Nội dung 3.2: Khảo sát hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm nito và photpho ở các nồng độ khác nhau và xác định hệ số động học của quá trình xử lý nước thải chăn nuôi bằng vi tảo Chlorella sp.
TỔNG QUAN VỀ CHỦNG VI TẢO CHLORELLA VÀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
Tổng quan về vi tảo Chlorella
2.1.1 Đặc điểm hình thái và cấu trúc
Theo Komapoenko và Vasilieva, năm 1978 (trích theo Vũ Thị Thùy Minh, 2006) thì vị trí phân loại của chủng vi tảo Chlorella sp được xác định như sau:
Tảo lục Chlorella sp hay được gọi là rong tiểu cầu là một chi tảo lục đơn bào và khụng di động, cú dạng hỡnh cầu, hỡnh elip, đường kớnh tế bào khụng vượt quỏ 15 àm, trung bỡnh khoảng 2–10 àm [8] Loài phổ biến nhất là C pyrenoidosa cú cỏc tế bào nhỏ (3–5μm) và C vulgaris có các tế bào lớn hơn, từ 5–10 μm [9] Tuy nhiên, kích thước (2–12 àm) của cỏc loài Chlorella thay đổi theo điều kiện nuụi cấy [10] Tế bào tảo chứa các sắc tố quang hợp màu xanh lục diệp lục -α và -β trong lục lạp của nó Trong điều kiện lý tưởng, nó nhân lên nhanh chóng, chỉ cần cacbon dioxide, nước, ánh sáng mặt trời và một lượng nhỏ khoáng chất để sinh sản [11] Tên Chlorella được lấy từ tiếng Hy Lạp "chloros" có nghĩa là màu xanh lá cây và phần hậu tố lấy từ tiếng Latin nghĩa là
STT Hình ảnh Tên loài
Hình 2.1 Hình ảnh một số tế bào tảo Chlorella sp Đa số tế bào có một nhân, nhân gồm màng dịch nhân, hạch nhân và mạng lưới nhiễm sắc Sắc tố quang hợp chỉ có một thể sắc tố chloroplast và có dạng hình chén Lục lạp được bao phủ bởi một lớp mỏng kép, bên trong chứa dịch protein gọi là chất nền (matrix) và những cấu trúc dạng bản mỏng hay là lamen Lục lạp là nơi duy nhất trong tế bào tích lũy tinh bột, tinh bột tập trung xung quanh cơ quan chuyển hóa gọi là pyreoit
Vi tảo Chlorella được tìm thấy trong hồ nước ngọt, nước biển hoặc nước lợ Một số được xác định có trong nước lạnh có nhiệt độ 18 o C [12], bùn trên bờ ôn đới chứa lượng dự trữ lớn hơn của Chlorella sp so với loại vi tảo khác [13]
2.1.2 Sinh lý của vi tảo
Các muối: Môi trường nuôi cấy tảo thường bổ sung thêm kali, magie, gốc sulfate và phosphate (ngoài nguồn nitơ) Pratt và cộng sự đã thấy rằng có sự cân bằng giữa natri và kali trong quá trình quang hợp của vi tảo Chlorella trong đệm bicarbonate Emerson và Lewis đã báo cáo rằng nhu cầu natri cao và kali thấp đối với Chroococcus Tác dụng của kali đối với quá trình tăng trưởng và trao đổi chất của vi tảo Chlorella và Ankistrodesmus đã được Pirson nghiên cứu Kết quả cho thấy các tế bào tảo thiếu kali cho tốc độ tăng trưởng và quang hợp thấp hơn Scott đã nghiên cứu và thấy rằng hầu hết kali và magie trong tế bào tảo được liên kết và không thể thay thế Ngược lại natri và canxi có thể thay thế lẫn nhau Ngoài ra Mandels đã cho rằng sự thiếu hụt lưu huỳnh đã ảnh hưởng đến sự hình thành chất diệp lục ở vi tảo Chlorella
Phosphate là một yếu tố quan trọng trong quá trình sinh trưởng của tảo Một số nghiên cứu cho thấy hàm lượng phosphate trong một số loài thuốc họ lục lạp tương đối cao khoảng 2% Ketchum đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phosphate và nitrate đến quá trình hấp thụ phosphate và nitrate từ nước biển của Nitzschia Lượng phosphate trên
5 àg/L gõy ức chế sự phỏt triển của họ Chrysophyceae, Dinobryon và Uroglena Nồng độ phosphate từ 500 – 1000 àg/L là cần thiết cho sự tăng trưởng của Scenedesmus
Dinh đưỡng từ nitơ và sự trao đổi chất
Tảo có hàm lượng nitơ tương đương các vi sinh vật khác và cao hơn đáng kể so với hầu hết các thực vật bậc cao Hàm lượng nitơ có trong vi tảo Chlorella, Scendesmus và Euglena chiếm từ 7 – 11% trọng lượng khô của chúng
Nitơ tự do: Cố định Nitơ tự do đã được chứng minh ở 4 loài tảo lam Anabaena, Aulosira, Cylindrospermum và Nostoc Winter đã báo cáo rằng chủng Nostoc sử dụng carbonhydrate để tăng trưởng và cố định nitơ tự do tạo thành nitơ hòa tan trong môi trường nuôi cấy Việc cố định nitơ tự do bị cạnh tranh bởi các hợp chất nitơ có trong môi trường nuôi cấy Mối quan hệ giữa hoạt động oxy hóa và cố định nitơ đã được tìm thấy trong vi khuẩn quang hợp
Nitrate và ammonium: Nitơ là một phần thiết yếu trong tế bào thực vật sống
Trong môi trường nitơ chủ động luân phiên giữa môi trường nước, không khí, đất ở các dạng và nồng độ khác nhau như khí nitơ (N2), ammonium (NH4 +), nitrate (NO3 -), nitrite (NO2 -) và nitơ hữu cơ (như urê, axit amin và peptit) [14] Trong môi trường, nguồn nitơ dồi dào nhất cho tế bào thực vật là nitrate, tuy nhiên vi tảo thường có thể sử dụng nitơ ở các dạng khác nhau Trong tế bào thực vật, sự chuyển hóa nitơ vô cơ thành axit amin và protein yêu cầu năng lượng và bộ khung hữu cơ Vi tảo là thực vật ưa thích NH4 + vì năng lượng để khử amoni thành chất hữu cơ thấp hơn năng lượng cho quá trình khử khác Bằng cách sử dụng amoni vi tảo tránh tiêu thụ năng lượng cho quá trình khử nitrite và khử nitrate Trên thực tế, trái ngược với nitrate, amoni sau khi vận chuyển vào tế bào, được kết hợp trực tiếp thành amino axit thông qua chu trình GS-GOGAT bởi enzyme glutamine synthetase (GS) – enzyme glutamine synthase (GOGAT) [15]
Tuy nhiên, một số loài vi tảo như Botryococcus braunii và Dunaliella tertiolecta ưa thích nguồn nitơ vô cơ cho thấy amoni ức chế khả năng phát triển của chúng Ngoài ra, amoni rất quan trọng không chỉ là chất dinh dưỡng mà còn là môi trường chỉ thị cho phản ứng của tế bào Trên thực tế, ở loài vi tảo Chlorella vulgaris, hoạt động của enzyme
GS tăng 6,4 lần khi nồng độ amoni tăng từ 4 đến 10 mg/L [16]
Theo Kronzucker và cộng sự (1999), NH4 + có tác dụng ức chế sự hấp thu nitrate trên màng sinh chất Sự ức chế hấp thụ nitrate tùy thuộc vào loài và tình trạng sinh lý của loài ở các môi trường khác nhau Trên thực tế, ở các loài sinh vật phù du nồng độ amoni từ 100 – 300 nmol/L có thể đủ để ngăn chặn sự hấp thu nitrate, nhưng đối với một số sinh vật khỏc nồng độ amoni lờn đến 1 – 2 àmol/L mới gõy tỏc dụng tương tự [17]
Hấp thụ cacbon vô cơ của vi tảo
Các sinh vật quang tự dưỡng dưới nước đồng hóa hơn 50% nguồn cacbon thành chất hữu cơ Trong số này đa phần cacbon vô cơ được cố định bởi vi tảo Trong khi các thực vật trên cạn thường sử dụng CO2 từ bầu khí quyển thì thực vật thủy sinh phải hấp
