ứng dụng vi tảo chlorella sp. để xử lý đạm, lân trong nước thải nhà máy thủy sản trên địa bàn thành phố cần thơ.

Hai loại nước thải được sử dụng trong nghiên cứu là: nước thải thủy sản sau khi xử lý tuyển nổi nước thải tuyển nổi và nước thải thủy sản sau khi xử lý kỵ khí nước thải kỵ khí.. trong nư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐAI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ỨNG DỤNG VI TẢO Chlorella sp ĐỂ XỬ LÝ ĐẠM, LÂN

TRONG NƯỚC THẢI NHÀ MÁY THỦY SẢN

TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ CẦN THƠ

MSSV: 3092512 Lớp: CNSH TT K35

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

(ký tên) (ký tên)

Nguyễn Hữu Hiệp Nguyễn Mỹ Thùy

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN

………

………

………

………

………

Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(ký tên)

Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy

cô, các anh chị, và các bạn Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Quý Thầy Cô ở Viện NC và PT Công nghệ Sinh học đã giảng dạy, quan tâm, và tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp

PGS TS Nguyễn Hữu Hiệp – cán bộ hướng dẫn khoa học, đã tận tình truyền đạt kiến thức và giúp đỡ em hoàn thành đề tài

Dự án AKIZ, điều phối viên của dự án – Ông René Henrich, và các anh chị, và các bạn làm việc trong dự án đã tận tình giúp đỡ, chỉ dẫn, và tạo điều kiện để giúp em hoàn thành luận văn

Cán bộ phòng thí nghiệm: chị Trần Trà My, chị Nguyễn Thị Thúy Duy đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình tiến hành các thí nghiệm

Tập thể các anh chị học viên Cao học và các bạn sinh viên trong phòng thí nghiệm Vi sinh vật đất đã tận tình giúp đỡ và động viên em

Gia đình và bạn bè đã chia sẻ và giúp đỡ em hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2013

TÓM LƯỢC

Mục tiêu của đề tài là xác định khả năng phát triển của vi tảo Chlorella

sp trong hai loại nước thải khác nhau và sự liên quan giữa sự tăng trưởng của

vi tảo và tỉ lệ đạm, lân trong nước thải bị loại bỏ Hai loại nước thải được sử dụng trong nghiên cứu là: nước thải thủy sản sau khi xử lý tuyển nổi (nước thải tuyển nổi) và nước thải thủy sản sau khi xử lý kỵ khí (nước thải kỵ khí) Sau 5 ngày theo dõi, vi tảo Chlorella sp đạt mật số 2,17 x 10 6 tế bào/mL trong nước thải tuyển nổi, 1,10 x 10 6 tế bào/mL trong nước thải kỵ khí Vi tảo Chlorella sp

đã loại bỏ 89,74% tổng lân, 31,11% tổng đạm, 70,38% COD trong nước thải tuyển nổi Trong khi, vi tảo Chlorella sp chỉ loại bỏ 61,07 % tổng lân , 7,03% tổng đạm, 60,38% COD trong nước thải kỵ khí Nước thải tuyển nổi được vi tảo Chlorella sp xử lý đến 70,38% COD, đạt Tiêu Chuẩn Nuớc Thải Việt Nam

1996 Kết quả của nghiên cứu cho thấy, vi tảo Chlorella sp phát triển tốt hơn trong nước thải tuyển nổi, mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc ứng dụng vi tảo Chlorella sp trong để xử lý nước thải

Từ khóa: Chlorella sp.,COD, nước thải tuyển nổi, nước thải kỵ khí, tổng đạm,

tổng lân

MỤC LỤC

PHẦN KÝ DUYỆT

LỜI CẢM TẠ

TÓM LƯỢC i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH BẢNG v

DANH SÁCH HÌNH vi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Vi tảo Chlorella sp 2

