Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo và hiệu suất xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - HOÀNG THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TĂNG TRƯỞNG SINH KHỐI VI TẢO VÀ HIỆU SUẤT XỬ LÝ NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐOÀN THỊ THÁI YÊN HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu tác giả Các số liệu nghiên cứu luận văn trung thực xác Những tài liệu sử dụng luận văn có nguồn gốc trích dẫn rõ ràng Hà Nội, ngày 18 tháng năm 2013 Học viên Hoàng Thị Thu Trang LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian thực đề tài nhận đƣợc nhiều động viên giúp đỡ từ thầy cô, gia đình, quan bạn bè để hoàn thành tốt đề tài luận văn dù gặp nhiều khó khăn Đầu tiên, xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành tới TS Đoàn Thị Thái Yên – Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, ngƣời theo sát, giúp đỡ bảo suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Đồng thời, xin cám ơn thầy, cô cán công tác Phòng thí nghiệm, thuộc Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng (INEST) – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ bảo thời gian học tập, nghiên cứu trƣờng Nhân đây, Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo đồng nghiệp làm việc Trung tâm Quan trắc môi trƣờng Bắc Giang tạo điều kiện cho suốt trình học tập, nghiên cứu luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bố mẹ bạn bè ủng hộ động viên suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 18 tháng năm 2013 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .3 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ .5 MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG TẢO CHLORELLA TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI 1.1 Đặc điểm phân loại đặc điểm sinh học tảo Chlorella 1.1.1 Đặc điểm phân loại 1.1.2 Đặc điểm sinh học Chlorella 10 1.1.3 Sinh sản 12 1.1.4 Các giai đoạn phát triển tảo [5] 13 1.1.5.Thành phần dinh dƣỡng vi tảo 14 1.1.6 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến phát triển tảo 15 1.2 Ứng dụng tảo Chlorella xử lý nƣớc thải chăn nuôi .18 1.2.1 Tổng quan nƣớc thải chăn nuôi 18 1.2.2 Ứng dụng vi tảo xử lý nƣớc thải 22 CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .24 2.1 Hóa chất, thiết bị thí nghiệm nƣớc thải 24 2.2 Chuẩn bị giống tảo làm thí nghiệm .25 2.3 Phƣơng pháp xác định sinh khối tảo .26 2.4 Phƣơng pháp xác định tiêu môi trƣờng nghiên cứu 27 2.5 Thí nghiệm ảnh hƣởng nồng độ nƣớc thải đầu vào (tỉ lệ pha loãng) 29 2.6 Thí nghiệm ảnh hƣởng loại ánh sáng 30 2.7 Thí nghiệm ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng .31 2.8 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ 32 2.9 Xử lý số liệu 33 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Ảnh hƣởng nồng độ nƣớc thải đầu vào (tỉ lệ pha loãng) 34 3.2 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng loại