8 thu lượng cacbon vô cơ dưới dạng HCO3 - trong nước bởi khuếch tán của CO2 trong nước thấp hơn nhiều so với khí quyển [18]
Vi tảo và vi khuẩn lam có cơ chế hấp thu CO2 dựa trên sự vận chuyển tích cực của cacbon vô cơ dưới dạng HCO3 - và CO2 vào tế bào Có 5 dạng vận chuyển trong vi khuẩn lam: CO2 khí quyển đi xuyên qua thành tế bào và màng plasma và tại màng Thylakoid CO2 được cung cấp năng lượng để chuyển hóa thành HCO3 - thông qua dehydrogenase NADPH Ngoài ra, vi khuẩn lam còn có thể hấp thụ HCO3 - từ môi trường Hệ thống vận chuyển cacbon vô cơ trong tảo được đặc trưng trong chất diệp lục
Cơ chế vận chuyển cacbon vô cơ có thể dựa trên màng sinh chất hay màng platics hoặc ở cả 2
Sử dụng nguồn cacbon hữu cơ
Nhiều loài tảo có khả năng quang hợp có thể sử dụng nguồn cacbon hữu cơ và đồng hóa nó thành các chất sử dụng trong quá trình tăng trưởng Glucose là nguồn cacbon được sử dụng phổ biến nhất để nuôi cấy dị dưỡng vi tảo Tốc độ tăng trưởng và khả năng quang hợp của vi tảo nuôi cấy trong môi trường bổ sung glucose cao hơn nhiều so với bất kỳ chất nền nào khác, chẳng hạn như các loại đường đơn khác, rượu, đường photphat, axit hữu cơ Điều này được lý giải là do glucose sở hữu hàm lượng năng lượng nhiều hơn trên mỗi mol so với các loại chất nền khác
Quá trình đồng hóa glucose bắt đầu bằng quá trình phosphoryl hóa hexose tạo ra glucose-6-phosphate, có sẵn để lưu trữ, tổng hợp tế bào và hô hấp Trong một số con đường được vi sinh vật sử dụng để phân hủy glucose, dường như chỉ có hai con đường là: con đường Embden-Meyerhof (con đường EM) và con đường Pentose Phosphat (con đường PP) là tìm thấy trong tảo Dưới bóng tối hoàn toàn dị dưỡng tăng trưởng, glucose chủ yếu được chuyển hóa qua con đường PP, trong khi con đường EM là quá trình đường phân chính của tế bào trong quá trình tăng trưởng hỗn hợp với ánh sáng [19]
2.1.3 Chu kỳ tế bào của vi tảo
Mục đích của chu kỳ tế bào là tái tạo một cách nhất quán tất cả cấu trúc tế bào để tạo ra tế bào mới Một trình tự sinh sản thường bao gồm các bước: tăng trưởng, sao chép DNA, phân chia nhân và phân chia tế bào nguyên sinh hoặc phân chia hạch nguyên sinh chất Trong bước tăng trưởng, tế bào hình thành các cấu trúc chức năng và tích lũy năng lượng dự trữ Khi kết thúc quá trình tăng trưởng này tế bào tảo đạt kích thước và các thành phần cần thiết chuẩn bị cho quá trình sinh sản Sau quá trình trưởng thành, bước tiếp theo trong quá trình sinh sản là giai đoạn sao chép DNA Bước sao chép DNA gồm giai đoạn chuẩn bị và giai đoạn tiến hành sao chép và cuối giai đoạn sao chép được đặc trưng về mặt hình thái của quá trình nguyên phân và tế bào Giai đoạn chuẩn bị sao chép là quá trình tích lũy deoxynucleotides và các enzyme sao chép Chu kỳ tế bào điển hình được mô tả gồm 4 gian đoạn G1, S, G2, M (Hình 2.2) Đối với một số loài tảo, tế bào
Vài nét về phân lập tảo thường được sử dụng
Theo Hans R và Robert A (2005), môi trường và phương pháp nuôi cấy tảo được nghiên cứu từ những năm 1800-1900 Vào thế kỉ 19-20 có khá nhiều công trình nghiên cứu vi tảo được công bố trên thế giới, song các công trình này chủ yếu chỉ đề cập đến phương pháp nuôi cấy vi tảo mà chưa đề cập đến phương pháp phân lập và lưu giữ giống tảo như thế nào, đặc biệt là các loài tảo sống ở đáy Mặc dù vậy, có thể đề cập đến một số công trình nghiên cứu sau:
Người đầu tiên tiến hành phân lập tảo thành công phải kể đến Beijerinck (1890) với công trình phân lập tảo Chlorella, Scenedesmus và một số loài tảo vùng Trebauxia Ngoài ra Beijerinck còn nuôi thuần chủng tảo lam Anabana
Năm 1890 Miquel đã pha loãng tảo tạp trong các môi trường khác nhau để phân lập tảo silic
Năm 1894, Krijger đã phân lập thành công quần lạc tảo lục gồm Prototheca, Chlorella trên bề mặt thạch
Zumstein (1900) cũng đã phân lập được loài tảo mắt Euglena gracillis bằng pipet, phương pháp này được nghiên cứu và cải tiến dần trong quá trình phát triển của lịch sử
Năm 1997, Comtois đã phân lập và nuôi thuần chủng được một số loài tảo silic bằng phương pháp nhặt tế bào bằng micropopipette
Năm 1896-1898, Klebs đã phân lập được tảo trong đĩa petri có agar hay gelatin cho dù tảo còn bị nhiễn khuẩn
Năm 1900, Winkler đã tiến hành thu mẫu tảo nước ngọt xung quanh nhà ông và đã thuần chủng được một số loài nước ngọt bằng phương pháp nuôi cấy trên thạch Đồng thời, ông cũng tìm ra được môi trường dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của chúng và nuôi ở các thể tích khác nhau (1-5L)
Năm 2007, trường đại học Murdoch (Úc) đã sử dụng 4 phương pháp phân lập tảo (phương pháp pha loãng, nuôi cấy trên môi trường thạch, dùng micropipet và phương pháp làm giàu) Đồng quan điểm trên vào năm 2019 Đặng Diễm Hồng đề cập trong sách “Nuôi trồng vi tảo giàu dinh dưỡng làm thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi ở Việt Nam, nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ” thì các phương pháp phân lập tảo thường được sử dụng gồm: phân lập trên môi trường thạch, phân lập bằng
21 micropipette, phân lập bằng kỹ thuật pha loãng và sử dụng các môi trường được làm giàu (môi trường chọn lọc)
Phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay là phân lập trên môi trường thạch và môi trường chọn lọc Trong đó, môi trường chọn lọc thường được sử dụng ở bước đầu tiên để sau đó sẽ tiến hành các phương pháp phân lập khác Phương pháp này được tiến hành bằng cách thêm các chất dinh dưỡng vào các mẫu tự nhiên, nhằm kích hoạt các mẫu tảo tự nhiên phát triển mạnh hơ, mật độ tế bào sẽ đạt cao hơn Các chất được làm giàu bao gồm các môi trường nuôi, dịch chiết đất hay các chất dinh dưỡng đa lượng (như nitrate, ammonium và phosphate) Ưu điểm của phương pháp này là có thể làm giàu những loài nghiên cứu lên mật độ cao, ức chế những loài không cần thiết phải phân lập ra và là bước đầu tiên để tiến hành các phương pháp khác Nhược điểm của phương pháp này là khó làm thuần được các loài cần nghiên cứu Đối với phương pháp phân lập trên môi trường thạch Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với loài vi tảo có khả năng tạo khuẩn lạc riêng biệt trên bề mặt thạch, tạo thành các dòng khuẩn lạc khác nhau và từ các dòng này có thể tách ra và nuôi thành các dòng tế bào thuần chủng, Đây là phương pháp phổ biến, dễ tiến hành và có thể cùng lúc tạo thành được nhiều dòng tế bào tảo khác nhau.
