các tảo lam có nhiều đặc điểm chung với vi khuẩn như: nhân chưa hoàn chính tiễn nhân), nhân chưa có ming, không có ty thể và lục lạp Tên mới din thông dụng củaSpirulina là vì khuẩn lục lam Spirulina,

Do đặc điểm có thể di động được trong môi trường nước, Spirulina còn được gọi làphiêu sinh vật (Spirulina plankton ~ thực vật trôi nỗi, phiêu sinh) Tên gọi mô tả này nhằm phân biệt với động vật phiêu sinh, di động thực sự với cơ quan chuyên biệt mao của vi khuẩn, vây của cá.

1.3.2.2 Hình dang và cầu tạo

Spirulina là một loi tao lam da bảo dạng sợi xoắn kiễu lò xo với các vòng xoắn khá

cđều nhau, nhưng ở cuối 2 đầu sợi lại thường hẹp và mút lại Nhưng tùy thuộc vào chu

kỷ sinh dưỡng và phát rién mà hình dạng có thé xoắn kiểu chữ C, S Các dang này có

chiễu dài khác nhau , ngay trong một dạng chiều dài mỗi sợ cũng khác nhau Ví dụ sợi tốn song có thé cong từ 5-7 nếp gấp, cũng có thé lên đến 27 nếp gắp Dưỡng kính của tẾ bào từ 1-12 mieromet, chiều dài tế bào có thé dầi 10 mieromet và chigu dài chuỗi

có thé 110 micromet [14] Các sợi tảo có tinh di động trượt đọc trục của chúng.

1.3.2.3 Chu kỹ sinh sản

Hình thức sinh sản của tảo Spirulina : sinh sản vô tính ( từ 1 tế bào mẹ trưởng thành )‘Tir một sợi tảo mẹ, hình thành. nha đoạn Necridia( gồm những tế bào ch biệt cho sự sinh sản ) Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách.rời tạo các hormogonia ( hình thức tảo đoạn).

“Trong sự phát trién dần din phần diu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormogonia trở nên tròn

nhưng vách tế bào vẫn có chiều diy không thay đổi Các hormogonia phát triển „trường thành và chu kỳ sinh san được lặp di lp lại một cách ngẫu nhiên, tạo nén vòng đời của tảo 6] Trong thời kỳ sinh sản tảo Spirulina nhạt màu í sắc tổ xanh hơn bình thường, Vòng đồi tao đơn giản và tương đổi ngắn Trong điều kiện tối ưu (mui trong iệm ) vòng đời khoảng 1 ngày Ở điều kiện tự nhiên là khoảng 3- 5 ngày.

1.3.2.4 Chu ky sinh trưởng của tảo

Sự sinh trưởng của tảo được diễn tả bằng sự phân chí tế bio, Với chế độ dinh dưỡng thích hợp và điều kiện sin lý học thuận lợi, quá tình sinh trưởng của tảo ri qua ít nhất các pha sau [14]

17

Pha chậm: Sự vô hiệu hóa các enzim, sự giảm tốc độ trao đổi chịcủa tảo giống, t

bảo gia tăng kích thước do tăng các thành phần mới nhưng không có sự phân chia, su tổ khi

một số th các té bào tì cần cho qua tình cổ địnhfh tần được tạo ra do et cacbon, hoi động của các độ tổ nào đồ có mặt rong môi trường, hy do cấy tảo vào môi trường có chứa một vài chất có nằng độ quá cao.

Pha tăng trường: là giải đoạn mà tế bào phân chia rt nhanh và liên tục Tốc độ tăng trường trong giai đoạn này tùy thuộc vào kích thước tế bảo, cường độ ánh sáng, nhiệt

Pha tăng trưởng chậm: Khi có một vài nhân tổ xuất hiện như: sự giảm sút của yếu tổ dinh đưỡng nào đó, tỷ lệ cung cấp oxi và cacbonic, sự thay đối pH, sự hạn chế ánh sáng, sự xuất hiện các yếu 16 ngăn cản sự phân chia các tế bào do một chất độc nào đó thì quá trình sinh trướng của tảo bị ức chế, đây là giai đoạn đầu của pha tăng trưởng chậm, Tuy nhiên, pha này diễn ra rất nhanh với sự cân bằng được tạo ra giữa tốc độ tăng trưởng và các nhân tổ giới hạn, nó được xem là pha quân bình.

