xử lý nước thải từ nhà máy của công ty cổ phẩn thuốc sát trùng cần thơ bằng 2 dòng vi tảo chlorella sp. và scenedesmus sp.

Chất lượng nước đo đạc được rất khác nhau tùy theo vị trí và những yếu tố bao gồm mật độ dân cư, mức độ công nghiệp hóa và phát triển kinh tế,… Ô nhiễm môi trường chủ yếu do sự tác động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ NHÀ MÁY CỦA CÔNG TY CỔ PHẨN THUỐC SÁT TRÙNG CẦN THƠ BẰNG 2 DÒNG VI

TẢO Chlorella sp VÀ Scenedesmus sp

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS TS NGUYỄN HỮU HIỆP

SINH VIÊN THỰC HIỆN

BÙI HOÀNG KHANG MSSV: 3092477

LỚP: CNSH TT K35

PHẦN KÝ DUYỆT

(ký tên) (ký tên)

PGS TS Nguyễn Hữu Hiệp Bùi Hoàng Khang

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN

………

………

………

………

………

Cần Thơ, ngày tháng năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(ký tên)

LỜI CẢM TẠ

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã nhận được sự hỗ trợ và động viên giúp đỡ tận tình của cha mẹ, quý thầy cô, các anh chị và các bạn để em có thể hoàn thành tốt luận văn này Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến:

PGS TS Nguyễn Hữu Hiệp đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện thuận lợi từ việc định hướng luận văn, theo dõi tiến trình thí nghiệm, giải quyết những vấn đề phát sinh trong lúc làm thí nghiệm cũng như lúc viết luận văn

Quý Thầy Cô Viện NC và PT Công nghệ Sinh học đã quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất cho em nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Quý thầy cô, các anh, chị quản lý các phòng thí nghiệm của Viện NC và PT Công nghệ Sinh học cũng như dự án AKIZ cùng các bạn lớp Công nghệ Sinh học Tiên Tiến Khóa 35 đã hỗ trợ thực hiện các quy trình và cách thức sử dụng trang thiết bị phục vụ cho đề tài

Tôi xin gửi lời tri ân đến gia đình, người thân và bạn bè đã ủng hộ về mặt vật chất cũng như tinh thần để tôi an tâm hoàn thành tốt đề tài của mình

Xin kính chúc quý Thầy cô, ba mẹ, các anh chị dồi dào sức khỏe và chúc các bạn lớp Công nghệ Sinh học Tiên Tiến Khóa 35 báo cáo luận văn thành công tốt đẹp Tôi xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2013

Bùi Hoàng Khang

TÓM TẮT

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang nhận được rất nhiều sự quan tâm của

xã hội Đặc biệt, nhiều nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt và sức khỏe của người dân Trong khi đó, Chlorella sp và Scenedesmus sp là hai dòng vi tảo đã được ứng dụng để xử lý nhiều dạng nước thải từ lâu và có tiềm năng xử lý nước thải công nghiệp rất lớn

Kết quả đề tài cho thấy quá trình xử lý bằng phương pháp oxy hóa đã làm giảm độc tính cũng như chỉ số COD nhưng hàm lượng một số kim loại nặng như đồng, niken

và kẽm lại tăng lên Tuy nhiên, nếu kết hợp với phương pháp xử lý sử dụng vi tảo Chlorella sp sẽ loại trừ các kim loại nặng đó cũng như các kim loại nặng còn tồn đọng khác như nhôm và sắt Ngược lại, vi tảo cũng cần bước xử lý bằng phương pháp oxy hóa làm giảm độc tính để phát triển được và làm giảm chỉ số COD thấp hơn nữa Kết hợp các phương pháp xử lý bằng hóa học ban đầu và sau đó phương pháp sinh học được đánh giá là phù hợp nhất để xử lý được nước thải từ nhà máy công ty thuốc sát trùng Cần Thơ

Từ khóa: Chlorella sp., COD, kim loại nặng, Scenedesmus sp

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Sơ lược về tảo 2

2.1.1 Ứng dụng của tảo 3

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của vi tảo 3

2.1.3 Phương pháp nuôi vi tảo 4

2.1.4 Một số phương pháp xác định quá trình sinh trưởng của vi tảo 5

2.2 Sơ lược về Scenedesmus sp 6

2.3 Sơ lược về Chlorella sp 7

2.4 Khả năng xử lý nước thải độc hại của tảo 9

2.4.1 Khả năng xử lý kim loại nặng của tảo 9

2.4.2 Khả năng xử lý hợp chất phenol của tảo 10

2.4.3 Khả năng xử lý thuốc trừ sâu của tảo 12

2.5 Giới thiệu các chỉ tiêu của nước thải từ nhà máy thuốc trừ sâu 13

2.5.1 LUMIStox 13

2.5.1 Nitritox 14

2.5.1 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) 14

CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

3.1 Phương tiện nghiên cứu 16

3.1.1 Thời gian và địa điểm 16

3.1.2 Dụng cụ, thiết bị 16

3.1.3 Vật liệu 17

3.2 Phương pháp nghiên cứu 17

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

4.1 Khảo sát sự phát triển của hai dòng vi tảo trong hai loại nước thải từ nhà máy sản xuất thuốc sát trùng Cần Thơ 19

4.2 Khảo sát chỉ số Nitritox của các nghiệm thức 21

4.3 Khảo sát chỉ số Lumistox của các nghiệm thức 22

4.4 Khả năng làm giảm chỉ số chỉ số COD của 2 dòng vi tảo 23

4.5 Khảo sát khả năng xử lý kim loại nặng của hai dòng vi tảo 24

4.5.1 Nhôm 24

4.5.2 Đồng 25

4.5.3 Sắt 26

4.5.4 Niken 27

4.5.4 Kẽm 28

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 29

5.1 Kết luận 29

5.2 Đề nghị 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

PHỤ LỤC 1

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo 5Bảng 2 Chỉ số Lumistox của các nghiệm thức nước thải loại 2 22