Ứng dụng của chủng vi tảo Chlorella sp
• Cung cấp chất dinh dưỡng
Vi tảo Chlorella có rất nhiều chức năng Đây là một thực vật thú vị đối với các nhà khoa học vì giá trị dinh dưỡng của nó Thành phần dinh dưỡng có thể được kiểm soát thông qua các chất được sử dụng trong môi trường sinh trưởng, sinh sản nhanh và thành tế bào đủ dày để bảo vệ chất dinh dưỡng [23]
Bảng 2.4 Thành phần của một số loài tảo thuộc chi Chlorella
(tính theo % sinh khối khô)
Chlorella chứa nhiều lipit, khoáng chất, phức hợp B, vitamin C và E, sắt và canxi
Các protein của Chlorella chứa ít nhất 19 trong 22 acid amin được biết đến Năm 1917, một nhà vi trùng học người Đức là Lindner đã nảy ra ý tưởng chế biến thức ăn từ
Chlorella có hơn 80% protein [12] Việc thương mại hóa Chlorella đã được bắt đầu vào năm 1962 bởi Nihon Chlorella Inc
Sinh khối khô hoặc chiết xuất của vi tảo Chlorella đã được sử dụng làm chất phụ gia trong lên men đậu nành, giấm, trà xanh, kẹo Chiết xuất của Chlorella cũng đã được bổ sung vào mì và bánh mì như một chất tạo màu thực phẩm [36] Sinh khối khô của
Chlorella được thêm vào thức ăn nuôi trồng thủy sản để cải thiện chất lượng cá nuôi và chất lượng thịt của cá [37] Hàm lượng protein trong tảo Chlorella (50% tính theo khối lượng khô) cao hơn một số nguồn thực vật khác Do đó, Chlorella hoàn toàn có thể thay thế các dạng thực vật khác trong chế biến thức ăn chăn nuôi [37]
• Ứng dụng tảo trong xử lý nước thải
Thực vật cải tạo môi trường “Phycoremediation” có thể được định nghĩa là việc sử dụng tảo hoặc vi tảo để loại bỏ hoặc biến đổi các chất ô nhiễm, bao gồm các chất dinh dưỡng và xenobiotics từ nước thải, CO2 từ không khí Thuật ngữ
“Phycoremediation” được giới thiệu bởi John (2000) để chỉ khả năng cải tạo môi trường của tảo Việc sử dụng tảo để xử lý môi trường đã thịnh hành trong 50 năm qua với những mô tả đầu tiên được báo cáo bởi Oswald [38]
Vi tảo (Spirulina, Chaetomorpha linum, Porphyridium, Chlorella, Dunaliella, Haematococcus, Tetraselmis, Ankistrodesmus, Scenedesmus, Euglena, Chlamydomonas, Oscillatoria, Micractinium, Golenkinia, Nitzschia, Navicula, Stigeoclonium and Phaeodactylum) như một tác nhân xử lý ô nhiễm thân thiện với môi trường, hỗ trợ tốt trong quá trình loại bỏ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nông nghiệp Vi tảo có khả năng quang hợp, chuyển đổi năng lượng mặt trời thành sinh khối hữu ích và có giá trị, đồng thời tiêu thụ một lượng đáng kể chất dinh dưỡng cho sự tăng trưởng vì chúng đòi hỏi một lượng N, P cao cho protein (45,60
% trọng lượng khô), tổng hợp nucleic acids và phospholipids [39] Vi tảo có thể phát triển trong huyền phù hoặc trong màng sinh học như hình 2.10
Chlorella vulgaris Chaetomorpha linum Lớp màng vi tảo
Hình 2.8 Tảo được sử dụng trong xử lý nước thải
Quy trình Microalgal-bacterial (MABA) đã được nghiên cứu rộng rãi Chúng là sự thay thế bền vững và hiệu quả về kinh tế cho các công nghệ xử lý nước thông thường Trong quá trình MABA vi tảo tạo ra O2 bằng quang hợp với sự có mặt của ánh sáng và
CO2 O2 được vi khuẩn sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải (Hình 2.11)
Vi tảo Ánh sáng mặt trời
O 2 N goạ i bà o Chấ t hữu c ơ Chấ t hoạ t độn g bề m ặt s inh h ọc CO 2 N , P D inh dưỡ ng Chấ t t húc đẩ y t ăng t rưở ng
Sinh khối tảo và vi khuẩn
Nhiên liệu sinh học Thực phẩm Thức ăn chăn nuôi Phân bón
Hình 2.9 Chu trình MABA xử lý nước thải
Sự phát triển của vi tảo là dấu hiệu của ô nhiễm nước Tảo lục rất thích hợp trong vai trò xử lý nước thải với việc tích lũy và chuyển đổi chất dinh dưỡng trong nước thải thành sinh khối và lipid Chlorella, Ankistrodesmus và Scenedesmus đã được sử dụng thành công trong xử lý dầu oliu, nước thải nhà máy giấy [40]
Các ví dụ trong bảng 1.3 chứng minh rằng tảo thực sự có khả năng làm suy giảm các chất ô nhiễm có trong môi trường hoặc biến đổi chúng thành các chất đơn giản hơn Sinh khối tảo sau khi xử lý nước thải có thể dễ dàng chuyển đổi thành các sản phẩm có giá trị Tùy thuộc vào loài được sử dụng mà sinh khối có thể áp dụng cho các mục đích
24 khác nhau như phụ gia cho thức ăn chăn nuôi, chiết xuất sản phẩm có giá trị như carotenoids hoặc nhiên liệu sinh học
Bảng 2.5 Vi tảo góp phần xử lý chất ô nhiễm trong nước
STT Vi tảo Môi trường sống Loại nước thải Nguồn
1 Prototheca Zopfii Nước ngọt Chất thải có nguồn gốc từ dầu [41]
2 Chlamydomonas species Nước ngọt Nước thải đô thị [42]
Pyrenoidosa Nước ngọt, nước lợ Xử lý các chất có trong thuốc nhuộm [43]
4 Chlorella sp Nước ngọt, nước biển Xử lý kỵ khí nước thải sản xuất sữa [2]
Nước ngọt Nước thải dầu và nước thải công nghiệp giấy [44]
Platensis Nước ngọt, nước lợ Nước thải đô thị [45]
Nước thải xử lý theo điều kiện dị dưỡng hiếu khí
Hammounda và cộng sự (1995) đã thử nghiệm các chủng vi tảo bao gồm
Chlorella và Scenadesmus để xử lý nước thải ở cả 2 dạng theo mẻ và liên tục Các tác giả đã chỉ ra sự suy giảm COD trong nước thải là 89% và 91,7% lần lượt theo chế độ dạng mẻ và liên tục [46]
Murwanashyka và cộng sự (năm 2016) đã nghiên cứu nuôi trồng tảo C sorokiniana trong điều kiện dị dưỡng có ánh sáng và không có ánh sáng Kết quả cho thấy khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng (N, P) của tảo đến 99% [47].
Tổng quan về nước thải chăn nuôi heo
2.4.1 Nguồn gốc nước thải chăn nuôi heo
Nguồn nước thải chính từ các trang trại chăn nuôi (ở đây là nước thải chăn nuôi heo) chủ yếu đến từ:
+ Nhân viên, công nhân sử dụng nước để vệ sinh, chuẩn bị bữa ăn, pha chế thuốc và khử trùng
+ Nước tiểu của các loại gia súc trong trang trại
+ Nước mưa chảy tràn trên bề mặt (nước mưa chảy tràn có hàm lượng chất ô nhiễm bề mặt thấp được trại thu gom và chảy vào hồ và bãi lọc trước khi xả ra ngoài môi trường)
2.4.2 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi heo
Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao bằng hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và sinh vật gây bệnh Nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường
Bảng 2.6 Đặc tính nước thải chăn nuôi heo
STT Thông số Đơn vị Khoảng giá trị
Nguồn: Nguyễn Thị Hồng, Phạm Khắc Liệu, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 73, số 4, năm 2012
Việc lựa chọn một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải, bao gồm:
2.2.2.1 Các chất hữu cơ và vô cơ
Những chất hữu cơ chưa được gia súc đồng hóa, hấp thụ sẽ được bài tiết ra ngoài theo phân, nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác Thức ăn dư thừa cũng là một nguồn ô nhiễm hữu cơ
Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% gồm protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, giàu Nitơ, photpho Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO4 2-,…
Các hợp chất hóa học trong phân và nước thải dễ dàng bị phân hủy Tùy điều kiện hiếm khí hay kị khí mà quá trình phân hủy tạo thành các sản phẩm khác nhau như acid amin, acid béo, aldehide, CO2, H2O, NH3, H2S Nếu quá trình phân hủy có mặt O2 sản phẩm tạo thành sẽ là CO2, H2O, NO2, NO3 Còn nếu quá trình phân hủy diễn ra trong điều kiện thiếu khí thì tạo thành các sản phẩm CH4, N2, NH3, H2S, Indol, Scatol,…Các chất khí sinh ra trong quá trình phân hủy kị khí và thiếu khí như NH3, H2S,…gây mùi hôi thối trong khu vực nuôi và ảnh hưởng xấu đến môi trường không khí
Khả năng hấp thụ Nito và Photpho của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa Nito và Photpho thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và P rất cao Hàm lượng N- tổng trong nước thải chăn nuôi 571 – 1026 mg/L, Photpho từ 39 – 94 mg/L Theo Jongbloed và Lenis, đối với heo trưởng thành khi ăn vào 100g Nito thi 30g được giữ lại cơ thể, 50g bài tiết ra ngoài theo nước tiểu dưới dạng ure còn 20g ở dạng phân Nito vi sinh khó phân hủy và an toàn cho môi trường
Nito bài tiết ra ngoài theo nước tiểu và phân dưới dạng ure, sau đó ure nhanh chóng chuyển hóa thành NH3 theo phương trình sau đây:
(NH2)2CO + H2O → NH4 + + OH - + CO2 NH3 + CO2 + H2O
Khi nước tiểu và phân bài tiết ra ngoài, vi sinh vật sẽ tiết ra enzime ureaza chuyển hóa ure thành NH3, NH3 phát tán vào không khí gây mùi hôi hoặc khuếch tán vào nước gây ô nhiễm nước
Nồng độ NH3 trong nước thải phụ thuộc vào:
- Lượng ure trong nước tiểu
- pH của nước thải: khi pH tăng, NH4 + sẽ chuyển hóa thành NH3 Ngược lại khi pH giảm, NH3 chuyển hóa thành NH4 +
- Điều kiện lưu trữ của nước thải
Hàm lượng N-NH3 trong nước thải sau khi ra biogas khá lớn khoảng 304 – 471mg/l, chiếm 75 – 85% N tổng
Nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn N, P Đây là nguyên nhân có thể gây hiện tượng phú dưỡng cho các nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các sinh vật sống trong nước
2.2.2.3 Vi sinh vật gây bệnh
Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh Do đó loại nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm đồng thời lây lan một số bệnh cho người nếu không được xử lý
Theo nghiên cứu của Nanxera đối với nước thải chăn nuôi: vi trùng gây bệnh đóng dấu (Erisipelothris insidiosa) có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 108 ngày, Samolnella từ 6 – 7 tháng, Leptospira 5 – 6 tháng, Microbacteria tuberculosis 75 – 150 ngày, virus nở mồm long móng (FMD) sống trong nước thải 100 – 120 ngày…, các loại vi trùng có nha bào như: Bacillus tetani 3 – 4 năm Trứng giun sán nhiều trong nước thải chăn nuôi với nhiều loại điển hình như: Fasciolahepatica, Fasciola gigantica, Fasciolosis buski, Ascaris suum, Oesophagostomum sp, Trichocephalus dentatus…có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 – 28 ngày và tồn tại 5 – 6 tháng
Theo A.Kigirop, các loại vi trùng gây bệnh như: Samonella, E.coli và nha bào Bacillus anthrasis có thể xâm nhập theo mạch nước nhầm Samonella có thể thấm sâu xuống lớp đất bề mặt 30-40 cm, ở những nơi thường xuyên tiếp nhận nước thải Trứng giun sán, vi trùng có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt gây dịch bệnh cho người và gia súc
Nghiên cứu của Bonde cho thấy: đa số các vi sinh vật gây bệnh không phát triển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong những ngày đầu sau đó chậm dần Các loại vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới Samonella typhi và Samonella paratyphi, E.coli, Shigella, Vibrio comma gây dịch tả
Ngoài ra, G.Rheinnhinmer còn phân lập được nhiều loài nấm gây bệnh Đối với vi khuẩn va virus đường ruột thì thời gian sống sót trong nước thải càng lâu thì số lượng cá thể của chúng càng nhỏ và ngược lại
Hệ vi sinh vật trong nước thải chăn nuôi rất phức tạp trong đó chủ yếu là vi khuẩn gây thối có 3-16 triệu tế bào/ml, vi khuẩn phân hủy đường mỡ, E.coli 10.10 4 – 10.10 7 tế bào/ml, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn nitrat hóa Hệ vi sinh vật này có ảnh hưởng lớn đến tính chất và khả năng tự làm sạch của nguồn nước.