ánh sáng 42 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng 45 3.4 Kết nghiêncứu ảnh hƣởng nhiệt độ 49 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .54 PHỤ LỤC 57 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BG-11 : BG-11 Medium, Modified COD : Chemical Oxigen Demand/ Nhu cầu oxy hóa học PTN : Phòng thí nghiệm TN : Tổng Nitơ TP : Tổng phốt UASB : Upflow Anearobic Sludge Blanket/ Bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần hóa học tảo Chlorella vulgaris[9] 14 Bảng 1.2 Tính chất nƣớc thải chăn nuôi gia súc[2] .19 Bảng 2.1 Thành phần môi trƣờng BG-11 24 Bảng 3.1 Kết phân tích thông số nƣớc thải đầu vào theo mức pha loãng khác 34 Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP loại ánh sáng khác 44 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý COD, TKN TP theo cƣờng độ ánh sáng 48 Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP mức nhiệt độ khác 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh Tảo Chlorella vulgaris dƣới kính hiển vi Hình 1.2 Sơ đồ trình sinh sản tảo .12 Hình 1.3 Các giai đoạn phát triển đặc trƣng tảo .13 Hình 1.4 Một số hệ thống xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn 21 Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm nhân giống tảo 26 Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng loại ánh sáng 30 Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng .31 Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng nhiệt độ 32 Hình 3.1 Đƣờng cong sinh trƣởng Chlorella vulagaris B5 nƣớc thải chăn nuôi lợn mức pha loãng khác .35 Hình 3.2 Nồng độ sinh khối khô tảo nuôi nƣớc thải pha loãng mức khác 37 Hình 3.3 Diễn biến COD theo thời gian nuôi tảo tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác 38 Hình 3.4.Hiệu suất xử lý COD tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác .38 Hình 3.5 Hiệu suất xử lý TKN tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác 40 Hình 3.6 Hiệu suất xử lý TP tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác 41 Hình 3.7 Đƣờng cong sinh trƣởng Chlorella vulagaris B5ở loại ánh sáng khác 43 Hình 3.8 Đƣờng cong sinh trƣởng tảo mức cƣờng độ ánh sáng .46 Hình 3.9 Nồng độ sinh khối khô tảo mức cƣờng độ ánh sáng 47 Hình 3.10 Đƣờng cong sinh trƣởng tảo B5 nhiệt độ khác 50 MỞ ĐẦU Những năm gần đây, tăng sản phẩm nông nghiệp với nhu cầu thực phẩm ngày cao sống thức đẩy nghành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ Theo số liệu Tổng cục thống kê, đến năm 2011 nƣớc có 20.000 trang trại chăn nuôi với số lƣợng gia súc, gia cầm dao động khoảng từ hàng trăm đến hàng nghìn Hình thức chăn nuôi theo mô hình trang trại ngày đƣợc phát triển rộng rãi nhận đƣợc quan tâm Nhà nƣớc nhƣ quyền địa phƣơng Đây định hƣớng chiến lƣợc phát triển Chính phủ đến năm 2020 khuyến khích phát triển chăn nuôi theo hình thức trang trại, công nghiệp [11] Hiện nay, nhiều địa phƣơng có sách định hƣớng phát