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 Tảo Scenedesmus sp 6

Hình 2 Tảo Chlorella sp 8

Hình 3 Mật số của hai dòng vi tảo trong hai loại nước thải 19

Hình 4 Bố trí thí nghiệm ở ngày thứ nhất 20

Hình 5 Bố trí thí nghiệm ở ngày thứ hai 20

Hình 6 Bố trí thí nghiệm ở ngày thứ năm 20

Hình 7 Chỉ số Nitritox của các nghiệm thức 21

Hình 8 Chỉ số Lumistox của các nghiệm thức nước thải loại 2 22

Hình 9 Chỉ số COD của các nghiệm thức 23

Hình 10 Hàm lượng nhôm trong các nghiệm thức 24

Hình 11 Hàm lượng đồng trong các nghiệm thức 25

Hình 12 Hàm lượng sắt trong các nghiệm thức 26

Hình 13 Hàm lượng niken trong các nghiệm thức 27

Hình 14 Hàm lượng kẽm trong các nghiệm thức 28

CÁC TỪ VIẾT TẮT

AKIZ: IntegriertesAbwasserkonzept für Industriezonen

BBM: bold-basal medium

COD: chemical oxygen demand

TEM: transmission electron microscopy

EC: effective concentration

TAG: triacylglyceride

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang nhận được rất nhiều sự quan tâm của

xã hội Nhiều điều luật môi trường được soạn thảo và thông qua với những điều kiện ngày càng khắt khe hơn Vì thế, cuộc chiến với ô nhiễm đã được bắt đầu với mục tiêu bảo vệ sức khỏe, môi trường và phát triển bền vững

Ngày nay, mặc dù tầm quan trọng chiến lược của nước đã được công nhận rộng rãi, mặc dù những vấn đề liên quan đến chiến lược quản lý nước bền vững có thể được nhận thấy ở mọi hoạt động khoa học, xã hội cũng như chính trị, tài nguyên nước vẫn đang gặp phải những khó khăn nghiêm trọng về số lượng cũng như chất lượng Đi kèm với sự công nghiệp hóa và phát triển kinh tế là tình trạng ô nhiễm môi trường nặng nề được nhận thấy ở nhiều nơi trên thế giới

Chất lượng nước là một vấn đề sống còn ở Đồng bằng Sông Cửu Long Chất lượng nước đo đạc được rất khác nhau tùy theo vị trí và những yếu tố bao gồm mật độ dân cư, mức độ công nghiệp hóa và phát triển kinh tế,… Ô nhiễm môi trường chủ yếu

do sự tác động của con người, xảy ra khi nồng độ các chất có trong tự nhiên tăng đột biến hoặc những loại hóa chất tổng hợp bị thải ra môi trường Đặc biệt, nhiều nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh

hoạt và sức khỏe của người dân Trong khi đó, Chlorella sp và Scenedesmus sp là hai

dòng vi tảo đã được ứng dụng để xử lý nhiều dạng nước thải từ lâu và có tiềm năng xử

lý nước thải công nghiệp rất lớn

1.2 Mục tiêu

Xác định được khả năng sử dụng 2 dòng vi tảo Chlorella sp và Scenedesmus sp

để xử lý nước thải đã qua các bước tiền xử lý bằng hóa lý

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về tảo

Tảo là những sinh vật thường được mô tả như quang tự dưỡng đơn bào hay sinh vật đa bào thiếu tổ chức hình thái phức tạp, và gần đây đã được phân loại lại nhiều lần trong sinh học theo tiến bộ kỹ thuật trên cơ sở đặc điểm di truyền phân tử để xác định chính xác các mối quan hệ tiến hóa Trong lịch sử, tảo cũng bao gồm khuẩn lam và vi khuẩn quang hợp hiếu khí Vi tảo thường hiệu quả hơn các loài thực vật trên cạn trong việc sử dụng ánh sáng mặt trời, CO2, nước và chất dinh dưỡng khác thể hiện qua năng suất sinh khối cao hơn và tốc độ tăng trưởng cao hơn Chúng cũng có thể phát triển trong nhiều loại môi trường nước và có thể được trồng mà không sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu (Gouveia và SpringerLink, 2011; Richmond, 2004)

Nhiều vi tảo phát triển khá nhanh chóng và sinh sản của chúng xảy ra chủ yếu do

sự phân chia tế bào sinh dưỡng (sinh sản vô tính), mặc dù sinh sản hữu tính có thể xảy

ra ở một số loài trong điều kiện tăng trưởng thích hợp Có năm nhóm chính của vi tảo, trong đó khác nhau chủ yếu trong thành phần sắc tố, thành phần sinh hóa, cấu trúc tế bào và chu kỳ sống, đó là tảo cát (Bacillariophyta), tảo lục (Chlorophyta), Prymnesiophyta hoặc Haptophyta và Eustigmatophyta cùng với khuẩn lam Chlorophyta (Green Algae)

Các loại tảo lục là một nhóm lớn của tảo mà từ đó thực vật bậc cao xuất hiện Các loại tảo xanh bao gồm có roi đơn bào hay tập đoàn, thường nhưng không luôn luôn

có hai roi cho mỗi tế bào Có khoảng 6.000 loài tảo xanh Nhiều loài sống đơn bào, trong khi các loài khác hình thành tập đoàn hoặc sợi dài

Hầu như tất cả các dạng đều có lục lạp chứa chlorophyll a và b, đem lại cho chúng một màu xanh sáng (cũng như các sắc tố phụ beta carotene và xanthophyll), và đã xếp chồng lên nhau màng thylakoid (van den Hoek et al., 1995) Tất cả các loại tảo xanh có

ty thể với cristae phẳng Các sản phẩm dự trữ cho các thành viên của nhóm này là tinh bột, amylose và amylopectin (liên kết α-1,4-polyglucans), và được tìm thấy bên trong lục lạp Tinh bột (được xem như là hạt màu trắng với TEM) thường có thể quan sát xung quanh pyrenoid, một cấu trúc hình cầu khác biệt trong lục lạp

2.1.1 Ứng dụng của tảo

Vi tảo được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực phụ thuộc vào nhu cầu của con người Toàn bộ sinh khối vi tảo có thể được sử dụng như một nguồn protein có giá trị hoặc có thể được dùng để trích enzyme và sắc tố Một số nghiên cứu đã cho thấy tiềm năng của

vi tảo như một nguồn dược liệu; chế phẩm có chứa tảo Spirulina được dùng để giúp làm lành vết thương, Scenedesmus đã được thử nghiệm và phát huy tác dụng trên điều trị các bệnh về da như eczema và một số hợp chất tảo đã cho thấy khả năng ức chế virus HIV (Becker, 1994; Gustafson et al., 1989) Vi tảo cũng đã được sử dụng như một nguồn

bổ sung dinh dưỡng, chất phụ gia cho mỹ phẩm, xử lý nước thải và nhiên liệu sinh học (Aslan và Kapdan, 2006; Becker, 1994; Feng et al., 2011; Gellenbeck, 2012)

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của vi tảo

Sự tăng trưởng và thành phần hóa học của vi tảo chủ yếu được điều khiển bằng ánh sáng, nhiệt độ, lượng khí CO2 có sẵn, pH, và các chất dinh dưỡng (Tzovenis et al.,