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp sinh học
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau trong công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi Các phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang được ứng dụng phổ biến
28 nhất trong hầu hết các hệ thống xử lý nước thải Thường một hệ thống xử lý được đánh giá bởi hiệu quả của việc loại bỏ các chất ô nhiễm, nitơ hay photpho, khả năng áp dụng của chúng như giá thành của hệ thống, giá thành của 1 m 3 nước thải được xử lý hay độ phức tạp của công nghệ và quá trình vận hành, bảo trì bảo dưỡng hệ thống [73]
Nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2010) về ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp lọc sinh học bùn ngược dòng (The Uplow Sludge Banket Filteration, USBF), để xử lý nước thải chăn nuôi Đây là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 quá trình thiếu khí, hiếu khí và lọc sinh học trong 1 đơn vị xử lý nước thải Kết quả nghiên cứu đã cho thấy mô hình tương đối thích hợp cho xử lý nước thải chăn nuôi Hiệu quả xử lý vào khoảng 97%, 80%, 94%, 90% và 85% tương ứng cho COD, BOD5, SS, N và P Việc kết hợp 3 công nghệ trong một quá trình xử lý tạo ra ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử lý, với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống [73] Đối với quy mô hộ gia đình, Nguyễn Thị Hồng và cộng sự (2012) đã nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas tại một số hộ chăn nuôi heo thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế Kết quả phân tích 9 hầm biogas cho thấy, việc sử dụng hầm biogas làm giảm đáng kể các chất ô nhiễm COD giảm 84,7%, BOD5 giảm 76,3%, SS giảm 86,1%, VSS giảm 85,4%, TKN giảm 11,8%, TP giảm 7,0% và coliform giảm 51,2% Tuy nhiên, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu ra vẫn còn khá cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009/BTNMT, cột B, TCN 678 - 2006) Đặc biệt đáng quan tâm là nồng độ các chất dinh dưỡng ở các mẫu này rất cao, tiềm ẩn nguy cơ gây phú dưỡng khi xả thải vào khu vực nước mặt [74]
Năm 2018, Lê Công Nhất Phương và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp Nitrite hóa và oxy hóa kỵ khí nitơ amon nhằm xử lý triệt để nước thải chăn nuôi lợn Hệ xử lý gồm 2 cột nitrite hoá dung tích 60 L và 1 cột Anammox dung tích 180 L Quá trình nitrite hóa được thực hiện bởi các vi khuẩn Nitrosomonas được phân lập từ bùn hoạt tính và quá trình Anammox được thực hiện bởi các vi khuẩn Anammox đã được làm giàu trên vật liệu phibro xi măng Với nồng độ nitơ amon đầu vào trong nước thải dao động từ 256–424 mg–N/L, lưu lượng nước thải 0,4 m 3 /ngđ, tương ứng với tải lượng trung bình là 0,35 KgN–NH4/m 3 ngđ, mô hình đạt hiệu quả xử lý nitơ amon tại
29 từng công đoạn nitrit hóa 53,0 ± 6,9%, anammox 89,4 ± 8,6% và cả quá trình là 95,3 ± 3,5% Quá trình nitrit hóa quyết định khả năng xử lý ammonium của quá trình Anammox Với việc loại bỏ đến 95,3% ammonium trong nước thải chăn nuôi heo quá trình Anammox hoàn toàn có khả năng xử lý triệt để chất dinh dưỡng có trong nước thải chăn nuôi Tuy nhiên, xét về mặt kinh tế và khả năng áp dụng thực tế thì công nghệ này chưa đáp ứng hoàn toàn tiêu chí giá thành và độ phức tạp của hệ thống xử lý [75] Kết quả phân tích đánh giá khả năng ứng dụng của bãi lọ trồng cây nhân tạo (cây sậy - Phragmites australis Cav) để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau bể biogas của Bùi Thị Kim Anh và cộng sự (2019) cho thấy nước thải đầu ra có pH ổn định trong khoảng từ 6,9 đến 7,2, hiệu suất loại bỏ TP lên đến 86%; các chỉ tiêu khác như TSS, COD, tổng Nitơ và Amoni đều giảm đáng kể, hiệu suất xử lý lần lượt là 78%, 74,6%, 67,1% và 74,2% sau 168 giờ thí nghiệm Bãi lọc trồng cây nhân tạo có hiệu suất xử lý cao, thời gian xử lý ngắn và có triển vọng ứng dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas [76]
Lo cùng cộng sự (1994) đã ứng dụng công nghệ UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) cải tiến với màng sinh học được cố định giữa bể vào việc xử lý nước thải chăn nuôi heo Nghiên cứu đã đánh giá hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm và khảo sát sản lượng khí metan sinh ra Kết quả cho thấy công nghệ UASB cải tiến này đã loại bỏ được 57% COD với sản lượng khí sinh học sinh ra là 0,71 lít CH4/ngày Nồng độ VFA được duy trì ở mức 100 mg/L Các nhà khoa học cho rằng màng sinh học được cố định đã làm tăng tính ổn định cho hệ thống đồng thời giúp sản lượng khí CH4 sinh ra ổn định hơn [77]
Một nghiên cứu khác về ứng dụng bể sinh học màng MBR (Membrane Bioreactor) kết hợp công nghệ aerobic/anoxic xử lý nước thải chăn nuôi heo của N Prado và cộng sự (2009) đã chỉ ra rằng hơn 90% lượng COD trong nước thải chăn nuôi đã bị loại bỏ Ngoài ra hơn 50% lượng photpho hòa tan cũng được loại bỏ thông qua quá trình tuần hoàn nước giữa bể thiếu khí và hiếu khí Hệ thống màng sinh học được vệ sinh khi áp suất chuyển màng TransMembrane Pressure (TMP) 50 mbar Nhóm tác giả nhận định nghiên cứu đã chứng minh rằng màng sinh học là một quá trình bền vững ở quy mô bán công nghiệp [78]
Năm 2010, Xi Chen và cộng sự của ông đã nghiên cứu sử dụng lục bình như một chất hấp phụ photpho trong nước thải chăn nuôi lợn Lục bình tươi được phơi khô, sau đó được cho vào các túi lưới 50x50cm Nước thải chăn nuôi heo được cho qua lần lượt các bể lắng chính, bể lắng 1 sau đó là bể chứa lục bình và cuối cùng là bể chứa nước thải sau xử lý Tại bể lắng chính và bể lắng 1 chứa các túi nhựa lục bình với thời gian lưu nước lần lượt là 1 ngày và 7 ngày Bể chứa lục bình được bao phủ bởi 1 thảm lục bình tươi trên bề mặt bể với thời gian lưu nước là 27 ngày và cuối cùng là bể chứa nước thải sau xử lý với thời gian lưu nước 1 ngày Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại bỏ photpho của lục bình là 36 % và đạt bão hòa vào ngày thứ 11 của thí nghiệm Hiệu suất loại bỏ NH3 trong nước thải nuôi heo của lục bình là 73,1% Tuy nhiên hiệu suất xử lý NH3 cao được giải thích là do vật liệu lục bình xốp cung cấp môi trường vững chắc cho sự phát triển của vi khuẩn, thực vật, địa y, tảo, động vật phù du và côn trùng Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong quá trình nitrat hóa và khử nitrat [79]
Shaohua Chen và cộng sự của mình (2018) đã phân lập chủng vi khuẩn
Acinetobacter sp từ bùn hoạt tính của nhà máy xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn có khả năng nitrate hóa dị dưỡng và khả năng khử nitơ với việc sử dụng amoni, nitrat hoặc nitrit làm nguồn nitơ duy nhất tỷ lệ loại bỏ của chúng là 12,08, 5,53 và 1,69 mg/L/h
So sánh với quá trình A2O của một hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi khác với khả năng loại bỏ COD, N – NH4 và TN lần lượt là 30%, 15% và 16%, thấp hơn nhiều so với việc bổ sung chủng với chủng vi khuẩn Acinetobacter sp [80] Đánh giá chung: Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi được áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới Tuy nhiên, với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống chỉ có hiệu quả loại bỏ các chất hữu cơ Quá trình này lại có nhược điểm sinh ra lượng bùn rất lớn Các chất dinh dưỡng (N, P) đòi hỏi yêu cầu áp dụng các biện pháp và công nghệ xử lý cao hơn Việc áp dụng công nghệ hóa lý kết hợp sinh học như Air - Stripping hay các công nghệ sinh học bậc cao như quá trình AAO, AO, bể sinh học màng, hay CANON, SNAP, OLAND xử lý nước thải chăn nuôi hoàn toàn có khả năng loại bỏ N, P trong nước thải Tuy nhiên các công nghệ này rất phức tạp, vốn đầu tư ban đầu lớn và đòi hỏi khả năng vận hành cao, khó áp dụng vào quy mô nông hộ hay bán công nghiệp
Vi tảo với các ưu điểm như hiệu quả quang hợp và tốc độ tăng trưởng cao Thứ hai, hầu hết các loài vi tảo có hàm lượng lipid cao từ 20 – 50% trọng lượng khô vì vậy sinh khối tảo có thể được chiết xuất để trở thành nhiên liệu sinh học Thứ ba, vi tảo có thể sử dụng CO2 như nguồn cung cấp cacbon giúp khép kín chu trình cacbon trong xử lý nước thải và đặc biệt là khả năng loại bỏ Nitơ, Photpho tạo ra sinh khối là sự lựa chọn thay thế trong ứng dụng công nghệ sinh học vào xử lý nước thải.