triển loại hình kinh tế nên chăn nuôi trang trại tiếp tục phát triển số lƣợng nhƣ quy mô Tùy thuộc vào loại hình, qui mô chăn nuôi nguồn thức ăn cung cấp mà nƣớc thải trang trại có đặc trƣng ô nhiễm riêng, nhiên nƣớc thải từ sở chăn nuôi có đặc tính chung chứa hàm lƣợng chất hữu cao phù hợp để áp dụng công nghệ xử lý sinh học Hiện để xử lý nƣớc thải ngành chăn nuôi, giới nhƣ Việt Nam thƣờng áp dụng kỹ thuật truyền thống ứng dụng trình xử lý học, lý, hóa, sinh học nhằm giữ lại chất ô nhiễm chuyển chúng từ dạng độc sang dạng không độc độc thải môi trƣờng công nghệ sử dụng bể Biogas, UASB đƣợc sử dụng nhiều Tuy nhiên công nghệ có hiệu không cao, nƣớc thải sau xử lý hàm lƣợng chất hữu cần đƣợc xử lý Với nhiều ƣu nhƣ sinh trƣởng phát triển nhanh, suất sinh khối hàm lƣợng lipid cao loài thực vật khác, dễ nuôi trồng, cạnh tranh đất nông nghiệp không cần nguồn nƣớc sạch, thân thiện với môi trƣờng… Vi tảo (Microalgae) đƣợc nhiều nƣớc giới có Việt Nam tập trung nghiên cứu đƣa vào sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học xử lý môi trƣờng quy mô rộng rãi Ở Việt Nam, Chính phủ quan tâm nhiều đến việc phát triển nhiên liệu sinh học xử lý môi trƣờng từ vi tảo Năm 2009, chƣơng trình nghiên cứu quy trình công nghệ nuôi trồng sản xuất vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học đƣợc phê duyệt [12] Tuy nhiên, thách thức đặt sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo nƣớc ta giá thành cao so với nhiên liệu từ hóa thạch Do vậy, phƣơng án để hạ giá thành nguyên liệu nuôi tảo nƣớc thải giàu chất hữu nhƣ nƣớc thải chăn nuôi, giết mổ, chế biến thực phẩm, nƣớc thải sinh hoạt phƣơng án tối ƣu Với ƣu mình, nƣớc thải chăn nuôi đƣợc xem môi trƣờng thuận lợi cho việc nuôi trồng vi tảo nhằm mục đích cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học xử lý môi trƣờng Vi tảo loài sinh trƣởng phát triển chịu ảnh hƣởng nhiều yếu tố ngoại cảnh nhƣ: pH môi trƣờng, nồng độ dinh dƣỡng, cƣờng độ ánh sáng, loại ánh sáng, nhiệt độ số yếu tố khác… Do nhằm sớm triển khai áp dụng công nghệ nuôi trồng vi tảo môi trƣờng nƣớc thải chăn nuôi vào thực tế việc nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố nêu cần đƣợc tính đến Để góp phần tìm kiếm giải pháp cho vấn đề nêu Đề tài “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo hiệu suất xử lý nước thải” đƣợc triển khai Kết nghiên cứu sở cho nghiên cứu phần áp dụng triển khai vào thực tế sản xuất thử nghiệm * Mục tiêu: Mục tiêu chung khảo sát ảnh hƣởng điều kiện môi trƣờng nuôi đến trình tăng trƣởng sinh khối hiệu xử lý nƣớc thải vi tảo Chlorella vulgaris nƣớc thải chăn nuôi lợn Sau ngày theo dõi thấy màu ánh sáng khác tốc độ tăng trƣởng tảo đƣợc biểu diễn cụ thể hình sau: Đường cong sinh trưởng B5 loại ánh sáng khác 12 Tế bào/ml x 106 10 trắng xanh đỏ 0 Ngày Hình 3.7 Đƣờng cong sinh trƣởng Chlorella vulagaris B5ở loại ánh sáng khác Qua đồ thị trên, nhận thấy tảo thích nghi