Sử dụng hiệu quả ánh sáng là một trong những thách thức lớn trong công nghệ sinh học vi tảo Thời gian chiếu sáng là một trong những tiêu chí quan trọng để xem xét trong việc thiết kế một photobioreactor Thời gian chiếu sáng có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động quang hợp và tỷ lệ tăng trưởng nhưng cần lưu ý rằng việc tiếp xúc ánh sáng quá mức có thể dẫn đến sự lãng phí điện và ức chế tăng trưởng tế bào (Lam và Lee, 2012)

Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của

CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo (Trương Vĩnh, 2010)

Đa số các loài tảo thích hợp với pH từ 7 đến 9, với khoảng pH tối thích là 8,2-8,7 Tuy nhiên, cũng có một loài tảo sống trong môi trường có acid hoặc kiềm hơn Trong quá trình nuôi, tảo hấp thu các chất hòa tan trong môi trường, đặc biệt là CO2 hay HCO3-,

làm cho pH tăng lên, có khi đạt tới 9 Sự thổi khí (không khí hoặc khí CO2) có thể điều hòa lại pH môi trường (Barsanti và Gualtieri, 2006) Mức pH ban đầu có thể ảnh hưởng đến nồng độ sinh khối và năng suất của một số chủng vi tảo, nó cũng có thể gây kết tủa một số muối canxi nếu nó vượt quá giá trị 9.0 (Becker, 1994; Sirisansaneeyakul et al.,

2011) (Mayo, 1997) phát hiện ra rằng Chlorella vulgaris có thể chịu đựng độ pH thấp

đến 3.0 Tương tự, mức pH cao (pH = 11) gây ra tác động tiêu cực đến sự phát triển của

Chlorella vulgaris (Yeh et al., 2010)

Chất dinh dưỡng là các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khác CO2 và nước, được sử dụng cho sự phát triển của tế bào và cần thiết cho các chức năng tế bào (Neenan et al., 1986) Thành phần dinh dưỡng có ảnh hưởng to lớn đến tốc độ tăng trưởng và mật số cuối cùng của vi tảo Vi tảo tăng trưởng rất nhanh trong môi trường phú dưỡng và có thể gây ra hiện tượng tảo nở hoa (Schenk et al., 2008)

Nitơ là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng nhất góp phần vào việc sản xuất sinh khối Hàm lượng nitơ trong sinh khối vi tảo có thể dao động từ 1% đến hơn 10% tùy dòng (Grobbelaar, 2004) Phốt pho rất cần thiết cho sự tăng trưởng của tế bào

vì tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng và sinh tổng hợp acid nucleic Mặc dù thực tế là sinh khối tảo chứa ít hơn 1% phốt pho (P), nó thường trở thành một trong những yếu tố quan trọng nhất hạn chế sự phát triển của tảo (Neenan et al., 1986) Điều này xảy ra bởi vì phốt pho liên kết dễ dàng với các ion khác (ví dụ như carbonate và sắt) dẫn đến kết tủa và tảo không hấp thu được Lưu huỳnh, kali, natri, sắt, magiê, canxi và các nguyên tố vi lượng như bo, đồng, mangan, kẽm, molypden, coban, vanadium, và selen cũng rất quan trọng trong dinh dưỡng cho tảo (Grobbelaar, 2004)

2.1.3 Phương pháp nuôi vi tảo

Tảo có thể được nuôi tăng sinh khối bằng cách áp dụng một loạt các phương pháp khác nhau Các phương pháp có thể dùng trong phòng thí nghiệm hay một số phương pháp biến đổi trong bể nuôi ngoài trời Một số phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay là: hệ thống nuôi tảo trong nhà hoặc ngoài trời, nuôi sạch, nuôi từng mẻ, nuôi liên tục và nuôi bán liên tục

Bảng 1 Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo

Nuôi trong nhà Độ kiểm soát cao (có thể dự

đoán trước)

Tốn kém

được)

Nuôi vô trùng Có thể dự đoán trước, ít có khả

Nuôi không vô trùng Rẻ và dễ thực hiện hơn Dễ thất bại

Nuôi liên tục Hiệu quả cung cấp tảo chất

lượng cao và ổn định, vận hành

tự động, khả năng sản xuất trong thời gian dài

Khó thực hiện, chỉ có thể nuôi với số lượng nhỏ, phức tạp, trang thiết bị tốn kém

Nuôi bán liên tục Dễ hơn, tương đối hiệu quả Chất lượng không ổn định

chắc chắn Nuôi theo mẻ Dễ nhất, chắc chắn nhất Hiệu quả thấp nhất, chất lượng

có thể thay đổi nhiều

*Nguồn: Trương Vĩnh, (2010)

2.1.4 Một số phương pháp xác định quá trình sinh trưởng của vi tảo

-Đếm mật số tế bào: Có thể đếm trực tiếp dưới kính hiển vi với buồng đếm hồng cầu

-Đo độ đục (đo OD): Là phương pháp đơn giản, nhanh, cho biết khả năng tăng sinh khối chứ không trực tiếp xác định được số lượng tế bào

-Xác định trọng lương khô: Bao gồm các bước thu mẫu, tách tảo khỏi pha lỏng, sấy và cân trọng lượng khô

-Xác định hàm lượng Chlorophyll: Là một trong những phương pháp hóa học để xác định nhanh tăng trưởng của tế bào tảo Thông thường phương pháp bao gồm các bước sau: tách chiết tế bào, chiết Chlorophyll, đo độ hấp thụ ở các bước sóng 630nm, 663nm, 645nm

2.2 Sơ lược về Scenedesmus sp

Scenedesmus là tảo xanh nước ngọt đơn bào kích thước lớn thường xuất hiện với

bộ bốn với bốn đến 16 tế bào kéo dài kết nối, mặc dù các tế bào cũng có thể xuất hiện đơn lẻ ở dạng hình bầu dục

Hình 1 Tảo Scenedesmus sp

(http://protist.i.hosei.ac.jp/pdb/images/chlorophyta/scenedesmus/

Scenedesmus.jpg) (30/11/2013)

Scenedesmus có tiềm năng trong sản xuất dầu và các chất chuyển hóa thứ cấp

như carotenoids Nhiều dòng sản sinh ra nhiều carotenoids khác nhau trong quá trình tăng trưởng logarit hoặc trong điều kiện thiếu chất dinh dưỡng, mặc dù không bao giờ vượt quá 1% trọng lượng khô Một trong những carotenoid quan trọng là lutein Các tế bào phát triển theo cấp số nhân có hàm lượng protein cao (lên đến 50%), chất béo ít hơn 10%, còn lại là tinh bột và các thành phần thành tế bào Trong điều kiện thiếu dinh

dưỡng, loài Scenedesmus có thể tích lũy một lượng lớn chất béo lưu trữ (TAG) trong

giọt dầu tế bào chất Thành phần acid béo trong tăng trưởng logarit bao gồm một lượng lớn acid béo không bão hòa đa ngắn như linolenic và acid gamma stearidonic Còn trong điều kiện bất lợi, TAG tích lũy chủ yếu là C16 và C18 không bão hòa và một số acid béo không bão hòa đơn