Tổng quan về các nghiên cứu sử dụng chủng vi tảo Chlorella sp xử lý nước thải chăn nuôi heo
Năm 2012, Võ Thị Kiều Thanh cùng các cộng sự đã nghiên cứu, khảo sát khả năng lọc chất thải hữu cơ trong nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn cùng với sự sinh trưởng và phát triển của tảo Chlorella sp và Daphnia sp Kết quả cho thấy, hàm lượng COD giảm 65,8-88,2%; BOD5 giảm 61,4-84%; TN giảm 87,4-90,18% đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam; chỉ có hàm lượng TP có hiệu quả xử lý là 47,7-56,15% chưa đạt tiêu chuẩn Mẫu nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn sau khi nuôi tảo 9 ngày trong bố trí thí nghiệm trên đem nuôi Daphnid (0-24 giờ tuổi)/500 ml, sau 16 ngày đã lọc hoàn toàn lượng tảo trong mẫu và tốc độ sinh trưởng của Daphnia đạt từ 0,18-0,23 Hàm lượng
TN và TP tiếp tục giảm lần lượt đến 94,15%, 80% và đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn nước Ngoài ra, màu trong mẫu nước thải cũng chuyển sang màu vàng nhạt và trong hơn, không còn xanh màu tảo và dưới đáy lọ có ít cặn Nước thải ban đầu có mùi rất hôi nhưng lại không còn mùi hôi khi nuôi tảo (Võ Thị Kiều Thanh, 2012) [7]
Năm 2015, Trần Chấn Bắc cùng với các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng nước thải ao nuôi cá tra để nuôi sinh khối tảo Chlorella sp nhằm đánh giá khả năng nuôi và thu hoạch sinh khối tảo Chlorella sp từ nước thải ao nuôi cá tra thâm canh Thí nghiệm được bố trí ngoài đồng trong ô nuôi 500L với các NT (1) 500 L nước thải từ ao nuôi cá,
NT (2) 450 L nước thải từ ao nuôi cá kết hợp 50 L Chlorella sp (3.675.000 cá thể/mL) và NT (3) 450 L nước thải từ ao nuôi cá được lọc kết hợp 50 L Chlorella sp (3.675.000 cá thể/mL) với 3 lần lặp lại ở mỗi nghiệm thức Các chỉ tiêu được thu và phân tích liên tục trong 11 ngày Kết quả ở ngày thứ 2 của thí nghiệm cho thấy, mật độ và sinh khối của tảo Chlorella sp ở NT (2) và (3) cao nhất trong khi các chỉ tiêu N–NO3 - , N–NH4 + , P–PO4 3- đạt giá trị thấp nhất Mật độ và sinh khối tảo ở các NT này giảm dần vào các ngày tiếp theo cho đến khi kết thúc thí nghiệm Còn ở NT (1), mật độ và sinh khối tảo
32 tăng dần từ ngày 0 đến ngày 4 trong khi các hàm lượng Nitrogen, Phosphorus giảm Từ đó, có thể sử dụng nước thải ao cá tra để nuôi tảo Chlorella sp và thu sinh khối nhưng cần lưu ý hàm lượng Nitrogen và Phosphorus kỹ trước khi thải ra môi trường nước mặt lân cận (Trần Chấn Bắc và cs., 2015)
Nghiên cứu xử lý nước thải từ hầm ủ biogas bằng ao thâm canh tảo Spirulina sp bởi tác giả Lê Hoàng Việt cùng các cộng sự (2017) được tiến hành trên hai mô hình ao thâm canh tảo Spirulina sp Kết quả phân tích cho thấy nồng độ BOD5 , COD, TKN, TP, N–NH4 + và tổng Coliform trong nước thải đầu ra sau khi thu sinh khối tảo giảm lần lượt là 73,78%; 74,07%; 95,71%; 83,08%; 99,4% và 100%; ở HRT 3 ngày thì BOD5, COD, TKN, TP, N–NH4+ và tổng Coliform giảm 61,76%; 61,78%; 95,13%; 67,43%; 98,45% và 100% Giữa hai thời gian lưu nước, nồng độ các chỉ tiêu BOD5, COD và TP trong nước thải đầu ra khác biệt có ý nghĩa (5%); còn các chỉ tiêu TKN, N–NH4 + và tổng Coliform không khác biệt có ý nghĩa (5%) Xét về mặt sinh khối, hàm lượng Chlorophyll trong ao HRT 5 ngày là 2.369,18 ± 436,52 mg/L cao hơn so với ao HRT 3 ngày đạt 1.078,68 ± 320,53 mg/L (p 1000 con (BC05 – BC08) Đa phần các trang trại < 100 con thường chăn nuôi hộ gia đình, tổng đàn trung bình tại thời điểm thu mẫu từ 10–20 con Nước thải phát sinh tương đối ít và chủ yếu được xả trực tiếp vào kênh rạch sau quá trình vệ sinh Các trang trại có tổng đàn > 1000 con (khoảng từ 300 –5000 con heo thịt) chủ yếu chăn nuôi gia công cho công ty thực phẩm, với mô hình chăn nuôi khép kín Đặc tính nước thải chăn nuôi heo khu vực huyện Bình Chánh được thể hiện ở bảng 3.6 Các giá trị hóa lý trong nước thải đa phần đều nằm trong giới hạn cho phép QCVN 62-MT:2016/BTNMT Cột B, vì các mẫu nước thải được thu thập chủ yếu từ kênh rạch trước trại chăn nuôi Riêng mẫu BC05 được thu thập từ đầu ra bể Biogas có giá trị ô nhiễm COD khá cao (961,54 ± 90,65 mg/L) và vượt gấp 3,2 lần, BOD5 (445 mg/L) vượt gấp 4,5 lần và tổng nitơ (224,00 ± 19,80 mg/L) vượt gấp 1,5 lần quy chuẩn cho phép
Bảng 4.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu chất lượng nước thải chăn nuôi heo tại huyện Củ
Nhận xét: Nhóm nghiên cứu đã thu thập 3 mẫu nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Củ Chi, trong đó 3 mẫu thuộc nhóm đàn < 100 con Các giá trị ô nhiễm trong bảng 4.7 cho thấy các mẫu nước thải đều có chỉ tiêu pH nằm trong quy chuẩn Tuy nhiên, giá trị BOD5 vượt giới hạn cho phép, và 1/3 mẫu có nồng độ COD vượt QCVN 62- MT:2016/BTNMT Cột B Cụ thể mẫu CC02 có giá trị COD (384,62 ± 0,00 mg/L) vượt 31,2 lần và BOD5 (190 mg/L) vượt 1,9 lần giới hạn cho phép Nhìn chung, các trang trại
< 100 con phát sinh ô nhiễm trung bình thấp < 2 lần QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột
B Nguyên nhân đa số các mẫu nước thải có chỉ số COD và BOD5 đều vượt giới hạn là do các mẫu được thu tại vị trí nước mặt sau bể biogas, vì vậy chất lượng nước đầu ra vẫn chưa đạt chuẩn xả thải ra môi trường bên ngoài, đồng thời nước giàu hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa ô nhiễm môi trường nước mặt
Bảng 4.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu chất lượng nước thải chăn nuôi heo tại huyện
Ký hiệu Tổng đàn pH COD