Pha suy tin: khi các chất nh dưỡng trở nÊn can kiệt không đủ cung cấp cho sự sinh trưởng và trao đổi chất đến mức trở nên độc hại ảo sẽ bị suy tần gọi là pha chết

1.3.3.Cée yếu t môi trường trong bé nuôi tảo 13.3.1 Ảnh sáng

Cũng như các loài thực vật khác, tảo tổng hợp cacbon vô cơ thành các vật chất hữu cơ

nhờ quá trình quang hợp do đó ánh sing đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

Cường độ ánh sáng cần thiết cho nuôi cấy tảo thay đổi tay theo mật độ tảo, độ sâu

nước nuôi, dụng cụ nuôi cấy Quá tnih quang hợp của tảo sẽ gia tăng khi cường độ

bức xạ mặt tri gia ting và sẽ giảm khi cường độ bức xạ mặt tri giảm [17] Ở điều

Xiện phòng thí nghiệm, ánh sing được xác định cho sự phát triển của tảo Spirulina là 150-200 pmol/m’/s, Năng lượng nào mà tảo hấp thu được chuyển hóa từ dạng cacbon vô cơ (khí COs, độ kiểm HCO, thành dạng cacbon hữu cơ ở dạng đơn giản nhất làđường đơn qua quá trình quang hợp Cường độ ánh sáng thích hợp khi nuôi trong bình thủy tinh dung tích nhỏ khoảng 1000lux, với bỄ nuôi lớn cường độ ánh sáng à

5.000-10,000 lux [18]

1.3.3.2 Nhiệt độ

Mỗi loài tảo cin nuôi ở một khoảng nhiệt độ thích hợp, ngoài ngưỡng nhiệt độ tảo sẽ

không phát triển và có thể bị chết Tuy nhiên, tảo Spirulina platensis có thé nuôi trong

26C vị

năm mức nhiệt độ khác nhau là 26-34°C, ở mức nhiệt đ mật độ nuôi cấy ban đầu 5,000 ế bào/ml, nuôi trong môi trường Zarouk (Godia el al, 2002) thi sau 25 ngày muôi cấy tảo có thể đạt mật độ ôi da 2.508.148 ế bào/ml [19] Nuôi tảo trong phòng sẽ dễ dàng không chế được nhiệt độ trong khi nuôi ngoài trời thời sit thay đổi bat thường nên không khống chế được nhiệt độ.

1333 pH

Mặc dù có một số loài tảo có khả năng chịu được phạm vi rất rộng (pH 6-11) [18] Tuy nhiên, pham vi pH thích hợp cho sự phát tiển của hầu hết các loài táo là 7-9, i ma là

giàu Bicutbonic và độ iềm cao (độ pH từ 5-11) (Zanonk, 1966), Spirulina pltenss 8,7 Đối với Spirulina platensis có thé sống và phát triển nhanh trong môi trường,

có thể sống trong 4 mức pH khác nhau từ 4 — 10, ở mức pH = 8 với mật độ nuôi cấy

ban đầu là 5.000 tế bio/ml trong mỗi trường Zarouk (Godia el al, 2002) thì saw 15

ngày nuôi cấy tio có thể dat mật độ tối da là 458.642 tế bào/ml [19] Spirulina platensis có thể thích nghi với môi trường thay đổi pH, tuy nhiên sự thay đổi này xảy ra đột ngột sẽ din đến sự phá hùy tế bảo, điều này xây ra đối với mỗi trường có dung dich đệm không tốc Sự hip thu ion NO; sẽ dồn đến sự tăng pH của môi trường và ngược lại sự hip thu NH," sẽ làm giảm pH (Oh ~ Hama, 1986) pH có thé khống chế trong phạm vi thích hợp bằng cách sục khí hay bổ sung Ca(HCO,); [20] Trong quá trình nuôi cấy mật độ tảo càng cao sự thay đổi pH trong ngày càng lớn, thấp nhất vào sing sớm và cao nhất vào lúc xế chiều.

Ngoài các yếu tổ trên sục khí cũng có vai trỏ quan trọng giúp tảo lơ lửng trong nước tránh lắng xuống đáy, làm tảo có cơ hộ tiếp xúc đều với ánh sáng và chit dinh dưỡng ‘Dong thời, sục khí hạn chế sự phân ting nhiệt độ, sự kết tha của kim loại cũng như sự