Scenedesmus là một trong những loại tảo xanh phát triển mạnh mẽ nhất và vượt

trội các loài tảo khác nhất là trong điều kiện dinh dưỡng cao, thí dụ như trong nước thải

Nó có thể gây ra vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng khi nuôi trồng cùng với tảo phát triển

chậm, như Haematococcus

Tốc độ tăng trưởng cụ thể tối đa cao hơn 0,12/h đã được báo cáo cho Scenedesmus

sp Tốc độ tăng trưởng thấp hơn, cụ thể là 0,04/h, đã được báo cáo cho Scenedesmus

obliquus Đây cũng là dòng vi tảo chịu nhiệt độ cao, khoảng 40°C, tốc độ tăng trưởng

tối đa của nó được thu được ở nhiệt độ 30-35°C Tại phòng thí nghiệm, quy mô năng

suất sinh khối 0,9 g/L/ngày đã được báo cáo cho Scenedesmus almeriensis Năng suất cao đòi hỏi việc sử dụng các bức xạ cao, nhưng Scenedesmus đã chứng minh được khả

năng chống những bức xạ cao hơn 1700 µmol photon/m2/giây không có hiệu ứng

photoinhibition Liên quan đến độ pH, Scenedesmus chịu đựng một phạm vi rộng độ

pH, 5-10, mặc dù pH tối ưu là trong khoảng 7,5-8,0 Nó đặc biệt có liên quan đến khả

năng chịu đựng của Scenedesmus với điều kiện pH kiềm của nước thải và nước để lọc

khí thải

Do thực tế là Scenedesmus rất mạnh mẽ và phát triển nhanh chóng nên nó đã

được sản xuất ngoài trời sử dụng cả hai hệ thống mở và kín Trong raceways mở, năng suất sinh khối cao hơn 0,5 g/L/ngày đã được báo cáo, trong khi đó, năng suất sinh khối lên đến 1,2 g/L/ngày khi sử dụng hệ thống kín Tổng thể năng suất trung bình hàng năm 0,6 g/L/ngày thu được trong mô hình thí điểm ống quang sinh học (30 m3) với

Scenedesmus almeriensis Giá trị này là khoảng 3% hiệu quả năng lượng mặt trời Hiệu

quả năng lượng mặt trời từ 1-3% đã được báo cáo cho Scenedesmus

Scenedesmus có thể được nuôi ở cả hai chế độ không liên tục (batch) hoặc liên

tục Mặc dù tế bào Scenedesmus lớn hơn tế bào vi tảo khác, tốc độ tự lắng bằng trọng

lực thấp, trong khoảng 10-6 m/s Do đó, các tế bào Scenedesmus không thể được thu

hoạch bằng phương pháp tự lắng Cần phải sử dụng ly tâm hoặc lọc Các tế bào của

Scenedesmus có thể dễ dàng thu hoạch bằng cách ly tâm Mặc dù có thể sử dụng phương

pháp lọc nhưng thường không khả thi

2.3 Sơ lược về Chlorella sp

Chlorella là một chi lớn và đa dạng của tảo xanh đơn bào có liên quan đến rất

nhiều khía cạnh của công nghệ sinh học

Hình 2 Tảo Chlorella sp

(http://botany.natur.cuni.cz/algo/images/determin/chlvulgaris.jpg)

(30/11/2013)

Các tế bào có hình tròn hoặc hình elip Màng tế bào cellulose cứng bằng phẳng

có chứa glucosamine (chitosan) Hạt nhân là duy nhất và lệch tâm, đơn diệp lục, pyrenoid duy nhất và được bao trong tinh bột Pyrenoid stroma dính với 2 hoặc 3 màng thylakoid kề nhau Chỉ sinh sản vô tính bằng cách tạo bào tử được biết đến, bào tử (2-

16 mỗi tế bào mẹ) được tạo ra bởi vỡ vách tế bào của cha mẹ Chlorella sống ở cả môi

trường sống nước ngọt và nước mặn

Chlorella được báo cáo là dòng tảo nước ngọt, đôi khi nước mặn, phát triển nhanh

và tích lũy dầu nồng độ cao khi bị thiếu chất dinh dưỡng (Demirbas, 2009) Hơn nữa,

chủng Chlorella có thể chứa nhiều carotenoid, trong đó có astaxanthin Một số loài được

đặc trưng bởi tốc độ tăng trưởng rất cao (μmax = 0,20/h) và khả năng chịu nhiệt độ cao

(40°C) Chlorella vulgaris là một loài phát triển nhanh và một số chủng có thể tích lũy nồng độ rất cao chất béo khi bị thiếu chất dinh dưỡng (Francisco et al., 2010) trong khi một số khác tích lũy một lượng cao tinh bột (Doušková et al., 2010) Sinh khối tinh bột giá rẻ có thể thu được từ Chlorella có năng suất cao được trồng trong hệ thống quang

sinh học kín ngoài trời phù hợp trong đó nguồn carbon dioxide có lấy từ quá trình đốt cháy chất thải hữu cơ, quá trình lên men hoặc các nguồn khác Đặc điểm này giúp tăng cường tác động sinh thái và kinh tế của công nghệ được đề xuất, vì tiềm năng của nó để

xử lý lượng khí thải carbon dioxide từ các nguồn CO2 khác nhau bao gồm lò đốt chất thải hay nhà máy điện

Một thành phần quan trọng của tế bào Chlorella là các phức hợp sinh học, và do

đó dễ dàng hút khoáng chất cơ bản (phốt pho, kali, magiê, canxi và sắt) và nguyên tố vi lượng, vì đó là một phần của khu phức hợp enzyme và vitamin Những yếu tố này cũng bao gồm cũng mangan, kẽm, molypden, đồng và coban

2.4 Khả năng xử lý nước thải độc hại của tảo

Vi tảo tham gia vào quá trình xử lý loại trừ các chất dinh dưỡng, chất độc hữu

cơ, kim loại nặng và mầm bệnh từ nước thải công nghiệp và tạo ra một nguồn nguyên liệu thô để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học hay biogas Khí oxy được tạo ra cũng làm giảm yêu cầu sục khí từ bên ngoài, điều này rất quan trọng đẻ xử lý những chất độc hại phải được xử lý phân hủy sinh học hiếu khí nhưng dễ bay hơi dưới áp lực sục khí