Nhận xét: Nhóm nghiên cứu đã thu thập 9 mẫu nước thải chăn nuôi tại khu vực huyện Hóc Môn Có 5 mẫu thuộc nhóm đàn < 100 con và 4 mẫu thuộc nhóm đàn từ 100 – 1000 con Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại bảng 3.8 cho thấy giá trị pH của các mẫu đều nằm trong giới hạn Ngoài ra, 5/9 mẫu vượt tất cả các chỉ tiêu (COD, BOD5, TN) trong QCVN 62-MT:2016/BTNMT Cột B Bên cạnh đó, mẫu HM01 có chỉ số ô nhiễm COD và BOD5 cao nhất lần lượt là 2564,10 ± 0,00 mg/L và 960 mg/L Một số lý do khiến nước thải chăn nuôi heo khu vực Hóc Môn có nồng độ ô nhiễm cao (1): Đa phần các mẫu thu thập đều ở quy mô chăn nuôi hộ gia đình, vì vậy việc xử lý chất lượng nước thải trước khi ra môi trường vẫn chưa được quan tâm, (2): Một số trang trại chăn nuôi quy mô nhỏ chưa có hệ thống biogas, nước thải được thải bỏ trực tiếp ra hố chứa nước xung quanh trại, việc này dẫn đến nồng độ ô nhiễm tích tụ lâu ngày, phát sinh ruồi, nhặng và các vi sinh vật gây bệnh Đánh giá chung: Trong bài nghiên cứu này đã thu tổng cộng 20 mẫu nước thải chăn nuôi So sánh QCVN 62-MT:2016/BTNMT Cột B có thể thấy có đến 11/20 mẫu có chỉ số COD vượt ngưỡng, chiếm tỉ lệ 55% Trong đó mức ô nhiễm cao nhất vượt 8,55 lần (2564,10 ± 0,00 mg/L) 13/20 mẫu có chỉ tiêu BOD5 vượt ngưỡng, chiếm tỉ lệ 65% 8/20 mẫu có chỉ tiêu TN vượt giới hạn cho phép chiếm tỷ lệ 40% Kết quả cho thấy một số hộ dân chăn nuôi heo chưa quan tâm đến vấn đề xử lý nước thải, một số hiện trạng vẫn còn tồn tại trong khâu xử lý nước thải như: thải bỏ trực tiếp nước thải ra kênh rạch, hệ thống biogas hoạt động chưa được hiệu quả hoặc quá tải, hay nước thải chưa xử lý được chứa trong các ao, mương xung quanh nhà Việc này sẽ gây hậu quả không nhỏ
60 đến chất lượng môi trường sống và chất lượng sức khỏe của người dân Vì vậy vấn đề này cần được quan tâm và đưa ra những giải pháp nhằm xử lý triệt để, nếu không nước thải chăn nuôi sẽ là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường vùng nông thôn ở đây
4.1.2 Nội dung 1.2: Kết quả phân lập và định danh vi tảo
• Tăng sinh khối tảo trong môi trường lỏng
Hình 4.2 Bố trí thí nghiệm tăng sinh vi tảo trong môi trường lỏng
Hình 4.3 Mẫu BC01, BC02, BC03, CC01, CC02 (từ trái qua phải) sau 7–10 ngày tăng sinh chọn lọc
• Phân lập trên môi trường bổ sung agar
Sau quá trình làm giàu sinh khối vi tảo, tiến hành pha loãng mẫu và trải đĩa trên môi trường Sorokin & Kause ở dạng thạch với 4 nồng độ: 10 -1 , 10 -2 , 10 -3 và 10 -4 Các khuẩn lạc màu xanh xuất hiện sau 3-5 ngày và có thể quan sát bằng mắt thường, những ngày kế tiếp, khuẩn lạc bắt đầu tăng dần về kích thước
Hình 4.4 Các đĩa được pha loãng và cấy trải ở 4 nồng độ 10 -1 , 10 -2 , 10 -3 và 10 -4
Hình 4.5 Hình ảnh một số chủng tảo đã cấy thuần trên đĩa thạch
Sau 7 ngày, tiến hành tách rời các khuẩn lạc đơn lẻ, cấy chuyền sang đĩa mới bằng phương pháp cấy ria nhằm làm thuần các chủng mục tiêu
Khuẩn lạc sau khi cấy ròng lần 3
Hình ảnh khuẩn lạc trên kính soi nổi Stemi 305
Tế bào tảo đếm trên buồng đếm hồng cầu Hình 4.6 Hình ảnh khuẩn lạc và tế bào vi tảo trong quá trình phân lập
Quá trình cấy ria được lặp lại khoảng 3−4 lần, kiểm tra đại thể và vi thể từng đợt để xác định đúng chủng cần tìm, cho đến khi các khuẩn lạc trên đĩa thạch có hình dạng đồng nhất, không bị nhiễm tạp và hình thái tương đồng với chủng cần phân lập thì dừng lại
BC03 CC03 HM08 ĐN03 ĐN06 LA01
Bảng 4.7 Kết quả đặc điểm hình thái khuẩn lạc chủng tảo mục tiêu
1 BC01 Hình ovan Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,5
2 BC02 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,5
3 BC03 Hình ovan Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 5,5
4 BC04 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,0
7 BC07 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 8,5
8 BC08 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 5,5
11 CC02 Hình ovan Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,5
12 CC03 Hình ovan Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 7,0
22 HM01 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,5
24 HM03 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 5,5
28 HM07 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,0
29 HM08 Hình cầu Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 6,5
30 HM09 Hình ovan Nhẵn Trơn, có 1 nhân bên trong Xanh lá tươi 5,5
Chú thích: Trong bảng 4.7 có các dòng được tô đen Điều đó có nghĩa là các mẫu đó không có tảo phát triển trong môi trường Sorokin dạng lỏng
Kết quả kiểm tra hình thái khuẩn lạc và kích thước của các chủng vi tảo mục tiêu cho thấy: đa số khuẩn lạc có hình ovan hoặc hình cầu; có màu xanh lá tươi; bề mặt trơn nhẵn; cú chứa 01 nhõn bờn trong; kớch thước trung bỡnh đo được từ 5-7 àm Cỏc đặc điểm hình thái được ghi nhận đặc trưng cho nhóm tảo đơn bào Chlorella sp Tiêu chí phân loại dựa theo kết quả trong nghiên cứu của Shihira & Krauss (1965) [92]
5 Định danh sinh học phân tử vi tảo Chlorella sp
Sau quá trình phân lập nghiên cứu lựa chọn các chủng mục tiêu phát triển mạnh trên môi trường nuôi cấy (Sorokin & Krauss), các chủng vi tảo được tuyển chọn bằng phương pháp hình thái học dựa trên các tiêu chí về kích thước, hình dáng và màu sắc được mô tả theo Shihira & Krauss [92] Sau đó, tiến hành định danh sinh học phân tử bằng cách gửi mẫu đến Công ty TNHH Đầu tư Thương mại Dịch vụ Công Phát (MST: 0315665833)
Bảng 4.8 Kết quả định danh vi tảo
STT Tên mẫu Loài Mã số Độ tương đồng
13 HM09 Chlorella sorokiniana KF673387.1 1677/1681 (99,76%) Kết quả ghi nhận được sau khi giải trình tự gen gồm:
• 10 chủng Chlorella sorokiniana (BC02, BC03, BC07, CC02, CC03, HM1, HM3, HM7, HM8, HM9);
Kết quả định danh sinh học phân tử cho thấy sự đa dạng các chủng vi tảo thu thập được từ môi trường nước thải chăn nuôi cụ thể: 11 chủng vi tảo Chlorella sp đã được phân lập trong môi trường tự nhiên Kết quả nghiên cứu tương đồng với nghiên cứu của Nguyễn Thị Kim Huệ và các cộng sự (2021) khi đã phân lập được 12 dòng vi tảo trong nguồn nước thải tự nhiên, trong đó có 4 dòng vi tảo Chlorella sp và 2 trong số đó cho hiệu suất xử lý nitrat và photpho đều trên 85% [102] Kết quả phân lập và định danh đã cung cấp thêm bằng chứng về sự hiện diện, thích nghi và phát triển của chủng vi tảo này trong môi trường tự nhiên nói chung và môi trường ô nhiễm hữu cơ như nước thải chăn nuôi nói riêng.