g xuống đầy của các kim loại nặng 1.3.34 Dinh dưỡng

a, Dam

Nitrogen được tảo sử dụng dé tạo ra các amino acid, acid nucleic, chlorophyll và cáchp chit hữu eo chứa no khác Nito chiếm 1-10% trong lượng khô của bào tio [4] Niưat được sử dụng nhưng với nỗng độ rất thấp Các muối ammonium cũng được tảo sử dụng tong thai gian dài như NH” nhưng nồng độ phải thắp hơn 100 mg/l trong: khi NOy được tảo sử dụng chính [2I] Việc bổ sung ammonium vào tế bào tảo khi dang hip thu nitrate thì ngay lập tức sẽ hạn chế hoàn toàn quá tình này TẾ bào Spirulina platenss tăng trường tắt nhất khi him lượng ure bổ sung vào môi trường Ấy là 500 mg/l với cường độ ánh sáng là 5600 lux Sự thay đổi quá trình trao đổi chit kết hợp với tốc độ phát tiển của tổ bào giảm dưới điều kiện thiếu nitrogen (Oh hama, 1986) [20] Nguồn nitrogen cung cấp không những ảnh hưởng đến quá trình hít tiển của tio mà nó còn ảnh hưởng đến thành phần sinh hóa của ế bào tio.

Lân là một tong những nhân tổ chính trong thành phẫn của tio Lan có vá trò chínhtrong da số các quá trình xảy ra wong tế bào đặc bit là quá trình chuyển hóa năng 16 giới hạn sinh lượng và tổng hợp acid nucleic Giống như đạm, lần cũng là

trưởng của tảo Tảo sử dụng chủ yếu là phốt pho vô cơ Phốt pho hữu cơ thường được

thủy phân bởi các enzim ngoại bảo như phosphoesterase, phosphatase dé chuyển sang

dạng phốt pho vô cơ dễ iêu 22] Việc hip th lân ở tảo được kích thích bởi ánh sáng Lân thường tồn tại ở hai dạng phosphat hữu cơ (DIP) hoặc phospho vô cơ hòa tan

(DOP) Hầu hết phospho hòa tan là DOP Dip thưởng ở dạng Orthophosphat (PO, `) và

một ít Monophosphat (HPO,È) và Dihydrogen Orthophosphat (H;PO, ) Tảo chỉ có thể sir dụng phosphat hữu cơ hòa tan, Khi mỗi trường thiếu phosphat hữu cơ hòa tan, tảo có thể tiết ra enzym alkaline phosphatase, đây là một loại enzym ngoại bào có khả năng giải phóng phosphat trong phạm vi chất hữu cơ [23] Hơn nữa, khi hàm lượng phosphat hữu cơ hòa tan biển động trong khoảng thời gian ngắn th ảo có thể hấp thu ‘va dự trữ phosphat trong tế bào.

© Kali

+ Kali thười 1g có nồng độ cao trong nước thiên nhiên Ý nghĩa Kali trong đời sống thủy sinh vật rất lớn: Kali xúc tiến quá tình quang hợp bằng cách thúc dy quá tình vận chuyển glucid từ phiến lá vào các cơ quan khác Khi thiểu Kali sự hình thành các

++ Natri: lon Nat phổ biến rộng rãi rong nước thiên nhiên và mức độ phổ biển wong ết cao năng bị chậm lại và hàm lượng phospho trong các acid nucleotie bị giảm.[

sắc cation chiếm vị tí hàng div, Trong nước ngọt chiếm khoảng 5-15%, trong thành phần co thé của thủy sinh vật chiếm khoảng 0.5-1% trọng lượng cơ thể chúng.

++ Magie: Mg" rất quan trong đối với thực vật vi nó có cầu từ rung tâm của điệp lục tổ Thiếu Mgˆ" thực vật không tạo được digp lục tổ nên không quang hợp được chất ân thiết fin H

hữu cơ Mg” rấ ết cho việc hấp thu và di chuyển lân [21]Mg* cũng trong thức ăn của enzyme

+Ca”": Là sản phẩm của quá trình phân hóa đất đá, đặc biệt là quá trình rửa đá vôi, dolomit và thạch cao lon Ca” thường kết hợp với ion CO,Ÿ, HCO;, §O/Ÿ: dạng HCO; dễ chuyển hóa thành CaCO, và phóng thích CO; cho quá trình quang hợp của thực vật phù du trong nước Ca làm cho nước bớt chua, im tang độ hòa tan, đồng hóa các chất dinh đưỡng khác như đạm phospho, tạo sự quân bình giữa các mỗi dinh cđưỡng trong nước, giáp cho vi sinh vật hoạt động tốt hơn, cung cấp Ca cho thực vật 3e: Sắt là một trong những nhân tổ rit cin thiết cho đồi sống thủy sinh vật mặc dù nh cầu về nó không lớn lắm Chất digp lục cây xanh không thé tạo thành được nếu không có sit, mặc dit trong thành phần điệp lục không có sắt Him lượng sắt trong nước ngọt cao hơn trong nước biển đến hàng chục ppm Hàm lượng các muối sắt hòa. tan ti lệ nghịch với pH (pH càng cao muối hòa tan của sắt căng thấp), do đó khi quá trình quang hợp của thực vật phù du trong ao xây ra mạng làm pH của nước tăng các muối hòa tan sắt hầu như hết hản [14]