Áp dụng những phương pháp xử lý bằng vi tảo phù hợp sẽ khử được kim loại nặng cũng như những hợp chất độc hại có thể phân hủy sinh học như là thuốc trừ sâu hay các hợp chất có vòng thơm

Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát khả năng của những dòng Chlorella

và Scenedesmus trong việc khử độc nước thải công nghệp

2.4.1 Khả năng xử lý kim loại nặng của tảo

Những phương pháp truyền thống để khử kim loại nặng, ví dụ như trao đổi ion hay tạo kết tủa, thường không hiệu quả hay tốn nhiều chi phí khi nồng độ của các kim loại nặng xuống thấp Công nghệ mới được yêu cầu phải làm giảm nồng độ kim loại nặng đến mức cho phép với chi phí hợp lí Để đạt được các mục tiêu này, sử dụng vi tảo

là một sự lựa chọn rất có tiềm năng Xử lý sinh học ở đây được định nghĩa là sự tích tụ

và tập trung các chất ô nhiễm từ nước thải bằng cách sử dụng vật liệu sinh học, do đó cho phép phục hồi hoặc xử lý các chất ô nhiễm một cách thân thiện với môi trường Xử

lý sinh học được đánh giá là phương pháp tốt hơn phương pháp tạo kết tủa về khả năng điều chỉnh khi có sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng, và tốt hơn phương pháp trao đổi ion và thẩm thấu ngược về độ nhạy cảm với sự hiện diện của các chất rắn lơ lửng,

chất hữu cơ, và sự hiện diện của kim loại nặng khác Shehata et al., (1980) đã nuôi

Scenedesmus sp trong các nồng độ đồng, cadimi, niken, kẽm và chì khác nhau để đánh

giá tác động của chúng trên sự phát triển của tảo Nồng độ kim loại làm giảm tốc độ

tăng trưởng của Scenedesmus sp là 0,5 mg/L cho Cu, 0,5 mg/L cho Ni và 2 mg/L cho

Cd, 2 mg/L cho Zn Dung dịch niken ít độc hại cho sự tăng trưởng của Scenedesmus sp

hơn so với dung dịch đồng Tảo chịu được nồng độ chì cao lên đến 30 mg/L Matsunaga

et al (1999) đã thiết kế một thí nghiệm mô tả một dòng Chlorella có khả năng duy trì

tăng trưởng ở 11,24mg Cd2+/L và loại bỏ 65% khi tiếp xúc với 5,62mg Cd2+/L Travieso

et al (1999) nuôi các chủng Chlorella và Scenedesmus theo mẻ ở mức 20mg Cr6+ /L họ

đã tìm thấy tỷ lệ loại bỏ 48% và 31% tương ứng Scenedesmus là một chi vi tảo thường

được sử dụng trong các thí nghiệm loại bỏ kim loại nặng Nó được chứng minh có khả năng loại bỏ Cu2+ , Cd2+ (Terry và Stone, 2002) và Zn2+ (Aksu et al., 1998; Travieso et al., 1999; Canizares-Villanueva et al., 2001)

2.4.2 Khả năng xử lý hợp chất phenol của tảo

Báo cáo của Klekner và Kosaric (1992b) cho thấy Chlorella sp chuyển hóa

1000mg/L 2,4-dimethyl phenol thành một đồng phân của benzenediol dimethyl và với

nồng độ tảo 4g/L, sự chuyển hóa xảy ra hoàn toàn Chlorella sp cũng đã khử gốc clo của 200mg/L 2-chlorophenol trong khi Scenedesmus sp phân giải 190mg/L 2,4-

dinitrophenol (2,4-DNP) sau năm ngày thích ứng (Klekner và Kosaric, 1992a) Khi phát triển trong sự hiện diện của 2,4-dimethyl phenol, 2-chlorophenol và 2,4-dichlorophenol,

Chlorella sp phân giải hiệu quả 2,4-dichlorophenol, so với hai phenol còn lại Chất cảm

ứng enzym trong tế bào tảo như polyphenol oxidase và enzyme laccase có liên quan đến

sự chuyển hóa phenol Vi tảo Ankistrodesmus braunii và Scenedesmus quadricauda

phân giải các hợp chất phenol khác nhau như catechol, tyrosol, hydroxytyrosol, hydroxy acid benzoic, acid ferulic, acid p-coumaric, acid synaptic, acid caffeic và acid vanillic khoảng 70% của 400 mg các hợp chất phenol/mL trong vòng 10 ngày (Pinto et

p-al., 2002) Chu trình sáng tối có ảnh hưởng đến khả năng phân giải của tảo Khi phát triển trong ánh sáng, Chlorella fusca loại bỏ 100% ofo-nitrophenol (ONP), 90% 2,4-

DNP, 85% biphenyl, 77% ofp-nitrophenol (PNP), và 60% OFM-nitrophenol (MNP)

trong khi tỷ lệ loại bỏ có phần nào ít hơn trong bóng tối (Hirooka et al., 2003) Đối với mono nitrophenols, hiệu quả phân hủy sinh học của tảo xanh Scenedesmus obliquus là

theo thứ tự: ONP> MNP> PNP, trong khi thứ tự là 2-methyl-phenol < 3-methyl-phenol

< 4-methyl-phenol đối với việc loại bỏ mono-methylphenols (Papazi và Kotzabasis, 2008) Bisphenol, một gây rối loạn nội tiết, phân hủy quang học nhanh chóng trong sự

hiện diện của C vulgaris ở mức 6,5 × 109 tế bào/L (Peng et al., 2006) Tảo nước ngọt

C fusca, hoàn toàn phân giải 80 mM bisphenol trong 168h chiếu sáng liên tục (Hirooka

et al., 2005) Tảo chuyển đổi các bisphenol estrogen thành một dạng monohydroxy

bisphenol không ảnh hưởng đến hệ thống nội tiết Việc chuyển đổi các chất ô nhiễm độc hại thành các hợp chất ít độc hại hơn hoặc không độc hại là một chiến lược xử lý sinh học quan trọng khi không có khả năng khoáng hóa hoàn toàn các chất gây ô nhiễm Vi

tảo nước ngọt (Pseudokirchneriella subcapitata, Scenedesmus acutus, Coelastrum

reticulatum và S quadricauda) chuyển hóa 2 mg bisphenol/L trong vòng tám ngày Loại

bỏ các nhóm halogen từ halophenols bằng tảo đòi hỏi năng lượng cao hơn Nhóm thế halogen ở vị trí meta trong vòng phenol đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để loại bỏ nó khi

so sánh với vị trí para hoặc vị trí ortho Nhu cầu năng lượng cho quá trình dehalogenation của chlorophenol là cao nhất, tiếp theo là bromophenol và iodophenol theo thứ tự Sự hiện diện của nguồn carbon bổ sung sẽ làm tăng tốc độ tăng trưởng và phân giải phenol