Nội dung 2: Tuyển chọn và nhân sinh khối vi tảo Chlorella sp có khả năng xử lý ô nhiễm nito và photpho
xử lý ô nhiễm nito và photpho
4.2.1 Nội dung 2.1: Sàng lọc in vitro vi tảo Chlorella sp có khả năng xử lý ô nhiễm
Các chủng tảo được nuôi trong môi trường Sorokin S Krauss (môi trường dinh dưỡng thuận lợi cho tảo phát triển) và được bổ sung KH2PO4 -, NaNO3, NH4Cl để đạt nồng độ tương ứng như nguồn ô nhiễm nhân tạo ban đầu Kết quả nghiên cứu của Othman và các cộng sự (2013), nồng độ TNtrong nước thải chăn nuôi sau biogas trong khoảng 184 - 650 mg/L [91] tương đồng với kết quả phân tích nguồn nước thải chăn nuôi trong nghiên cứu này Vì vậy nhóm nghiên cứu đã chọn khảo sát nồng độ NH4 + và
65 nồng độ NO3 - ở khoảng 160 mg/L Mặt khác theo kết quả phân tích chỉ tiêu PO4 3- trong nước thải chăn nuôi cho thấy chủ yếu nồng độ ô nhiễm dao động từ 0,5 mg/L – 10 mg/L chiếm tỷ lệ 77,5% (theo bảng 3.6 đến bảng 3.10) chính vì vậy nhóm nghiên cứu chọn nồng độ PO4 3- trong khoảng 4 mg/L để phù hợp với nồng độ ô nhiễm trong tự nhiên
Chủng vi tảo thí nghiệm: chủng vi tảo Chlorella sorokiniana (BC02, BC03, BC07, CC02, HM1, HM3, HM7, HM8, HM9), chủng vi tảo Chlorella chlorelloides
(CC03) và chủng vi tảo Chlorella sp (BC08) được phân lập từ nguồn nước thải chăn nuôi heo
4.2.1.1 Phát triển sinh khối của các chủng vi tảo trong môi trường ô nhiễm nhân tạo
Kết quả hình 4.7 cho thấy các chủng vi tảo Chlorella sp ngày đầu tiên nuôi cấy có khối lượng sinh khối khô (SKK) dao động từ 0,023 ± 0,05 mg/mL đến 0,25 ± 0,04 mg/mL Sau thời gian nuôi cấy trên môi trường ô nhiễm nhân tạo, khối lượng SKK thu được từ các chủng vi tảo có sự khác biệt rõ rệt Trong đó chủng CC02 có sự phát triển tốt nhất với giá trị SKK đạt 1,46 ± 0,07 mg/mL vào ngày nuôi thứ 9 (tăng 26 lần so với ngày đầu tiên)
Hình 4.7 Sự tăng sinh khối các chủng vi tảo trong môi trường nhân tạo
BC02BC03BC07BC08CC02CC03HM01HM03HM07HM08HM09
Hình 4.8 Hình ảnh sinh trưởng của các chủng vi tảo vào ngày nuôi thứ nhất và ngày nuôi thứ 12 Bảng 4.9 Thông số tăng trưởng của các chủng vi tảo
Năng suất sinh khối (mg/mL/ngày)
Tốc độ tăng trưởng (ngày -1 )
Thời gian thế hệ (ngày/thế hệ)
Tốc độ phân chia (lần/ngày) BC02 0,12± 0,06 0,29 a b ± 0,04 2,40 a ± 0,32 0,42 a b ± 0,06
Các giá trị trong bảng là trung bình của 3 lần lặp lại Các giá trị trong cùng một cột cùng mẫu tự (a, b,c) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95% ns: sai biệt không có ý nghĩa Để so sánh tăng trưởng của các chủng vi tảo trong môi trường nước thải nhân tạo, các thông số bao gồm: năng suất sinh khối (mg/mL/ngày), tốc độ tăng trưởng (ngày -1 ), thời gian thế hệ (ngày/thế hệ) và tốc độ phân chia (lần/ngày) đã được tính toán Kết quả bảng 3.14 cho thấy tốc độ tăng trưởng của chủng CC02 cao nhất với à đạt 0,42± 0,08 ngày -1 , theo sau là chủng BC02 và BC07 với tốc độ tăng trưởng à đều đạt được 0,29± 0,04 ngày -1 (khác biệt có ý nghĩa thống kê với các chủng tảo còn lại p – value < 0,05) và thấp nhất là chủng HM03 với à đạt 0,14± 0,01 ngày -1 Kết quả cho thấy mụi trường giàu dinh dưỡng nitơ và photpho trong tự nhiên đã giúp cho việc tăng sinh khối các chủng tảo Ngoài ra, nghiên cứu cũng cho thấy tùy thuộc vào mỗi chủng tảo và mỗi vùng phân lập mà khả năng đồng hóa chất ô nhiễm để tổng hợp tế bào là khác nhau Theo nghiên cứu của K Sunjin (2013) cho rằng trong trường hợp amoniac là nguồn nitơ, sản lượng sinh khối của tảo tăng lên khi nồng độ NH4 + tăng từ 10 – 160 mg/L Tuy nhiên trong môi trường có chứa NH4 + cao có thể gây ức chế phát triển của chủng C sorokiniana do pH giảm khi có mặt H + trong quá trình chuyển hóa amoniac Mặt khác khi nồng độ NO3 - > 80 mg/L có thể gây ức chế sinh trưởng của các chủng vi tảo do nồng độ nitrat cao làm tăng hoạt động của quá trình khử nitrat, khiến nitrit tích lũy ảnh hưởng đến phát triển của chủng vi tảo C sorokiniana [94]
4.2.1.2 Khả năng hấp thụ nitơ và photpho của các chủng vi tảo a Khả năng đồng hóa NH 4 +
Biểu đồ hình 4.9 cho thấy có sự thay đổi nồng độ NH4 + trong môi trường nuôi cấy ở các chủng vi tảo Trong 12 ngày nuôi cấy, nồng độ NH4 + giảm từ 162,09 ± 6,95 mg/L (ngày đầu tiên) xuống 72,51 ± 1,82 mg/L đến 130,53 ± 4,48 mg/L, hiệu suất loại bỏ cao nhất đạt 55,27± 1,12% ứng với chủng vi tảo CC02 (khác biệt có ý nghĩa thống kê với các chủng còn lại p – value < 0,05) và hiệu suất thấp nhất đạt 19,47± 2,76% ứng với chủng Chl1
Chủng CHL1 là chủng tảo Chlorella vulgaris được sử dụng để làm mẫu đối chứng
Hình 4.9 Nồng độ NH 4 + thay đổi theo thời gian ở các chủng vi tảo khác nhau
Các chủng vi tảo còn lại có hiệu suất loại bỏ NH4 + dao động từ khoảng 20–40% (bảng 4.10) Kết quả nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu của K Sunjin và cộng sự (2013) khi thực hiện khảo sát đánh giá khả năng loại bỏ NH4 + của chủng vi tảo Chlorella sp Kết quả cho rằng hiệu quả loại bỏ amoni giảm khi nồng độ nitơ đầu vào càng tăng [94] Với hiệu suất loại bỏ tối đa ở nồng độ 160 mg NH4 +/L là 50,6% Theo nghiên cứu của Phang và cộng sự (2021) đã nuôi cấy tảo Chlorella vulgaris trong nước thải nhà máy dầu cọ, theo dõi 7 ngày liên tục và kết quả hiệu suất loại bỏ amoni là 53,1% [104]
Nhìn chung: Nitơ rất cần thiết cho sự phát triển của vi tảo, đặc biệt là nitơ dưới dạng NH4 + khi hiệu suất loại bỏ của NH4 + cao hơn so với hiệu suất loại bỏ của NO3 - Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng vi tảo có xu hướng sử dụng amoni nhiều hơn nitrat, nitrit do việc này không đòi hỏi nhiều năng lượng và sử dụng nitrat chỉ xảy ra khi amoni được sử dụng hoàn toàn [51]
Bảng 4.10 Hiệu suất loại bỏ NH 4 + trong nước của một số chủng vi tảo
BC02BC03BC07BC08CC02CC03HM01HM03HM07HM8HM09CHL1
Các giá trị trong bảng là trung bình của 3 lần lặp lại Các giá trị trong cùng một cột cùng mẫu tự (a, b,c, d, e, f) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95% b Khả năng đồng hóa NO 3 -
Kết quả đồ thị 4.10 cho thấy sau từ 1 đến 2 ngày nuôi cấy, nồng độ nitrat trong môi trường nuôi các chủng vi tảo có xu hướng giảm (ngoại trừ môi trường nuôi cấy chủng Chl1), tuy nhiên từ ngày nuôi thứ 4 trở đi, nồng độ NO3 - trong môi trường lại tăng nhưng không đều qua các mẫu tảo và bắt đầu giảm dần từ ngày thứ 6 cho đến cuối thí nghiệm sau 14 ngày theo dõi
Chủng CHL1 là chủng tảo Chlorella vulgaris được sử dụng để làm mẫu đối chứng
BC02BC03BC07BC08CC02CC03HM01HM03HM07HM08HM09CHL1
Hình 4.10 Nồng độ NO 3 - thay đổi theo thời gian ở các chủng vi tảo khác nhau