2.1.1 Phân loại 2

2.1.2 Đặc điểm chung 2

2.2 Tổng quan về nước thải thủy sản 2

2.2.1 Các chất hữu cơ 3

2.2.2 Chất dinh dưỡng (N, P) 3

2.3 Ô nhiễm phospho 3

2.3.1 Sodium tripoly phosphate 3

2.3.2 Acid nucleic, phospholipid 4

2.4 Ô nhiễm nitơ 5

2.5 Dự án AKIZ 5

2.6 Sơ lược về quy trình xử lý kỵ khí nước thải nhà máy thủy sản ở Tiểu dự án số 3 – Dự án AKIZ 7

2.6.1 Xử lý cơ học/ hóa học 8

2.6.2 Xử lý sinh học 9

3.1 Phương tiện thí nghiệm 12

3.1.1 Địa điểm nghiên cứu 12

3.1.2 Thời gian thực hiện 12

3.1.3 Nguyên vật liệu 12

3.1.4 Hóa chất 13

3.1.5 Thiết bị - dụng cụ 13

3.2 Phương pháp thí nghiệm 14

3.2.1 Nuôi tăng sinh 14

3.2.2 Xác định khả năng xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản của vi tảo Chlorella sp 17

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18

4.1 Tính chất của hai loại nước thải đầu vào 18

4.2 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp trong hai loại nước thải 19

4.2.1 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp trong nước thải tuyển nổi 19

4.2.2 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp trong nước thải kỵ khí 20

4 3 Khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp trong nước thải tuyển nổi so với đối chứng 22

4.3.1 Khả năng xử lý đạm 22

4.3.2 Khả năng xử lý lân 24

4.3.3 Khả năng xử lý COD 25

4.4 Khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp trong nước thải kỵ khí so với đối chứng 25

4.4.1 Khả năng xử lý đạm 25

4.4.2 Khả năng xử lý lân 27

4.4.3 Khả năng xử lý COD 28

4.5 Khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp trong nước thải tuyển

nổi so với khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp trong nước thải kỵ

khí 29

4.6 So sánh tính chất hai loại nước thải sau khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp với Tiêu Chuẩn Nước Thải Việt Nam 1996 32

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33

5.1 Kết luận 33

5.2 Đề nghị 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

Tài liệu tham khảo tiếng Việt 34

Tài liệu tham khảo tiếng Anh 34

Website 38

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Kết quả

Phụ lục 2: Xử lý thống kê

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 Thành phần hóa chất trong môi trường BBM cải tiến (Stein, 1973) 13

Bảng 2 Tính chất của hai loại nước thải trước khi xử lý bằng vi tảo Chlorella

sp 19 Bảng 3 Hàm lượng NO3-, NO2- trong nước thải tuyển nổi 23 Bảng 4 Hàm lượng NO3-, NO2- trong nước thải kỵ khí 27 Bảng 5 So sánh tính chất của hai loại nước thải sau khi xử lý bằng vi tảo

Chlorella sp 30 Bảng 6 Tính chất của hai loại nước thải sau khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp.

32

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Vi tảo Chlorella sp 2

Hình 2 Sodium Tripolyphosphate ( Na5P3O10) 4

Hình 3: Acid Nucleic (DNA) 4

Hình 4: Phospholipid 5

Hình 5: Khu công nghiệp Trà Nóc, thành Phố Cần Thơ 6

Hình 6: Logo của dự án AKIZ Error! Bookmark not defined Hình 7: Nhà máy thí điểm, tiểu dự án số 3, dự án AKIZ: Mô hình xử lý kỵ khí nước thải thủy sản 7

Hình 8: Sơ đồ quy trình xử lý cơ học và sinh học 8

Hình 9: Mô hình xử lý tuyển nổi 9

Hình 10 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải kết hợp thu hồi năng lượng bằng phương pháp kỵ khí (Địa điểm thu mẫu) 12

Hình 11 Quá trình nhân giống tảo: (a) 5ml vi tảo trong ống nghiệm, (b) 150ml vi tảo trong bình tam giác có thể tích 250 ml, (c) 500ml vi tảo trong bình tam giác có thể tích 1000ml 14

Hình 12 (a) Buồng đếm hồng cầu với dấu X đỏ là khu vực cần đếm (5 ô) (b) 1 ô nhỏ trong 5 ô và cách đếm tế bào trong ô 16

Hình 13 Nước thải đã được chủng vi tảo Chlorella sp, sục khí 10ml/s, chiếu sáng liên tục 17

Hình 14: Hai loại nước thải trước khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp 18

Hình 15 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp trong nước thải tuyển nổi. 20

Hình 16 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp trong nước thải sau khi xử lý kỵ khí 21

Hình 17: Nước thải tuyển nổi có chủng vi tảo Chlorella sp so với đối chứng 22 Hình 18 Khả năng xử lý đạm của vi tảo Chlorella sp trong nước thải tuyển nổi.