của tảo Vi tảo S obliquus phân giải dẫn xuất halogen của phenol bình thường nhưng

tốc độ phát triển cũng như phân giải tăng khi có sự hiện diện của glucose 5g/L và 120μmol/m2/s cường độ ánh sáng (Papazi và Kotzabasis, 2007) C fusca var vacuolata

loại bỏ 23% 40μM 2,4-dichlorophenol (DCP) trong vòng 120 giờ có sự hiện diện của ánh sáng Mặt khác, sự hiện diện của 1μM chất ức chế quang hợp, 3 - (3,4-dichloro phenol) urê -1,1-dimethyl (DCMU), hoặc tăng trưởng trong bóng tối thì việc loại bỏ các DCP bị ức chế hoàn toàn đã nêu rõ sự tương quan trực tiếp giữa quang hợp và loại bỏ các phenol (Tsuji et al., 2003) Những mối liên quan giữa quang hợp và sự phân giải chất gây ô nhiễm có lợi khi tảo được sử dụng như tác nhân xử lý sinh học (Lima et al.,

2004) chứng minh rằng hỗn hợp thuần chủng vi tảo bao gồm C vulgaris và

Coenochloris pyrenoidosa loại bỏ 50 mg pentachlorophenol (PCP)/L trong vòng năm

ngày có chiếu sáng Tuy nhiên, khi tăng trưởng trong điều kiện không có ánh sáng và nhưng có sự hiện diện của PCP thì tảo chậm phát triển dẫn đến rất ít PCP bị loại bỏ Ngược lại, (Pinto et al., 2003) báo cáo việc loại bỏ nhanh chóng các phenol có trọng

lượng phân tử thấp từ nước thải nhà máy ô liu khi tảo kháng phenol (Ankistrodesmus

braunii và S quadricauda) được trồng trong bóng tối Gần 100% hydroxytyrosol,

catechol, ferulic acid và acid synapic được loại bỏ với những loại tảo này khi phát triển dưới ánh sáng hoặc tối Những phenol khác như tyrosol, 4-hydroxybenzoate, acid p-coumaric, acid caffeic và acid vanillic đã được loại bỏ tốt hơn khi tảo được phát triển

trong bóng tối C pyrenoidosa, một dòng tảo tiềm năng để xử lý PNP, khi phát triển cùng với C vulgaris trong một tỷ lệ 3:1 loại bỏ PNP trong vòng hai ngày với tỷ lệ khoảng 16,5 mg / lít / ngày Tuy nhiên, C pyrenoidosa phải mất bốn ngày để loại bỏ hoàn toàn 50 mg/L PNP (Lima et al., 2003)

2.4.3 Khả năng xử lý thuốc trừ sâu của tảo

Sản xuất nông nghiệp thâm canh phụ thuộc vào hóa chất nông nghiệp như phân bón và thuốc trừ sâu (thuốc diệt cỏ và thuốc diệt côn trùng) đã gia tăng sản lượng lương thực toàn cầu nhưng cũng gây ô nhiễm môi trường đáng kể Xử lý các hóa chất gây ô

nhiễm bằng vi sinh vật đã được nghiên cứu, trong đó có tảo (Caceres et al., 2010; Singh

và Walker, 2006) Kích thước tế bào tảo, mật độ, hình thái học và các hoạt động trao đổi chất đóng một vai trò quan trọng trong sự hấp thu và loại bỏ thuốc trừ sâu Diện tích bề mặt cao của tảo cung cấp khả năng hấp thụ và tương tác tốt với thuốc trừ sâu Nói chung, tảo sử dụng thuốc trừ sâu khi nồng độ của chúng thấp, không gây độc (Butler et al.,

1975) quan sát thấy rằng Chlorella sp., Monoraphidium sp., Actinastrum sp., Koliella sp., Scenedesmus sp và Nitzschia sp phân giải chỉ có 1 ppm carbaryl và diazinon, 0,01

ppm methoxychlor và 2,4-D Thuốc trừ sâu có gốc phosphorus như monocrotophos và

quinalphos đã bị phân hủy bởi hai tảo xanh đơn bào (C vulgaris và Scenedesmus

bijugatus) và ba khuẩn lam (Synechococcus elongatus, Phormidium tenue và Nostoc linckia) trong vòng 30 ngày khi nồng độ các thuốc trừ sâu nằm trong khoảng từ 5 đến

50 ppm (Megharaj et al., 1987) Vi tảo (C vulgaris và S bijugatus) và vi khuẩn lam (N

linckia, Nostoc muscorum, Oscillatoria animalis và Phormidium foveolarum) phân hủy

methyl parathion, một loại thuốc trừ sâu phosphorus hữu cơ, và sử dụng nó như một

nguồn phosphorus (Megharaj et al., 1994) Bên cạnh đó, C vulgaris chịu được nồng độ carbofuran cao khi nuôi với glucose hoặc acetate (Megharaj et al., 1993) Các loại tảo xanh (Chlamydomonas sp., Chlorella sp., Pediastrum sp và S quadricauda) loại bỏ nhiều atrazine hơn so với tảo cát (Cyclotella gamma, Cyclotella meneghiniana, Synedra

acus và Synedra radians)(Tang et al., 1998) C vulgaris tích lũy nhóm thuốc diệt cỏ

triazine (83% 0,75μM atrazine và 93% 0,75μM terbutryn) trong vòng 12 giờ

(González-Barreiro et al., 2006) Chlorella saccharophila tích lũy một loại thuốc trừ sâu

phosphorus hữu cơ, pyridaphenthion, với nồng độ tối đa 441,5 mg pyridaphenthion mỗi

kg sinh khối tảo trong vòng năm ngày (Jonsson et al., 2001) Gia tăng dần dần nồng độ

thuốc diệt cỏ cũng sẽ nâng cao khả năng phân hủy sinh học của tảo, chỉ ra rằng khả năng phân hủy sinh học fluometuron phụ thuộc vào loài, và khả năng phân hủy sinh học tăng

lên khi tăng thời gian phơi sáng Cả hai dòng Scenedesmus sp và Chlorococcum sp với

mật độ tế bào 1550 × 106 và 600 × 106 tế bào/mL, tương ứng, chuyển đổi α-endosulfan, một loại thuốc trừ sâu phá vỡ nội tiết, thành endosulfan sulfate, endosulfandiol, β-

endosulfan, endosulfan aldehyde và endosulfan ether (Sethunathan et al., 2004) Chủng

C vulgaris, C pyrenoidosa, và S obliquus phân hủy thuốc diệt cỏ diclofopmethyl (DM)

bằng cách liên tục hấp thụ và sau đó thủy phân để tạo ra diclofop (DC) bên trong tế bào

tảo (Cai et al., 2007)