Trong quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh, một phần ammonium sẽ chuyển thành nitrit hoặc nitrat bởi vi khuẩn nitrat hóa Tuy nhiên quá trình này vẫn xảy ra trong môi trường nuôi cấy vi tảo và không có sự tham gia của vi khuẩn nitrat hóa Cùng quan điểm trên, tác giả Lý Thị Ái Duyên và cộng sự (2022) đã chỉ ra rằng vi tảo có thể sử dụng NO3 - như một nguồn dinh dưỡng để tổng hợp tế bào khi nguồn NH4 + cạn kiệt [105] Nghiên cứu của He và cộng sự (2013) cũng chỉ ra rằng tảo dễ dàng sử dụng NH4 + hơn khi NH4 + và NO3 - cùng tồn tại trong môi trường, do các enzyme cần thiết khử nitrat bị vô hiệu hóa bởi sự đồng hóa amoni [88] Kết quả bảng 3.16 cho thấy hiệu suất loại bỏ NO3 - cao nhất đạt 24,94 ± 2,21% khi loại bỏ NO3 - ban đầu từ 158,14 ± 5,53 mg/L xuống 118,70 ± 3,49 mg/L ở chủng vi tảo CC02 và hiệu suất loại bỏ thấp nhất gần như bằng không với chủng tảo Chl1
Bảng 4.11 Hiệu suất loại bỏ NO 3 - trong nước của một số chủng vi tảo
Các giá trị trong bảng là trung bình của 3 lần lặp lại Các giá trị trong cùng một cột cùng mẫu tự (a, b, c, d, e, f) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95% c Khả năng đồng hóa PO 4 3-
Ngoài nitơ, photpho cũng đóng vai trò quan trọng đối với sự sinh trưởng của vi tảo bởi vì nó là nhân tố quan trọng cho sự trao đổi chất của tế bào Đồ thị hình 4.11 cho thấy lượng phosphate có xu hướng tăng trong các ngày đầu theo dõi do ở các ngày đầu tiên, sự thay đổi môi trường đột ngột làm chủng vi tảo bị ức chế, lượng sinh khối tảo chết giải phóng một lượng phosphate vào trong môi trường nuôi cùng với lượng phosphate sẵn có trong môi trường làm nồng độ phosphate tăng Sau ngày nuôi cấy thứ
6 lượng phosphate bắt đầu giảm đáng kể Kết quả (bảng 4.12) cho thấy hiệu suất loại bỏ
PO4 3- trong nước thải khác nhau ở các chủng vi tảo Cụ thể hiệu suất loại bỏ PO4 3- cao nhất đạt 61,34 ± 2,95% đối với chủng CC02 khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các chủng còn lại (p – value < 0,05) và thấp nhất đạt 2,88 ± 0,24% với chủng tảo BC07 Nghiên cứu của Saidu và cộng sự (2017) sau 15 ngày nuôi cấy Chlorella sorokiniana trong nước thải nhà máy dầu cọ, hiệu suất loại bỏ photpho dao động 30,6−39,5% [106] Ngoài ra nghiên cứu của Aslan và cộng sự (2006) cho thấy khả năng xử lý PO4 3- của
Chlorella vulgaris khá thấp khi chỉ có thể loại bỏ 7,7 mg/L nồng độ PO4 3- ban đầu với hiệu suất 78% [107]
Hình 4.11 Nồng độ PO 4 3- thay đổi theo thời gian ở các chủng vi tảo khác nhau
BC02BC03BC07BC08CC02CC03HM01HM03HM07HM08HM09CHL1
Theo các nghiên cứu, chủng vi tảo bị ức chế khi nồng độ PO4 3- lớn hơn 4 mg/L Tuy photpho là một trong những nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi tảo nhưng vi tảo không cần một lượng lớn photpho, vì tế bào tảo chứa ít hơn 1% [108] Ngoài ra khả năng hấp thụ photpho là khác nhau và có thể do di truyền ở mỗi chủng vi tảo [109]
Bảng 4.12 Hiệu suất loại bỏ PO 4 3- trong nước của một số chủng vi tảo
Các giá trị trong bảng là trung bình của 3 lần lặp lại Các giá trị trong cùng một cột cùng mẫu tự (a, b,c, d, e, f, g, h) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%
Nội dung 3: Xây dựng quy trình xử lý chất ô nhiễm nito, photpho trong nước thải chăn nuôi bằng vi tảo Chlorella sp
4.3.1 Nội dung 3.1: Đánh giá ảnh hưởng của mật độ tảo Chlorella sp ban đầu đến khả năng xử lý ô nhiễm nito và photpho trên nền nước thải thực tế
Từ kết quả tuyển chọn của thí nghiệm trong nội dung 1 đã chọn ra chủng tảo CC02 có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt nhất trong các khoảng nồng độ với hiệu suất loại bỏ NH4 +, PO4 3-, TN, TP là cao và tối ưu nhất so với các chủng tảo còn lại
Hình 4.13 Mật độ qua các ngày của chủng tảo CC02
Mật độ tảo tăng dần qua các ngày ở các nghiệm thức khác nhau, nguyên nhân là do mật độ tảo đầu vào tăng dần từ NT1 đến NT4 Các nghiệm thức có xu hướng tăng trưởng tương đối giống nhau Tuy nhiên NT4 tăng trưởng cao nhất với mật độ đạt 5×10 6 tế bào/mL vào ngày nuôi thứ 9 và sau đó có xu hướng giảm, các nghiệm thức còn lại đều có xu hướng giảm sau ngày nuôi thứ 12
5 Khả năng hấp thụ nito và photpho trong nước thải chăn nuôi heo của chủng tảo CC02
Hình 4.14 pH sau 14 ngày nuôi chủng tảo CC02 pH sau 14 ngày nuôi có xu hướng giảm so với đầu vào và đạt quy chuẩn xả thải cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT Tuy nhiên trong quá trình nuôi pH có xu hướng tăng giảm không đều, nhưng nhìn chung vẫn nằm trong giới hạn và đều có xu hướng giảm vào cuối thí nghiệm
Hình 4.15 Khả năng đồng hóa nitơ và phốt pho vô cơ của chủng tảo CC02
Nồng độ PO4 3- có xu hướng tăng dần qua các nghiệm thức, duy nhất đối với nghiệm thức đối chứng là giảm so với đầu vào Ngược lại, đối với nồng độ NH4 + có xu hướng giảm dần qua từng nghiệm thức và NT4 có nồng độgiảm thấp nhất Sự khác biệt trên có thể giải thích do mật độ tảo đầu vào tương đối thấp ở NT1 và NT2 nên ảnh hưởng đến khả năng đồng hóa chất dinh dưỡng của tảo, ngược lại NT3 và NT4 có mật độ tảo đầu vào cao hơn nên khả năng đồng hóa chất dinh dưỡng cũng có xu hướng cao hơn Mặc dù vi tảo sử dụng dinh dưỡng nitơ và phốt pho ở dạng vô cơ, nhưng trong nước thải
NT1 NT2 NT3 NT4 pH
VÀO ĐỐI CHỨNG NT1 NT2 NT3 NT4
0 20 40 60 80 100 120 ĐẦU VÀO ĐỐI CHỨNG NT1 NT2 NT3 NT4
77 chăn nuôi còn có chất hữu cơ mà chất hữu cơ theo thời gian sẽ phân hủy thành chất vô cơ, nên nồng độ tăng hay giảm còn phụ thuộc vào tốc độ phân hủy chất dinh dưỡng và khả năng đồng hóa cũng như mật độ tế bào tảo
Hình 4.16 Nồng độ TN sau 14 ngày xử lý bằng chủng tảo CC02
Hình 4.16 cho thấy nồng độ TN ở tất cả nghiệm thức đều có xu hướng giảm Nghiệm thức đối chứng có nồng độ TN giảm so với đầu vào, nhưng chưa đạt quy chuẩn xả thải cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT Các nghiệm thức còn lại có nồng độ
TN giảm tương đối nhiều so với nồng độ đầu vào và đều đạt quy chuẩn xả thải cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT Tương ứng với hiệu suất loại bỏ khi chỉ có nghiệm thức đối chứng có hiệu suất thấp nhất, còn các nghiệm thức còn lại có hiệu suất loại bỏ
TN tương đối cao và NT3 có hiệu suất loại bỏ TN cao nhất Nguyên nhân là do nghiệm thức đầu vào không bổ sung tảo nên nồng độ TN không được hấp thụ bằng các nghiệm thức có bổ sung tảo
Bảng 4.14 Hiệu suất loại bỏ TN của chủng CC02 trong nước thải chăn nuôi
Nghiệm thức Hiệu suất TN (%) ĐC 15,69 d ± 0,77 NT1 45,58 c ± 2,15 NT2 50,64 bc ± 1,86 NT3 58,71 a ± 2,77
Hình 4.17 Nồng độ TP sau 14 ngày xử lý bằng chủng tảo CC02
Nhìn chung tất cả các nghiệm thức đều có xu hướng giảm Nghiệm thức đối chứng và NT1 NT2 NT4 đều có nồng độ TP giảm xuống tương đối thấp so với đầu vào và hiệu suất loại bỏ ở các nghiệm thức trên không có khác biệt có ý nghĩa (p