++Mangan: Ở him lượng thấp (0.001-0.002ppm) có tác dụng kích thích sự tăng trườngcủa thực vật, hàm lượng Mn thích hợp cho tảo là 0 002 ppm) [14]

+Cu”: cũng là nguyên tổ vi lượng cin cho thực vật phát triển TiẾp xúc với lượng

đẳng cao sẽ ức chế thực vật phát trién hoặc giết chết thực vật do phá hủy chức năng

của tế bảo đảm nhận các quá tinh quang hợp, hô hấp, tổng hợp chlorophyll và phân chia tế bào của thực vật [22]

++ Zn": fa thành phần cấu tạo carbonicanhydrase (x tác phân ứng hydrase hóa), làm,tăng khả năng vận chuyển oxy.

a

1.3.4, Các phương pháp nuôi tảo

“Có 3 phương pháp nudi tảo nuôi cấy iên tục, nuôi cấy theo mẻ, nuôi bán hiên tục [18]

hôi theo mẻ: Nuôi tio trong các bé nuôi có môi trường đỉnh dưỡng , sau một vài ngày

khi mật độ tảo lên đến cực đại hoặc gin cực đại thì thu hoạch Đây la phương pháp khá phổ biến được áp dụng nhiều nơi vì nó đơn giản, thuận tiện , có thể xử lý khi môi trường nuôi gặp sự cổ.

Nuôi bán liên tục: Phương pháp này nhằm mục đích kéo dai thời gian nuôi bằng cách

thu hoạch táo từng phần Sau ki thụ hoạch tì cấp thêm nước và môi trường dindưỡng để cho tảo tp tục phát triển Thông thường thì mui bán liên tục không tính được thời gian nuôi kéo dài bao lâu vì còn phụ thuộc vào chất lượng nước và các loài động vật dữ sử dụng làm thức ăn hoặc cạnh tranh không gian sống.

Nuôi liên tục: Là phương pháp nuôi tương đối hiện đại, giá thành cao và đòi hỏi quy trình nuôi chặt chẽ Nguyên tắc nud là ign tue dẫn tảo đến b nuôi âu trùng đồng thôi cấp nước có môi trường dinh dưỡng cắp phải bằng nhau Nuôi theo phương pháp này số thể kéo đài thời gian nuối 2 3 thắng.

1.3.5 Cúc cơ chế xử lý mước thải của tảo Spirulina Platensis 1.3.5.1 Hệ v sinh vật trong nước thi

'VSV là những sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bể, TẾ bào của chúng không thể

nhìn thấy được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiễn vi với độ phóng đại ừ 400 đến 1000 lần [2S]

“rong nhiều trường hợp, mỗi loi nước thải có một khu hệ vi sin vật đặc trưng, Nước thải sinh hoạt chứa phân, nước rửa, tắm giặt, thức ăn thừa chứa rắt nhiều vi khuẩn ,

trung bình từ vài triệu đến vai chục triệu cá thể trong Iml Trong đó chủ yếu là:

- Vi khuẩn gây thối như Pseudomonas fluorescens, P aeruginosa, Proteur vulgaris,Bac.cereur, Bac.subtilis, Enterobacter cloacae [36]

- Đại điện của các nhóm khác như vi khuẩn phân giải đường, tinh bột, cellulose, urea.

“Các vi khuẩn thuộc nhóm Corliform, là vi sinh vật chỉ thị cho mức độ 6 nhiễn phân

trong nước ở mức độ cao, có thé dao động từ vải nghin đến vài trim nghìn cá thé tong