2.5 Giới thiệu các chỉ tiêu của nước thải từ nhà máy thuốc trừ sâu

2.5.1 LUMIStox

LUMIStox là hệ thống sử dụng vi khuẩn phát quang sinh học để phát hiện các hợp chất độc hại trong nước Nó có thể trực tiếp xác định độc tính của hóa chất hòa tan trong nước, và từ một số môi trường nước khác như sông, hồ và nước thải, chất thải hoặc đống đổ nát Kiểm tra phát quang sinh học là xét nghiệm khả năng ức chế quá trình chuyển hóa để phân tích độc tính cấp tính Đối với công nghệ LUMIStox , một dòng vi

khuẩn phát quang tự nhiên, vi khuẩn Vibrio fischeri, được sử dụng Vibrio fischeri nhạy

cảm với một loạt các chất độc hại và thường được sử dụng trong các thử nghiệm nhanh độc tính Khi phát triển thuận lợi, vi khuẩn phát quang tạo ra ánh sáng như một sản phẩm phụ của quá trình hô hấp Bất kỳ sự ức chế hoạt động nào của tế bào sẽ dẫn đến giảm sự

hô hấp và giảm tương ứng khả năng phát quang Để xác minh điều này, sự phát xạ ánh sáng / phát quang được đo bằng một máy LUMIStox

Ức chế sự phát xạ ánh sáng trong sự hiện diện của một mẫu được xác định tương đối (như phần trăm ức chế) với một đối chứng không độc hại Sự phát quang được đo

sau một thời gian tiếp xúc có thể là 5, 15 và 30 phút ở 15°C, có tính đến hệ số hiệu chỉnh,

là thước đo sự thay đổi cường độ của mẫu đối chứng trong thời gian tiếp xúc

2.5.1 Nitritox

Máy NitriTox tích hợp bình môi trường nuôi vi khuẩn Nitrosomonas sp tự tái

sinh Phương pháp này cho phép xác định độ độc hại đối với sinh khối nitrat trong vòng

5 phút Thiết kế đặc biệt của NitriTox đảm bảo độ chính xác cao cũng như không có yếu

tố có thể ảnh hưởng đến hệ thống đo lường vì nó cung cấp một bình môi trường nuôi vi khuẩn nitrat tự tái sinh bên trong máy

Với chỉ một vài phút bảo dưỡng, máy sẽ chạy ổn định và chính xác cả tuần Các

vi sinh vật sử dụng được tái sinh tự động và sự lão hóa sẽ không diễn ra Do đó, không cần mua các vi sinh vật đắt tiền Sử dụng một phần các vi sinh vật thử nghiệm ngăn chặn khả năng nhiễm của môi trường vi sinh vật được sử dụng Điều này đảm bảo việc theo dõi chính xác của độc tính bất cứ lúc nào với độ lặp lại cao Nguyên tắc đo được dựa trên sự ức chế hô hấp của vi khuẩn Một tiêu thụ oxy thấp của vi khuẩn cho thấy sự hiện diện của các chất độc hại Mức tiêu thụ oxy càng thấp thì độc tính càng cao

2.5.1 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)

Thuật ngữ ICP-MS (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ Mhz) được cung cấp bằng một máy phát Radio Frequency Power (RFP) Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion

MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo

tỷ số giữa số khối và điện tích

Từ khi xuất hiện plasma cảm ứng với các tính năng và ưu điểm về vận hành hơn hẳn các nguồn hồ quang và tia điện thì một công cụ mới đã dần dần được phát triển thành một tổ hợp ICP ghép với một khối phổ kế Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có

độ phân giải cao và dễ tách các nhiễu anh hưởng lẫn nhau do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được

đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng / điện tích của chúng; bằng thiết bị phân tích khối lượng có

từ tính và độ phân giải cao phát hiện, khuyến đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử

kĩ thuật số

Phương pháp ICP-MS ra đời vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước và có những

ưu điểm như: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định được đồng thời hàng loạt kim loại trong thời gian phân tích ngắn (Phạm Luận, 1998)

CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương tiện nghiên cứu

3.1.1 Thời gian và địa điểm

Thời gian: từ tháng 08/2013 – 11/2013

Địa điểm: Phòng thí nghiệm Vi sinh vật, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ; các phòng thí nghiệm của tiểu dự án TP2, TP5 thuộc dự án AKIZ

3.1.2 Dụng cụ, thiết bị

Mẫu tảo: Chlorella sp và Scenedesmus sp từ Viện Nghiên cứu và Phát triển Công

nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ

+ Thiết bị thí nghiệm

Máy sục khí, dây dẫn

Tủ cấy vô trùng, tủ ủ tảo

Nồi khử trùng nhiệt ướt

3.1.3 Vật liệu

Hai loại nước thải từ nhà máy Công ty cổ phần Thuốc sát trùng Cần Thơ:

-Mẫu thứ nhất: Nước thải đã qua hai bước xử lý tạo lắng và oxy hóa

-Mẫu thứ hai: Nước thải chỉ một bước xử lý tạo lắng

Nước thải sau khi thu được bổ sung dinh dưỡng theo môi trường nuôi tảo BBM (Stein, 1973) để tạo môi trường thích hợp cho tảo phát triển

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Bố trí thí nghiệm: Hoàn toàn ngẫu nhiên với ba lần lập lại

Thí nghiệm có hai nhân tố:

-Hai dòng vi tảo: Chlorella sp và Scenedesmus sp từ Viện Nghiên cứu và Phát triển

Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ

-Hai loại nước thải:

-Loại 1: đã qua quá trình xử lý bằng phương pháp oxy hóa được pha loãng 50% với nước cất (50% nước thải + 50% nước cất)

-Loại 2: chưa qua quá trình xử lý bằng phương pháp oxy hóa được pha loãng 10% với nước cất (10% nước thải + 90% nước cất)

Nước thải loại 2 được pha loãng nhiều hơn vì có độc tính cao hơn

Đối chứng: không chủng tảo nhưng vẫn sục khí và chiếu sáng như những nghiệm thức khác

Thí nghiệm có 10 nghiệm thức:

W1-100%: Nước thải loại 1 đầu vào không pha loãng

W1-50%: Nước thải loại 1 đầu vào pha loãng 50%

W1-A: Nước thải loại 1 pha loãng 50% không chủng tảo nhưng vẫn sục khí và chiếu sáng