phát triển tốt ba loại ánh sáng Tuy nhiên, hai loại ánh sáng xanh đỏ tảo sinh trƣởng phát triển tốt ánh sáng trắng Tại ánh sáng xanh tảo thích nghi nhanh hơn, sinh trƣởng phát triển tốt nhất, điều đƣợc thể qua số lƣợng tảo đếm đƣợc với ánh sáng xanh sau5 ngày đạt 9,48.106 tế bào/ml, sau ngày với loại ánh sáng đỏ ánh sáng trắng số lƣợng tế bào tảo đạt giá trị cao tƣơng ứng lần lƣợt 8,44.106 tế bào/ml 7,34.106 tế bào/ml Đối với tảo Chlorella vulgaris, sắc tố màu hấp thụ ánh sáng chủ yếu chlorophyll hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ lục Ánh sáng đỏ loại ánh sáng bƣớc sóng lớn thƣờng bị nƣớc hấp thụ mạnh nên không truyền sâu vào nƣớc, ánh sáng màu xanh bị nƣớc hấp thụ nên truyền sâu vào môi trƣờng nƣớc Vì vậy, ánh sáng xanh chiếu đến tảo mạnh Kết thí nghiệm 43 cho thấy, ánh sáng xanh loại ánh sáng tốt so với ánh sáng đỏ ánh sáng trắng tăng trƣởng tảo điều kiện nhiệt độ Xác định nồng độ sinh khối tảo khô ngày thứ sau thực bƣớc ly tâm tách tảo Nhận thấy sinh khối đạt cao ánh sáng xanh đạt 0,249g/l, sinh khối thu đƣợc ánh sáng đỏ 0,2315 g/l ánh sáng trắng 0,2195 g/l Kết nồng độ sinh khối khô trung bình thu đƣợc ba loại ánh sáng không chênh lệch đáng kể Vậy tảo Chlorella vulgaris phát triển tốt ba loại ánh sáng xanh, đỏ, trắng, tốc độ tăng trƣởng sinh khối chênh lệch đáng kể *Ảnh hƣởng loại ánh sáng đến hiệu suất xử lý nƣớc thải: Tƣơng ứng với phát triển tảo khả tiêu thụ nguồn cacbon hữu cơ, lƣợng TN, TP Phân tích tiêu COD, TKN, TP ngày thứ ngày thứ 6, so sánh hiệu xử lý COD, TKN, TP loại ánh sáng khác cho kết thu đƣợc thể bảng 3.2: Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP loại ánh sáng khác Loại ánh Hiệu suất xử lý COD Hiệu suất xử lý TKN Hiệu suất xử lý TP sáng ngày ngày Trắng 51.79% 64.79% 60.95% 63.61% 30.00% 46.23% Xanh 65.47% 68.11% 66.86% 65.98% 29.03% 37.39% Đỏ 57.66% 66.78% 65.24% 64.64% 26.37% 38.42% Nhìn chung hiệu suất xử lý COD, TKN loại ánh sáng khác không chênh lệch đáng kể, hiệu suất xử lý COD, TKN đạt 60% ngày thứ Tuy nhiên, loại ánh sáng xanh hiệu suất xử lý COD đạt 68,11% TKN đạt 66,86% cao so với hai loại ánh sáng lại Riêng hiệu suất xử lý TP, hiệu suất xử lý ánh sáng trắng cao loại ánh sáng đạt 46,23%, hiệu suất xử lý TP ánh sáng xanh 37,39%, ánh sáng đỏ 38,42% Theo quan sát thấy đếm tảo, ánh sáng xanh đỏ 44 ngày số lƣợng tảo có dấu hiệu chết nguyên nhân dẫn đến làm tăng TP hai loại ánh sáng Nhận xét chung để đạt đƣợc suất sinh khối cao ánh sáng xanh thích hợp nhất, nhiên để đạt đƣợc mục đích xử lý nƣớc thải chi tiêu COD, TKN, TP ánh sáng trắng lại cho kết khả quan Nhìn nhận thấy ánh sáng trắng sinh khối thu đƣợc thấp ánh sáng xanh nhƣng chênh lệch lớn để đạt đƣợc hai mục đích thu sinh khối xử lý môi trƣờng ánh sáng trắng đƣợc cho tối ƣu, ta chọn loại ánh sáng trắng cho thí nghiệm cƣờng độ ánh sáng 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng Cƣờng độ ánh sáng yếu tố ảnh hƣởng