Im nước thải

“Trong nước thải giàu chất hữu co, các vi khuẩn có dạng hình dng giữ vai trỏ rất quan trọng, trước hết phải kế đến một đại diện là vi khuẩn Sphaerotius natans, thường hay bị nhằm là "nắm nước thải" 26] Nó phủ lên mặt đầy của ving nước cực bin một lớp khổi tế bảo day đặc, bằng mắt thường cũng có thé quan sát được, Trên sông nó tạo,thành các sợi và các búi Khi bị đứt ra sẽ ti nỗi day trên mặt nước Bon nảy thường, phất tién mạnh ở vũng nước có di ony Ngoài việc xuất hiện ở nước thải sinh boat Sphaerotilus natans thường được thấy có trong nước thải của các nhà mấy

cellulose và thực phẩm,

Do sự phát triển mạnh của Sphaerotilus, oxygen bị tiêu thụ nhiễu Khi một lượng lớn Sphaerorilus natans tích tụ ở những ving nước lặn sẽ xuất hiện tỉnh trạng bio động về oxy Nó sẽ nhanh chóng làm cho oxy trong nước biến mắt hoàn toàn Cuối cùng rồi ä khối Sphaerotilus natans cũng chết vi bị thi ria, H;S sẽ xuất hiện cũng một lúc với một số chất khác Trong mỗi trường lúc này khí HS được tạo thành còn

đo quá trình phản ứng sulfate hoá của vi khuẩn phản sulfate như Desufovibri

Bên cạnh vi khuẩn, trong nước thải giàu chất hữu cơ cũng có chứa nhiều loại nắm men Có thể dao động từ vài ngin đến vài chục ngân t bào nắm men trong Il Phổ biến nhất là đại điện của Saccharomyces; kế là Candida, Cryptococcus, Rhodotorula (27)

“rong nước thai sinh hoạt cũng chứa nhiều bio từ sợi nắm mốc Nắm mốc tiêu biểu

1a Leptomitus laclews, Fusarium aquaeducteum Giống như Sphaerolilus natans, ở

những nơi 6 nhiễm mạnh (như nhiễm dịch kiềm fulite cia công nghiệp chế biển gỗ), eáee giống nim này phát triển rộ lên và tạo thành những đám nắm đáng sợ:Một số nước thải cũng phit hiện nhiều vi khuẩn phản nitrat hod như Thiobacilusdenitrificans, Micrococcus denitrificans; vi khuẩn sinh methane (CHỊ) Trong nước thải chứa đầu, người ta cũng tìm thấy các vì khuẩn phân giải hydrocarbon

2B

như Pseudomonas, Nocardia Trong nước thải có thé còn có một tập hợp khá đồngđúc các loài tảo (Alage), gồm Khoảng 15,000 loài Chúng thuộc Tảosilic(Bacillariophyta), Tảo lục (Chlorophyta), Tảo giáp (Pyrrophyta) [2T] [28]

Ngoài vi khuẩn, trong nước thải còn có nhiều loại nấm, nhất là nấm men như:

Saccharomyces, Candia, Cryptococcus, Rhodotorula, Leptomitus lacteus, Fusarium

daquaeductewm Trong đồ, nắm Leptomitus lacteus có Khả năng phát triển thành khối nhầy cùng vì khuẩn Sphaerptilus natans rong 90-120 phút và có thể bịt kín hoàn toàn sắc song chắn rác làm cản trở đồng chảy sây phién hà trong việc thải nước [27] Leptomitus lacteus có thể sống xung quanh năm ở sông hỗ và phát triển mạnh vào mùađông,

1.3.5.2 Cơ chế làm sạch nước bing vi sinh vật

“Các quá tình vật lý, hóa học như sự sa lắng va sự oxy hồa giữ vai trd quan trọng trong

quá trình lầm sạch nước thải Tuy nhiên, đóng vai trỏ quyết định tong làm sạch nước

thải vẫn là các quá trình sinh học Tại chỗ nước thải đổ ra, thường tụ tập các loại chim, cá Chúng sử dụng các phế thải từ đỗ ăn và rác làm thức an Tiếp sau đó là các động vật bộc thấp như ấu tring của côn tring, gi và nguyên sinh động vật Chứng sử dụng các hạt thức ăn cực nhỏ làm nguồn dình dưỡng Song cin phải nhấn mạnh vai rồi quyết định của các VSV trong quá tình làm sạch nước thải Cơ chế của quá tình làm

sạch nước thải đo các VSV bao gồm ba giai đoạn sau:

ìo VSV,

+ Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với

+ Quá tình khuếch tấn và hắp thy các chất ô nhiễm nước qua màng bán thắm vào é bào VSV.

các chit 6 nhiễm trong nội bio để sinh ra năng lượng và tổng hợp vật

liệu mới cho tế bào VSY.

Ca ba gai đoạn này có mỗi iên quan rất chặt chế với nhau làm ndng độ các chất sây 6 nhiễm trong nước giảm dẫn

Theo phương thức đình dưỡng, các VSV được chia làm hai nhóm chính [29]

+ Nhóm VSV tự dưỡng: Nhóm VSV này có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO; làm nguồn cacbon cho quá tình sinh tổng hợp Trong nhóm này có các vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh.