Hình 19 Phần trăm PO4 và Tổng lân trong nước thải tuyển nổi bị được vi tảo

Chlorella sp loại bỏ so với đối chứng 24 Hình 20 Phần trăm COD trong nước thải tuyển nổi được vi tảo Chlorella sp

loại bỏ so với đối chứng 25

Hình 21: Nước thải kỵ khí có chủng vi tảo Chlorella sp so với đối chứng 26 Hình 22 Khả năng xử lý đạm của vi tảo Chlorella sp trong nước thải kỵ khí 26

Hình 23 Phần trăm PO4 và Tổng lân trong nước thải kỵ khí được vi tảo

Chlorella sp loại bỏ so với đối chứng 28 Hình 24 Phần trăm COD trong nước thải kỵ khí được vi tảo Chlorella sp loại

bỏ so với đối chứng 29 Hình 25: Nước thải tuyển nổi và nước thải kỵ khí sau khí xử lý bằng vi tảo

Chlorella sp 31

Hình 26 Phần trăm NH4, tổng đạm, PO4, tổng lân, COD trong hai loại nước thải

được vi tảo Chlorella sp loại bỏ 32

TỪ VIẾT TẮT

KCN: Khu công nghiệp

NT: Nghiệm thức

ĐC: Đối chứng

COD: Chemical Oxygen Demand

BBM: Bold’s Basal Medium

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Thủy sản là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam ra thị trường thế giới Năm 2012, xuất khẩu thủy sản chiếm 5,3% trong tổng kim ngạch các mặt hàng xuất khẩu Xuất khẩu thủy sản giúp tăng thu nhập của người dân, góp phần phát triển kinh tế xã hội Tuy nhiên, nước thải trong quá trình chế biến thủy sản đã làm

ô nhiễm trầm trọng môi trường nước ở Việt Nam (Tổng cục thống kê Việt Nam, 2012)

Bởi vì nước thải thủy sản không chỉ chứa các hợp chất hữu cơ (chất béo, xương, thịt cá bị phân hủy) mà còn chứa các hợp chất hóa học được sử dụng trong quá trình chế biến thủy sản như natri tripoly phosphate, clorua nên các phương pháp xử lý nước thải truyền thống không thể xử lý nước thải thủy sản hiệu quả như mong đợi Hơn nữa, phương pháp xử lý truyền thống có giá thành cao, nên các công ty thủy sản không thể

áp dụng các phương pháp này vào thực tế Vì vậy, hậu quả là tầng nước mặt ngày càng

bị ô nhiễm trầm trọng hơn

So với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống, ứng dụng vi tảo để xử lý nước thải có nhiều ưu điểm hơn Tảo, hay vi tảo có khả năng phát triển trong hầu hết các loại nước thải Các hoạt động sinh học của tảo giúp lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp Bên cạnh, thông qua việc xử lý nước thải bằng vi tảo, các mầm bệnh

có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt nhờ vào sự thay đổi pH trong ngày do ảnh hưởng của quá trình quang hợp của tảo, và sự tiếp xúc của các mầm bệnh với ánh sáng mặt trời

Vì những lý do trên, tôi tiến hành đề tài: “Ứng dụng vi tảo Chlorella sp để xử lý

đạm, lân trong nước thải nhà máy thủy sản trên địa bàn thành phố Cần Thơ”

1.2 Mục tiêu đề tài

Xác định khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp., trong việc xử lý nước

thải nhà máy thủy sản trên địa bàn thành phố Cần Thơ

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Vi tảo Chlorella sp

Thông qua quang hợp nó phát triển nhanh chóng chỉ cần có khí carbon dioxide, nước,

ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khoáng chất để tái sản xuất Tên Chlorella

được lấy từ tiếng Hy Lạp "chloros" có nghĩa là màu xanh lá cây và phần hậu tố lấy từ tiếng Latin có nghĩa là "nhỏ bé"

2.2 Tổng quan về nước thải thủy sản

Nước thải trong nhà máy chế biến thủy sản phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến

Nguồn gây ô nhiễm chính là nước thải trong sản xuất Nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực

Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm

Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó

(Nguồn: http://www.jakorybicka.cz 17/11/2013)

Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy sinh vật.