quan trọng đến quang hợp tảo Khảo sát ba mức cƣờng độ chiếu sáng lần lƣợt yếu (1.500lux), vừa (3.000lux) mạnh (10.000lux), bình thí nghiệm đƣợc chiếu sáng 12:12, điều kiện nhiệt độ Tiến hành theo dõi tăng trƣởng tảo ngày liên tiếp nhận thấy tảo Chlorella vulgaris sinh trƣởng tốt ba điều kiện thí nghiệm cƣờng độ ánh sáng Tuy nhiên, có khác cƣờng độ ánh sáng, thấy tốc độ tăng trƣởng tảo chlorella vulagaris tăng cƣờng độ ánh sáng tăng từ 1500 lux đến 10.000 lux Kết phù hợp với nghiên cứu G.Gacheva (2008) sinh trƣởng sinh khối tăng cƣờng độ ánh sáng tăng.[20] Kết cụ thể đƣợc thể qua hình vẽ đƣờng cong sinh trƣởng tảo mức cƣờng độ ánh sáng khác nhau: 45 Đường cong sinh trưởng tảo mức cường độ ánh sáng khác 14 Tế bào/ml x 106 12 10 Mạnh Vừa Yếu 0 Ngày Hình 3.8 Đƣờng cong sinh trƣởng tảo mức cƣờng độ ánh sáng Nhận thấy ngày đầu tiên, tảo giai đoạn sử dụng nốt chất dinh dƣỡng từ môi trƣờng cũ nhƣ dần thích nghi làm quen với môi trƣờng sống số lƣợng tế bào tảo tăng nhẹ Sang ngày thứ 3, tảo bắt đầu sử dụng đến chất dinh dƣỡng có môi trƣờng, số tế bào chƣa kịp thích nghi bị chết cụ thể mức cƣờng độ ánh sáng mạnh số tế bào có tƣợng giảm Sau thời gian thích nghi, số lƣợng tảo bắt đầu tăng lên nhanh chóng ngày Ở ba mức độ chiếu sáng, hầu nhƣ tốc độ sinh trƣởng tảo nhƣ Đến hết ngày thứ 7, chuyển sang ngày thứ 8, tốc độ tăng trƣởng tảo không tăng nhiều, lúc ngày tảo Chlorella vulgaris đạt đến pha cân tất cƣờng độ ánh sáng Tuy nhiên, thực tế trình thí nghiệm quan sát thấy cƣờng độ ánh sáng mạnh vừa tảo sinh trƣởng phát triển nhanh ngày đầu nhƣng có nhiều tế bào già ngày sau 46 Cùng với việc theo dõi tốc độ tăng trƣởng tảo ba mức cƣờng độ ánh sáng, tiến hành lấy mẫu, ly tâm tách sinh khối nhằm xác định nồng độ sinh khối khô thời điểm với trình theo dõi tốc độ tăng trƣởng, thu đƣợc kết nồng độ sinh khối khô có các mẫu nƣớc thải mức cƣờng độ ánh sáng khác Nồng độ sinh khối khô tăng mạnh ngày ngày ngày lúc tảo thích nghi sinh trƣởng mạnh Trong đó, nồng độ sinh khối khô thu đƣợc lớn cƣờng độ ánh sáng mạnh với 0,355 g/lit sau thời gian ngày Điều hoàn toàn phù hợp với trình sinh trƣởng phát triển tảo Nồng độ sinh khối khô tảo Chlorella vulagaris B5 Nồng độ sinh khối khô (g/lít) 0.4 0.35 0.3 0.25 mạnh 0.2 vừa 0.15 yếu 0.1 0.05 Ngày Hình 3.9 Nồng độ sinh khối khô tảo mức cƣờng độ ánh sáng Đồng thời trình tách sinh khối ta tiến hành lọc nƣớc thải để phân tích số COD, TKN, TP nƣớc thải sau ngày, ngày, ngày ngày Kết thu đƣợc thể bảng sau: 47 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý COD, TKN TP theo cƣờng độ ánh sáng Thông số Thời gian Ánh sáng mạnh Ánh sáng vừa Ánh sáng yếu (ngày) (10.000lux) (3000lux) (1500lux) 31,94 31,25 31,94 63,19 62,50 62,50 70,67 69,39 68,12 71,60 70,47 69,33 23,21 24,40 23,21 64,29 65,18 61,31 65,77 66,67 65,89 66,07 65,77 65,48 9,71 23,87 17,14 Hiệu suất 57,88 50,47 35,12 xử lý TP (%) 73,94 66,22 37,19 75,03 73,00 63,29 Hiệu