+ Nhóm V§V dị đưỡng: Nhóm VSV này sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn eacbon inh đưỡng và nguồn năng lượng để sinh trưởng, xây dựng tế bào và phát tiễn Các VSV dị dưỡng có thể chia thành ba nhóm nhỏ dựa theo hoạt động sống cia chúng đối với nhu cầu oxy:

+ Nhóm VSV hiểu khí: là nhóm VSV cin oxy để sống, giống như quá trình hô hap ở động vật bậc cao Sự phân hủy các chit hữu cơ ở điều kiện hiểu khí th hiện ở phản

+ Nhóm VSV ky khí là nhóm VSV có thể sống và hoại động ở điều kiện ky khí(không cin có oxy của không kh Các VSV này có khả năng sử dung oxy trong những hợp chất nitrat, sunfat để oxy hóa các chất hữu cơ, Sự phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kj khí được thể hiện ở các phân ứng saul27Ì

Chất hữu cơ + NO; + SO,” VSV ki khí „ CO; + H;O +CH, + Ny + H;§ + NH + anit hữu cơ + sinh khối VSV + năng lượng

+ VSV tay nghỉ hay còn gọi là V§V ky khí ty tiện: Nhóm VSV này có thể sinhtrường trong điều kiện có hoặc Không có oxy Chúng luôn có mặt trong nước thi[Nang lượng được giải phóng ngoài một phần thoát ra ở dạng nhiệt, phin cồn li được sử dụng cho vige sinh tng hợp hình thành tế bao mới.

“Trong số các nhóm VSV làm sạch nước thải, vi khuẩn có số lượng nhiễu nhất và cũng đồng vai trò quan trọng nhất, Ngoài ra, cũng có các nhôm VSV khác như nắm men, nắm mốc, xạ khuẩn nhưng số lượng it hơn vi khuẩn Những nhóm này là các V§V di dưỡng hiểu khí Nhiề loi nắm, kể cả nắm độc có khả năng phân hủy xenlulo2o, hemixenlulozo va đặc bigt là lignin Tuy nhiên, vai trd của nắm, kể cả nắm mốc, nắm men, cũng như xạ khuẩn trong quá trình xử lý nước thải không quan trong bằng vikhuẩn,

1.3.5.3 Khả năng xử lý nước bằng vi tảo,

25

“Tảo là thực vật bậc thấp, sống theo kiểu quang tự dưỡng, di dưỡng hoặc tạp dưỡng Có loại tảo có cấu trúc đơn bảo, có loại mọc nhánh đài Chúng là thực vật phù đa, có thểtồi nổi ở trong nước hay móc vào các giá đỡ (oi

50.000 loài tảo trên thể giới thì vi tảo chiếm đến 2/3 Nhiễu loi

thực vật khác) Trong số khoảng,tảo, như ví táo còn được xếp vào nhóm VSV, tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam Tảo phát triển Jam nước có màu sic, thực chất là màu sắc của tảo (tảo lam Anabaena cylindrica làm

cho nước có màu xanh lam, Oscilatoria rubecens làm cho nước ngà màu hồng, các

loài khué tii Melorisa, Navicula làm cho nước có mau ving nâu ) [7]

Trong nước thải gid nguồn N va P la điễu kiện tốt nhất cho tảo phát triển Nguồn CO, có thể do VSV hoạt động thải ra trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo thành và củng cấp cho tảo hoặc từ không khí

Cor sở sinh học của việc sử dụng một số loài tảo để xử lý nước thải là dựa vio đặc tínhsinh trưởng tự nhiên của chúng Tảo sử dung CO; hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon

và nguồn nơ, phốt pho vô cơ để cầu tạo tế bào đưới tác dung của năng lượng ánh

sáng mặt trời, đồng thời thải ra khí oxy, Qúa trình quang hợp của táo được biểu diễnnhư sau:

CO; + NH,’ + PO,* > TẾ bào tảo mới (tang sing khối) +

Các khí oxy phân từ sink ra im giu thêm him lượng oxy hòa tan trong nước, tạo điều Xiện thuận lợi giúp vi khuẩn hiểu khí phát triển và thúc đẩy các phản ứng oxy hóa — khử tong quá tình phân hủy hiểu khí các chất hữu cơ xây ra nhanh hơn.