W1-S: Nước thải loại 1 pha loãng 50% sau khi được chủng tảo Scenedesmus sp

W1-C: Nước thải loại 1 pha loãng 50% sau khi được chủng tảo Chlorella sp

W2-100%: Nước thải loại 2 đầu vào không pha loãng

W2-10%: Nước thải loại 2 đầu vào pha loãng 10%

W2-A: Nước thải loại 2 pha loãng 10% không chủng tảo nhưng vẫn sục khí và chiếu sáng

W2-S: Nước thải loại 2 pha loãng 10% sau khi được chủng tảo Scenedesmus sp

W2-C: Nước thải loại 2 pha loãng 10% sau khi được chủng tảo Chlorella sp

Tảo giống được nuôi tăng sinh từ ống nghiệm sang bình tam giác 250mL, sau đó chuyển qua bình 500mL, bình 1000mL và cuối cùng là bình 2000mL trước khi chủng vào nước thải 100mL tảo giống đạt mật số cao nhất được chủng vào 500mL nước thải đựng trong bình nhựa 1000mL Các bình tảo được chiếu sáng và sục khí liên tục ở mức 5mL/s Theo dõi sự phát triển của vi tảo hằng ngày bằng cách đếm mật số sử dụng buồng đếm hồng cầu

Sau 4 ngày, tách tảo ra khỏi nước thải bằng cách ly tâm 7000rpm trong 10 phút

Phân tích mẫu trước và sau khi xử lý:

- Đo chỉ số COD (nhu cầu oxy hóa học) bằng máy QuickCOD của hãng LAR Process Analysers AG (Đức) tại tiểu dự án TP5 – dự án AKIZ Máy QuickCOD được thiết kế

để hoạt động không cần sử dụng hóa chất bằng cách đốt mẫu ở nhiệt độ cao hơn 1200°C

Vì vậy, những mẫu khó bị đốt cháy vẫn bị oxy hóa nhanh và hiệu quả

-Hàm lượng kim loại nặng (Al, Fe, Cu, Ni, Zn, Cd, Pb và Hg) được đo bằng phương pháp ICP-MS tại tiểu dự án TP5 – dự án AKIZ

-Độ độc của nước thải được phản ánh qua hai chỉ số Nitritox và Lumistox Máy đo Nitritox của hãng LAR Process Analysers AG (Đức) đặt tại tiểu dự án TP5 – dự án AKIZ và LUMIStox 300 Bench Top Luminometer của hãng HACH LANGE (Đức) đặt tại tiểu dự án TP2 – dự án AKIZ

Dùng phần mềm Microsoft Excel để nhập số liệu và phân tích kết quả bằng phần mềm thống kê STATGRAPHIC 16.2.04

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Khảo sát sự phát triển của hai dòng vi tảo trong hai loại nước thải từ nhà máy sản xuất thuốc sát trùng Cần Thơ

Hai dòng vi tảo được nuôi trong hai loại nước thải có bổ sung chất dinh dưỡng

để đánh giá ảnh hưởng của nước thải lên khả năng sinh trưởng và khả năng xử lý nước

thải của hai dòng vi tảo Kết quả thí nghiệm cho thấy chỉ có nghiệm thức tảo Chlorella

sp nuôi trong môi trường nước thải đã qua quá trình xử lý oxy hóa là có sự gia tăng mật

số và đạt giá trị cao nhất vào ngày thứ tư

Hình 3 Mật số của hai dòng vi tảo trong hai loại nước thải

Hình 4 Bố trí thí nghiệm ở ngày thứ nhất

Hình 5 Bố trí thí nghiệm ở ngày thứ hai

Hình 6 Bố trí thí nghiệm ở ngày thứ năm

4.2 Khảo sát chỉ số Nitritox của các nghiệm thức

Kết quả thí nghiệm cho thấy nước thải loại 2 có độc tính rất cao đối với vi khuẩn

Nitrosomonas Nước thải loại 2 nồng độ 100% ức chế 77,5% hoạt động của vi khuẩn;

sau khi pha loãng 10 lần vẫn ức chế 23,3% và cao hơn cả nước thải loại 1 ở nồng độ 100% Không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 95% giữa 4 nghiệm thức W1-50%, W1-A, W1-S và W1-C chứng tỏ vi tảo không làm giảm độ độc tuy đã có sự phát triển trong nước thải Ngược lại, ở môi trường nước thải loại 2, tuy không phát triển

nhưng Chlorella sp đã làm giảm độ độc đi 26,6% có thể do sinh khối vi tảo chết tạo

môi trường thuận lợi hơn có vi khuẩn phát triển

Ghi chú : Các trị số theo sau có các kí tự giống nhau thì khác biệt không có nghĩa thống kê ở mức độ 95 %

Hình 7 Chỉ số Nitritox của các nghiệm thức

4.3 Khảo sát chỉ số Lumistox của các nghiệm thức

Đối với chỉ số Lumistox, chỉ số độ độc với vi khuẩn phát quang Vibrio fischeri, chỉ có nước thải loại 2 mới ức chế vi khuẩn Vibrio fischeri Nước thải loại 1 đã qua quá trình xử lý oxy hóa nên không còn độc tính đối với Vibrio fischeri Nghiệm thức W2-

100% ức chế rất mạnh, ví dụ như ở nồng độ 1,997% đã ức chế 50% hoạt động của vi khuẩn và nồng độ 7,632% ức chế 80% hoạt động vi khuẩn 3 nghiệm thức W2-10%, W2-A và W2-S không khác biệt nhiều ở tất cả các mức ức chế Nghiệm thức W2-C có

sự khác biệt so với các nghiệm thức còn lại, cần đến 14,859% để ức chế 50% vi khuẩn

so với mức 9,676% của nghiệm thức đối chứng

Hình 8 Chỉ số Lumistox của các nghiệm thức nước thải loại 2

Bảng 2 Chỉ số Lumistox của các nghiệm thức nước thải loại 2

4.4 Khả năng làm giảm chỉ số chỉ số COD của 2 dòng vi tảo

Kết quả thí nghiệm trên cho thấy với độ độc rất cao trong nước thải loại 2 nên vi tảo không phát triển và không làm giảm chỉ số COD trong môi trường nước thải loại 2, khác biệt giữa các nghiệm thức nước thải đầu vào, chủng tảo và đối chứng không có ý nghĩa thống kê Ngược lại, với sự phát triển mạnh trong môi trường nước thải loại 1,

dòng vi tảo Chlorella sp đã xử lý được 80% so với nước thải đầu vào và 73,9% so với đối chứng không chủng tảo Dòng Scenedesmus sp không phát triển được nên khác biệt

không có ý nghĩa thống kê đối với nghiệm thức đối chứng

Ghi chú : Các trị số theo sau có các kí tự giống nhau thì khác biệt không có nghĩa thống kê ở mức độ 95 %

Hình 9 Chỉ số COD của các nghiệm thức