2.2.1 Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị phân hủy Trong nước thải chứa các chất như carbohydrate, protein, chất béo Khi xả vào nguồn nước, các chất này sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá Sự giảm hàm lượng oxy hòa tan không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

2.2.2 Chất dinh dưỡng (N, P)

Nồng độ các chất nitơ, phospho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức độ giới hạn, tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của thủy vực Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước

Nguồn phát thải phospho trong nước thải chế biến thủy sản chủ yếu từ: Sodium tripoly phosphate, acid nucleic và phospholipid

2.3.1 Sodium tripoly phosphate

Sodium tripoly phosphate là một loại muối phosphate (Hình 2) được dùng trong quy trình chế biến thủy sản với vai trò là chất phụ gia thực phẩm dùng để ngâm thủy sản; tác dụng của nó là giữ nước cho thủy sản, ngăn quá trình phân hủy protein Ngoài việc chống thoát nước sodium tripolyphosphate còn có khả năng ức chế quá trình oxy hóa bằng cách tạo phức với ion dễ bị oxy hóa như sắt và đồng cho nên có thể làm chậm quá trình đổi màu và ôi thiu của thủy sản; liều lượng sử dụng tuỳ thuộc vào yêu

cầu kỹ thuật của quy trình sản xuất có thể sử dụng từ 1% - 3% trong dung dịch nước ngâm, tỉ lệ thủy sản/nước ngâm là 1/1 Có khoảng 50% quy trình chế biến có sử dụng sodium tripoly phosphate Như vậy nếu tính sản lượng chế biến xuất khẩu bình quân thì hàng ngày các nhà máy chế biến thủy sản ở Cần Thơ sử dụng 3000 kg sodium tripoly phosphate để ngâm thủy sản và chất này chỉ được thủy sản hấp thu một phần nhỏ còn lại theo nước thải thải ra môi trường

(Nguồn: http://en.wikiprdia.org 30/05/09)

2.3.2 Acid nucleic, phospholipid

Acid nucleic và phospholipid (Hình 3,4) bị phóng thích trong quá trình sơ chế thủy sản dưới vòi nước chảy, cấu trúc này bị bẻ gãy giải phóng phospho

Hình 3: Acid Nucleic (DNA)

(Nguồn: http://en.wikiprdia.org 20/04/09)

Chu trình biến đổi các hợp chất nitơ trong nước thải gồm: thủy phân các phân tử hữu lớn (protein) thành các acid amin và tiếp tục thành amoniac Một phần amoniac hình thành từ thủy phân được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào (Trần Văn Nhân

et al., 1990)

Nếu không được loại bỏ thì nitơ sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng nitơ cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm

2.5 Dự án AKIZ

Trong những năm qua, nền kinh tế của Việt Nam phát triển mạnh mẽ, góp phần phát triển kinh tế xã hội, cải thiện đời sống của người dân Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó, hiện nay ở Việt Nam có khoảng hơn 200 khu công nghiệp (KCN) được cấp phép hoạt động mà không có hệ thống xử lý nước thải bền vững, làm ô nhiễm môi trường trầm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe, cuộc sống của người dân Để giải quyết

thách thức này, AKIZ - một dự án song phương, hợp tác giữa hai nước Việt Nam và Đức được thành lập, đặt tại KCN Trà Nóc, thành phố Cần Thơ, thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu Long AKIZ là dự án hợp tác nghiên cứu Việt – Đức, nhằm mục đích phát triển chiến lược quản lý nước thải tổng hợp cho KCN, đảm bảo toàn bộ hệ thống nước thải vận hành hiệu quả và bền vững Bên cạnh, dự án còn nghiên cứu giải quyết vấn đề xử lý nước thải tập trung và phi tập trung, sự liên kết giữa lập kế hoạch tài chính và kỹ thuật, cơ chế tính toán biểu phí và phân bổ chi phí

Hình 5: Khu công nghiệp Trà Nóc, thành Phố Cần Thơ

Tiểu dự án 2: Thải loại chất độc bằng xử lý hóa – lý

Tiểu dự án 3: Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí kết hợp thu hồi năng lượng Tiểu dự án 4: Tái tạo nguyên liệu có giá trị bằng công nghệ lọc màng

Tiểu dự án 5: Phát triển và vận hành phòng thí nghiệm trong công-ten-nơ và quan trắc môi trường

Tiểu dự án 6: Giải pháp quản lý bùn thải

Dự án hợp tác này do Bộ Giáo dục và Nghiên cứu CHLB Đức (BMBF) và Bộ Khoa học và Công nghệ nước CHXHCN Việt Nam (MOST) cũng như các đối tác công nghiệp Đức tài trợ Tổng ngân sách của dự án là hơn 10 triệu EUR