Vai trd chính của tảo và thực tập thủy sinh là khử nguồn amonium hoặc nitat, cùng nguồn photphat có trong nước Việc làm giảm các chất hữu cơ ö nhiễm trong nước chủ yếu là nhờ một số loại vi khuẩn, tảo và thục vật khác chỉ sinh oxy và có rễ để vi

khuẩn bám vào, cùng tần lá che chin làm giảm tác động của ánh sáng mặt trời giúp vikhuẩn khỏi chi và tạo đi kiện cho chúng hoại động tốt hơn.

Các loài vi tảo có thể làm thức ăn tự nhiên rong nuôi trồng thủy sản Một sé loài tảo

có khả năng phát tiễn rên một số loại nước thải đồng vai trỏ quan trọng trong quátình lầm sạch nước thi Cũng với các VSV khác, vi tảo giữ vai tò như may lọc sinh học tự akin, trụ tếp hip thụ tắt cả những sin phẩm thừa, sin phẩm su cũng của phân hủy hữu cơ và chuyển hóa ching sang dang ít độc hại hơn hoặc phân giải chúng

thành những vật chất khác đơn giản và vô hại Những loài tảo và vi khuẩn lam nước

hi ngọt được sử dung phổ biển trong qué tinh xử lý nước thải chủ yếu thuộc c

Chlorella, Spirulina, Seenedesomus 7[Tl nhiều năm qua đã có nhiều nghiên cứu«quan trong trong và ngoài nước vé việc ứng dụng các loài tảo tong xử lý nước 6

Mặc dù phương pháp sinh học sử dụng thực vật thủy sinh hay vật liệu sinh học vẫn có khả năng hip thu kim loại thành công, nhưng hiệu quả khi sử dung vỉ tảo là vượt trội hơn so với những nguyên liệu khác, Một số tu thể đặc biệt khi sử dụng vỉ tảo so với tắt cả các phương pháp khác:

Nhiễu loại vi tio có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độ kim loại năng ích lũy bên trong các cấu trúc tễ bào của chúng có thé cao gắp hàng nghĩn lẫn nồng độ trong tự nhiên Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vỉ tảo vô cùng lớn làm ‘cho chúng rất hiệu quả trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước, Sự hp tha sinh học các on kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tia hóa học ở dạng thích nghĩ với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phương pháp trao đổi

à dả

ion thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chit rn lơ lửng, các chất hữu cơ, và sự hiện diện của các kim loại khác [30]

C6 khả năng xử lý với một thể tích lớn nước thải với tốc độ nhanh.

'Có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử lý sinh học có thể chỉ còn thấp hơn 1 ppm trong nhiễu trường hợp.

Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chit đắt iễn, dB vận hành, phù hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thp (chỉ bằng khoảng 1/10 giá thành ccủa phương pháp trao đổi ion).

“Trong hoạt động quang hợp của mình vi tio còn thu nhận một lượng lớn khí Ct

muối dinh dưỡng, có tắc dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa và khắc phục tình trạng phì dudng (eutrophication) của môi trường nước.

'Các yếu tô cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng tảo [7]:

Pa

Daring chét: Ammonia fi nguồn đạm chính cho ảo tổng hợp nên protein của tế bào thông qua quá trình quang hợp Phospho, Magiesium va Potassium cũng là các dưỡng chit anh hưởng đến sự phát iển của tảo Tỷ lệ P MẸ : K trong các bào ảo tương ứng là 15: 1:05

.Độ sâu của ao téo: độ sâu của ao tảo được lựa chọn trên cơ sở tối wu hóa khả ning ia

nguồn sang trong quá tình tổng hợp của áo Theo các cơ sở lý thuyết thi độ sâu tối da của ao tảo khoảng 12,Sem, Nhưng những thí nghiệm trên mô hình cho thấy độ sâu tối vụ nằm tong khoảng 20 *u của ao tảo25cm Tuy nhiên trong thực tẾ sin xu, độ nên lớn hơn 2em ( và nằm trong khoảng 40 ~ S0em) để tạo thời gian lưu tồn chất thải trong ao tảo thích hợp và trừ hao thể tích mắt đi do cặn lắng

Thời gian lưu tbn của nước thải rong ao: thời gian tỒn của nước thải ỗi ưu là thời

gian cần thiết để các chất dinh dường trong nước thải chuyển đổi thành chất định

dưỡng trong t bào tảo Thường tl chọn thời gian lưu tổn của nước thải trong các ao lớn hơn 1,8 ngày và nhỏ hơn 8 ngày

Lượng BOD nạp cho ao tả: lượng BOD nap cho ao ảo ảnh hưởng đến năng suất to, nếu lượng BOD nap quá cao môi trường rong ao tảo sẽ tr nên ym khí ảnh hưởng đến quá trình cộng sinh của tao vi khuẩn.

Khu Íy trộn và hoàn lưu: quá tình khuẨy trộn trong các ao ảo rất cần thiết nhằm ngăn không cho các tế bào tio lắng xuống đáy và tạo điều kiện cho các dinh dưỡng tiếp xúc với tio thúc dy quá trình quang hợp Trong các ao tảo lớn khuấy trộn còn ngăn đượcquá tình phân tihiệt độ trong ao tảo Nhưng việc khuấy trộn cũng tạo nên bất lợi vì nó làm cho các cặn lắng nổi lên và ngăn cản quá tình khuếch tán ánh sáng và ao

1.4-Một số ứng dụng của tảo Spirulina Platensis trong xử lý

ĐỀ tài do tác gid Hoàng Sỹ nam, Đặng Diễm Hồng ( Viện Công nghệ sinh học) thực hiện đánh giá khả năng sinh trưởng và chất lượng của các chủng tảo trong 3 môi trường nước khoáng thuộc 3 địa diém (31) Ding thời đánh giá các chỉ tiêu hóa lí của môi trường nước và sau khi nuôi tảo làm cơ sở cho việc thiết lập quy trình nuôi đại trà

tim chi phí đầu tư, kéo di thời gian và thu sinh khổi tả tối da giữa các đợt mui Vật liệu đểén hin thí nghiệm bao gồm : Nguồn nước khoảng được lễtừ các nguồnnước khoáng thuộc 3 tinh Thạch Thành ~ Thanh Hóa, Thanh Tân ~ Thừa Thiên Huế, “Thanh Liêm ~ Hà Nam được ký hiệu lương ứng là TH HU HN Các hóa chất cổ độ

tỉnh sạch cao được dung để pha môi trường Zarouk Phân hóa học NPK của nhà máy

sản xuất phân bón Lâm Thao Các hóa chit chuyên dung như axtton, clo-ro-phooc, metanoa ngoài ra còn dung một số loài thuốc thử để phân tích ham lượng các chất 6 trong môi trường nuôi tảo Kết qua thí nghiệm cho thấy, trong 3 loại nước khoáng TH, HU, HN được sử dụng để mui trồng tảo Spirulina platensis, nước khoáng TH có thành phần dinh đưỡng tốt nhất để

phần thông số lý hóa tương tự nhau Cả ba loại nước khoáng TH, HU và HN đều có tôi trồng tảo, Hai loại nước khoáng này có thành.

thể sử dụng để nuôi tảo Spirulina platensis, trong đó nước khoáng TH cho tốc độ sinh trưởng của tio cao nhất Như vậy, có thể sử dụng nước khoảng TH để nuôi trồng cả hai chúng táo $.platensis CNT và C¡ với công thức môi trường MT2 Với mỗi trường,dam bio so với này chỉ phí cho nuôi tảo có thể giảm được 1⁄4 mà chất lượng tảo

nuôi bằng môi trường Zarouk chuẳn Trong hai chủng CNT và Cy, ching CNT có tốc độ sinh trưởng cao gp 5 lần so với chủng Cạ Thành phần hóa học của hai chúng tảo NT và C, khi được nuôi tring trong các môi trường khác nhau có khác nhau song

vẫn đảm bảo chất lượng dé làm thực phẩm cho con người và động vật nuôi.

‘Theo Nguyễn Huỳnh Quang Thái, 2008, bổ sung tio Spirutina plarensis vào thức an

lâm tăng tỷ lệ sống của cá chép NhậN38] từ 46,8%(NTBC) lên 62.2% (NTH,83,39%4NT2) và 80%(NT3), Tuy nhiền tảo Spirulina platensis bổ sung vào thức ănkhông ảnh hướng đến sự phát rin về trong lượng cá Chép Nhật [24]

Spirulina platensis còn được nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ dược phẩm Ue

chế khả năng ti tạo của sự sinh sản HIV-1 bằng nước chiết xuất Spirulina: Nước chit xuất Spirulina ngân ngừa sự sinh sản HIV-1 ở con người nhờ các bạch cầu lumpo T và ‘bach cầu đơn nhân của hệ mi côdich được gia ting trong máu ngoại biên Chiét xđặc 5-10ug/ml cho thấy làm giảm sự sản sinh virus khoảng 50%, và chiết xuất cô đặc 100 pgimÌ cho thấy ức chế 90-100% mà không độc tinh đối với tế bào thường Calcium Spirulina từ tảo xanh Spirulina, ức chế sự tái tạo màng bao virus: Việc phân.

29