Hình 6: Logo của dự án AKIZ

án số 3 xử lý được đến 75% COD và có thể xử lý đến 1000 lít nước thải/ ngày Nhà máy thí điểm này chỉ được xây dựng cho mục đích nghiên cứu, vì vậy không thế xử lý toàn bộ lượng nước thải ra từ quy trình chế biến thủy sản Bằng quy trình xử lý kỵ khí,

khí biogas được sản sinh ra từ những việc phân hủy hợp chất hữu cơ Khí biogas này chứa nhiều methane, vì vậy có thể sử dụng để đun nấu

Quy trình xử lý kỵ khí của nhà máy thí điểm ở tiểu dự án số 3 gồm 2 bước chính: xử lý cơ học/ hóa học (trung hòa pH, kết cụm, tuyển nổi, lắng đọng); xử lý sinh học (xử lý kỵ khí, sản sinh biogas)

để hấp thu được nhiều khí hơn Tiếp theo, nước thải với áp suất cao này chảy vào bể tuyển nổi có điều kiện áp suất bình thường Do đó, không khí hòa tan trong nước thải được tách ra khỏi nước, tạo ra các bong bóng nhỏ, được kết nối với các vật liệu rắn (dầu, mỡ, chất rắn lơ lửng) và nổi lên bề mặt Các chất rắn nổi trên bề mặt này được loại bỏ Nước từ bể tuyển nổi chảy vào bể chứa bùn và được sử dụng cho quá trình kỵ khí tiếp theo

hệ thống thoát nước Một bể lắng thứ cấp cần thiết để thu hồi lại bùn kỵ khí trong hệ thống Nếu bùn kỵ khí bị mất khỏi hệ thống, toàn bộ hệ thống sẽ ngưng hoạt động

Xử lý kỵ khí là bước tiền xử lý, chỉ quan tâm đến tái tạo năng lượng, sản sinh biogas bằng cách phân hủy các hợp chất hữu cơ có nồng độ COD cao trong nước thải, nhưng phương pháp này chưa quan tâm đến loại bỏ đạm, lân trong nước thải Để xử lý toàn diện nước thải thủy sản, cần thêm bước xử lý hiếu khí vì xử lý hiếu khí giúp loại

bỏ đạm, lân trong nước thải (Đạm, lân là những hợp chất chủ yếu gây ra hiện tượng phú dưỡng, tảo nở hoa trên tầng nước mặt, tổn hại hệ sinh thái)

2.7 Tình hình nghiên cứu

Theo Maestrini, S.Y (1986), trong giai đoạn trễ pha, vi tảo Chlorella vulgaris

không phát triển, không có sự hấp thụ cacbon vô cơ, và hàm lượng nitơ được loại bỏ cũng rất ít từ 7.7±0.19 mg/L xuống 7.6±0.24 mg/L Trong giai đoạn phát triển nhanh, nồng độ cacbon vô cơ giảm mạnh, tương ứng, nồng độ nitơ cũng giảm nhanh từ 7.6±0.24 mg/L to 3.4±0.17 mg/L Tổng sinh khối của vi tảo tăng lên trong suốt thời gian nuôi cấy tương ứng với tổng lượng cacbon vô cơ và nitơ được loại khỏi môi trường nuôi cấy

Theo nghiên cứu “Các chất dinh dưỡng trong nước thải được loại bỏ bởi vi tảo

Chlorella pyrenoidosa và Scenedesmus sp.” của Tam, N.F.Y và Wong, Y.S vào 09/1988 ở Hồng Kong Ban đầu, vi tảo Chlorella pyrenoidosa được chủng vào nước

thải với 2 nồng độ: nồng độ cao 1,16 x 107 tế bào/ml, nồng độ thấp 1,06 x 105 tế

bào/ml Tương tự, Scenedesmus sp cũng được chủng vào nước thải với 2 nồng độ

khác nhau: nồng độ cao 6,06 x 105 tế bào/ml, nồng độ thấp: 1,02 x 105 tế bào/ml Với nồng độ cao, 91,5 % NH4+-N được loại bỏ bởi vi tảo Chlorella và 96,5 % NH4+-N

trong nước thải được loại bỏ bởi vi tảo Scenedesmus sau 3 ngày xử lý Khả năng loại

bỏ nitơ của vi tảo, đặc biệt là NH4+-N ảnh hưởng bởi hai nhân tố: sự hấp thụ trực tiếp nitơ bởi vi tảo, và sự hấp thụ nitơ dưới dạng NH3 Sự loại bỏ nitơ trong NH3 diễn ra dưới điều kiện hiếu khí Vi tảo ưu tiên sử dụng NH4+ và các dạng khử khác của nitơ trong nước thải hơn là NO3- và NO2- (Matusiak et al., 1976) Nghiên cứu khác chứng minh là NO3- chỉ được vi tảo sử dụng khi nồng độ NH4+-N trong nước thải giảm đi, không còn cung cấp đủ mức cần thiết cho vi tảo tăng sinh khối

Theo Wong, Y.S (1988), trong ba dạng của phospho: phospho được hoạt hóa (PO43-), phospho thủy phân, phospho hữu cơ, thì vi tảo ưu tiên sử dụng PO43- hơn hai

loại phospho còn lại Khi so sánh hai dòng vi tảo, Chlorella có khả năng xử lý phospho trong nước thải tốt hơn Scenedesmus Nồng độ PO43- trong nước thải giảm từ

6,179 xuống 0,572mg/l sau 13 ngày xử lý bởi Chlorella, trong khi nồng độ PO43- trong

nước thải giảm từ 6,179 xuống 2,018 mg/l sau 13 ngày được xử lý bởi Scenedesmus

Tổng quát, khi vi tảo được chủng vào nước thải với mật số cao, vi tảo có khả

Chlorella sp có khả năng xử lý nước thải tốt hơn Scenedesmus Kết quả trên chỉ ra rằng, nuối cấy Chlorella sp là một phương pháp tốt để loại bỏ đạm, lân trong nước

thải, góp phần ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng (Matusiak, K 1976)

Theo nghiên cứu của Eny, D.M (1951), trong quá trình chuyển hóa, vi tảo có thể

sử dụng các hợp chất hữu cơ như là nguồn cung cấp carbon chủ yếu thay vì CO2 Điều này có nghĩa là, bên cạnh quá trình tự dưỡng, vi tảo còn biểu hiện quá trình dị dưỡng Các hợp chất hữu cơ có thể đóng vai trò nhưng nguồn cung cấp carbon chính, hay nhân tố cần thiết thúc đẩy vi tảo phát triển nhanh hơn

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương tiện thí nghiệm

3.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Phòng thí nghiệm Vi sinh vật đất, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học, Trường Đại học Cần Thơ Công ty thủy sản An Khang – Nam Mỹ (Trà Nóc, Cần Thơ) Tiểu dự án số 3 - Dự án AKIZ (Trà Nóc, Cần Thơ)

3.1.2 Thời gian thực hiện

Đề tài được thực hiện từ tháng 07 năm 2013 đến tháng 12 năm 2013

3.1.3 Nguyên vật liệu

Dòng vi tảo Chlorella sp do Bộ môn Công nghệ Sinh học Vi sinh vật cung cấp

Hai loại nước thải: Nước thải sau khi xử lý kỵ khí (nước thải kỵ khí), nước thải sau khi

xử lý tuyển nổi (nước thải tuyển nổi) bằng hệ thống xử lý kỵ khí của tiểu dự án số 3,

dự án AKIZ, đặt tại nhà máy thủy sản An Khang – Nam Mỹ (Trà Nóc, Cần Thơ) (Hình 10)

Hình 10 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải kết hợp thu hồi năng lượng bằng phương pháp kỵ khí (Địa điểm thu mẫu)

(Nguồn: http://akiz.de ngày 07/09/2013)

3.1.4 Hóa chất

Môi trường BBM cải tiến

Bảng 1 Thành phần hóa chất trong môi trường BBM cải tiến (Stein, 1973)

Dung dịch stock (g/L) Thể tích sử dụng cho 1 lít môi

- Máy quang phổ Spectrophotometer

- Cân điện tử Sartorius (Đức)

- Tủ lạnh -20oC Electrolux Confor Plus (Thụy Điển)

- Máy ly tâm lạnh Hettich (rotanta 460 R) (Đức)

- Tủ cấy vi sinh vật biosafe

Nhân mật số tảo và trữ giống tảo thuần Tăng sinh khối vi tảo Chlorella sp để

chuẩn bị cho thí nghiệm 2

b Bố trí thí nghiệm

Hình 11 Quá trình nhân giống tảo: (a) 5ml vi tảo trong ống nghiệm, (b) 150ml vi tảo trong bình tam giác có thể tích 250 ml, (c) 500ml vi tảo trong bình

tam giác có thể tích 1000ml

Chọn mẫu tảo: Chọn ống nghiệm có mật độ tảo tương đối cao và kiểm tra mẫu tảo dưới kính hiển vi, tránh trường hợp mẫu tảo bị nhiễm dòng tảo khác, vi khuẩn hay

nấm

Chuẩn bị 5 ống nghiệm đã khử trùng nhiệt ướt ở nhiệt độ 121oC trong 20 phút Chuyển 1ml tảo từ ống tảo gốc vào mỗi ống nghiệm mới có chứa 4ml môi trường BBM

Đặt 5 ống nghiệm mới đã được chủng tảo vào tủ nuôi tảo ở nhiệt độ phòng, chiếu sáng 24/24 giờ

Chuyển tổng cộng 25ml từ 5 ống nghiệm đã được nhân giống từ trước vào bình tam giác loại 250ml, có chứa 125ml môi trường BBM đã được khử trùng (thể tích tảo dùng làm mẫu chủng bằng 15-20% thể tích môi trường trong bình chứa mới)

Đặt bình tam giác đã được chủng tảo vào tủ nuôi tảo ở nhiệt độ phòng, chiếu sáng liên tục 24/24 giờ, sục khí liên tục bằng máy sục khí trong 5 ngày

Sau 5 ngày, chuyển 150ml tảo từ bình tam giác 250ml vào bình tam giác 1000ml chứa 350ml môi trường BBM đã khử trùng

Tất cả các bình nuôi tảo đều được nuôi ở nhiệt độ phòng, được sục khí ở mức 5ml/s và chiếu sáng liên tục

c Phương pháp đếm mật số bằng buồng đếm hồng cầu:

Pha loãng huyền phù tế bào vi sinh vật sao cho trong mỗi ô lớn chỉ từ 10-15 tế bào

Lắc mạnh dịch huyền phù tế bào, dùng pippet Pasteur để hút dịch huyền phù này

Đậy buồng đếm bằng 1 phiến kính mỏng

Nhẹ nhàng dùng đầu col (chứa 10 μl tế bào vi sinh vật), đặt vào cạnh buồng đếm (nơi tiếp giáp với phiến kính mỏng) Dịch huyền phù sẽ đi vào buồng đếm nhờ cơ chế mao dẫn Buồng đếm được chuẩn bị đúng chỉ có vùng không gian nằm giữa lá kính và buồng đếm được phủ bởi dịch huyền phù tế bào, còn các rãnh chung quanh thì không bị dính ướt

Di chuyển nhẹ nhàng khung đếm để dịch huyền phù tràn đầy các khoang Khi

đó, dịch nằm trong khoang có độ dày khoảng 0,1mm

Đặt buồng đếm lên kính hiển vi, sử dụng vật kính X10 để tìm buồng đếm Chỉnh thật rõ Vi tảo được đếm mật số ở vật kính X10

Điều chỉnh cường độ ánh sáng để có thể quan sát rõ ràng cả tế bào lẫn các đường kẻ Tùy vào số lượng tế bào mà có thể chọn cách đếm tất cả các tế bào có trong

ô trung tâm hay chỉ đếm các tế bào có trong các ô vuông lớn đại diện Thông thường, chọn một ô trung tâm và bốn ô nằm ngoài bìa (có đánh dấu X) hoặc 5 ô theo đường chéo ở Hình 10

Bắt đầu đếm tế bào sau khi nhỏ giọt dịch từ 3-5 phút; phải đếm các tế bào nằm trên hai đường kẻ bên trái và ở trên, còn đường kẻ bên phải và ở dưới thì không đếm (Hình 12)

Hình 12 (a) Buồng đếm hồng cầu với dấu X đỏ là khu vực cần đếm (5 ô) (b) 1 ô nhỏ trong 5 ô và cách đếm tế bào trong ô

Đếm tất cả các tế bào trong ô vuông đỏ (16x5 ô nhỏ) là đếm đại diện, còn nếu mật số thấp ta đếm hết trong 25 ô

Công thức tính cho đếm 25 ô là

Trong đó N là mật số tế bào/ml

k a k

a

5.216

4000 3 4





3.2.2 Xác định khả năng xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản của vi tảo

Chlorella sp

a Mục đích:

Xác định khả năng xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản của vi tảo

Chlorella sp., trong đó chú trọng đến khả năng xử lý ô nhiễm đạm và lân

Hình 13 Nước thải đã được chủng vi tảo Chlorella sp, sục khí 10ml/s, chiếu

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Tính chất của hai loại nước thải đầu vào.

Hình 14: Hai loại nước thải trước khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp

(Nguồn: Ảnh chụp 04/09/2013)

Hai loại nước thải sử dụng để nghiên cứu được lấy từ hệ thống xử lý kỵ khí của

dự án AKIZ, đặt tại nhà máy thủy sản An Khang – Nam Mỹ (Trà Nóc – Cần Thơ) Loại 1 là nước thải sau khi xử lý tuyển nổi, tách bỏ xương cá, vỏ tôm, và các chất rắn

có trong nước thải Loại 2 là nước thải đã được xử lý bằng phương pháp kỵ khí (Hình 14) Thành phần các chất có trong hai loại nước thải được liệt kê trong bảng 2

Hàm lượng NH4+ trong nước thải tuyển nổi là 427,90 mg/L, nhiều hơn 99 mg/L

so với hàm lượng NH4+ trong nước thải kỵ khí Đặc biệt, hàm lượng NO2-, NO3- trong nước thải tuyển nổi gấp đôi trong nước thải kỵ khí Vì hàm lượng NH4+, NO3-, NO2-trong nước thải tuyển nổi đều cao hơn trong nước thải kỵ khí, nên làm cho tổng đạm trong nước thải tuyển nổi là 481,90 mg/L, cao hơn gần 1,6 lần so với tổng đạm trong nước thải kỵ khí (298,00 mg/L) Hàm lượng PO43- trong nước thải tuyển nổi nhiều hơn 78,2 mg/L so với trong nước thải kỵ khí Tổng lân trong nước thải tuyển nổi cũng nhiều hơn 73,9 mg/L so nước thải kỵ khí Hàm lượng các chất dinh dưỡng (đạm, lân) trong nước thải sau khi xử lý tuyển nổi cao hơn so với nước thải sau khi xử lý kỵ khí Quá trình xử lý kỵ khí đã loại bỏ đáng kể hàm lượng đạm, lân, nên nước thải kỵ khí chứa ít dinh dưỡng hơn

COD (Chemical Oxygen Demand): Là lượng oxygen cần thiết để oxy hóa các

Nước thải

tuyển nổi

Nước thải

kỵ khí

COD trong nước thải tuyển nổi cao hơn trong nước thải kỵ khí Theo số liệu đo được, COD trong nước thải tuyển nổi, trước khi được xử lý bằng vi tảo đạt 5307,00 mg/L, cao gấp 4,5 lần so với COD trong nước thải kỵ khí trước khi được xử lý bằng vi tảo (1169,00 mg/L)

Bảng 2 Tính chất của hai loại nước thải trước khi xử lý bằng vi tảo

Ghi chú: Các hàng có mẫu tự đi kèm giống nhau biểu thị sự khác biệt không có ý nghĩa thống kê (P ≤ 0,05)

4.2.1 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp trong nước thải tuyển nổi

Vi tảo Chlorella sp được chủng vào với mật số 1,36 x 106 tế bào/mL Do chuyển từ môi trường BBM sang môi trường nước thải, vi tảo cần thời gian thích nghi, nên mật số giảm mạnh xuống còn 0,72 x 106 tế bào/mL trong ngày thứ 2 Sau khi đã thích nghi với môi trường, mật số của vi tảo bắt đầu tăng trở lại vào ngày thứ 3, đạt 1,21 x 106 tế bào/mL Vi tảo đạt đỉnh sinh trưởng 2,21 x 106 tế bào/mL ở ngày thứ 5, gấp 3 lần so với ngày thứ 2, và giảm nhẹ vào ngày thứ 6 xuống còn 2,16 x 106 tế bào/ml Ở cuối chu kỳ quan sát, mật số vi tảo (2,16 x 106 tế bào/ml) đạt gấp 1,59 lần so với mật số vi tảo đầu vào (1,36 x 106 tế bào/ml) Vi tảo Chlorella sp hấp thụ đạm lân

trong nước thải thông qua quá trình quang hợp để chuyển thành sinh khối của tế bào

Do hàm lượng đạm, lân trong nước thải tuyển nổi ở mức cao (tổng đạm: 481,9 mg/L,

tổng lân: 344,2 mg/L), tạo môi trường giàu dinh dưỡng cho vi tảo Chlorella sp phát

triển tốt (Bảng 7, phục lục)