suất xử lý COD ( %) Hiệu suất xử lý TKN ( %) Dễ dàng nhận thấy, Sau ngày nuôi tảo cƣờng độ chiếu sáng hiệu xử lý COD, TKN TP đạt hiệu suất cao chênh lệch lớn cƣờng độ ánh sáng khác Hiệu suất xử lý COD, TKN đạt 60% cƣờng độ chiếu sáng, hiệu suất xử lý TP cƣờng độ ánh sáng 10.000 lux 3000lux lần lƣợt đạt 57,88% 50,47%, cƣờng độ ánh sáng 1500lux hiệu suất xử lý TP đạt 35,12% Điều phù hợp với thời gian sinh trƣởng tảo Hiệu xử lý đạt cao ngày 8, cƣờng độ chiếu sáng 10.000 lux hiệu suất xử lý COD, TKN, TP đạt lần lƣợt là:71,60% ÷ 66,07% ÷ 75,03%, cƣờng độ chiếu sáng 3.000lux hiệu suất xử lý COD: 70,47%, TKN : 65,77%, TP : 73,00%, hiệu suất xử lý COD, TKN, TP đạt lần lƣợt là:69,33%÷ 65,48%÷ 63,29% Kết thí nghiệm cho thấy đƣợc khả thích nghi tảo Chlorellavulgaris thay đổi cƣờng độ chiếu sáng Điều phù hợp với nghiên cứu Oh-Hama (1986) cƣờng độ chiếu sáng thích hợp cho 48 trình quang hợp tảo chlorella rộng từ 1.000lux – 30.000lux tùy theo loài [24] Tuy nhiên, liên quan đến cƣờng độ chiếu sáng chi phí điện phục vụ cho trình nuôi tảo môi trƣờng Do sau thí nghiệm, ta thấy sử dụng cƣờng độ ánh sáng 3000lux cƣờng độ ánh sáng tối ƣu cho trình nuôi tảo nƣớc thải cƣờng độ chiếu sáng tảo sinh trƣởng sinh khối tốt, hiệu suất xử lý COD, TKN, TP cao tiết kiệm đƣợc điện so với cƣờng độ ánh sáng 10.000lux 3.4 Kết nghiêncứu ảnh hƣởng nhiệt độ Nhiệt độ yếu tố ảnh hƣởng sâu sắc đến sinh trƣởng tích lũy thành phần hóa sinh tế bào vi tảo Sự sinh trƣởng tảo bị ảnh hƣởng mạnh mẽ nhiệt độ thay đổi, mà lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho sinh trƣởng tảo quan trọng Để khảo sát dải nhiệt độ thích hợp cho sinh trƣởng sinh khối ta tiến hành thí nghiệm nhiệt độ 15 oC, 20oC, nhiệt độ phòng (thay đổi khoảng 25 oC – 28oC), 30oC, 35oC, 40oC cƣờng độ ánh sáng 3000lux với chế độ chiếu sáng 24:24 Đƣờng cong sinh trƣởng tảo B5 nhiệt độ khác 16.00 15 độ Tế bào/ml x 106 14.00 12.00 20 độ 10.00 t.phòng 8.00 6.00 30 độ 4.00 35 độ 2.00 0.00 Ngày 49 10 40 độ Hình 3.10 Đƣờng cong sinh trƣởng tảo B5 nhiệt độ khác Trên đồ thị đƣờng cong sinh trƣởng tảo B5 nhiệt độ khác cho thấy sinh trƣởng Chlorella vulgaris bị ảnh hƣởng mạnh mẽ nhiệt độ 35 oC40oC, mức nhiệt độ tảo phát triển nhƣng thời gian tàn lụi nhanh đến ngày theo quan sát đến ngày thứ số lƣợng tảo giảm rõ rệt, màu sắc tảo bình theo dõi chuyển từ màu xanh sang màu nâu Tảo sinh trƣởng tốt khoảng nhiệt độ từ 20oC – 30oC nhiệt độ phòng, nhiệt độ 15 oC tảo phát triển chậm Kết chứng tỏ Chlorella vulgaris thích nghi dải rộng nhiệt độ nhƣ thí nghiệm nêu nhƣng loài nhạy cảm sinh trƣởng nhiệt độ khác Vì vậy, thấy đƣợc nhiệt độ hạ thấp tăng cao mức độ sinh trƣởng cảu loài vi tảo bị ức chế So sánh dải nhiệt độ tảo phát triển tốt từ 25 oC – 30oC nhiệt độ phòng ta thấy tảo sinh trƣởng tốt 30 oC Kết thu đƣợc thí nghiệm phù hợp với số nghiên cứu nhiệt độ thích hợp tảo Chlorella vulgaris 25oC – 30oC, chịu đựng nhiệt độ cao đến 37 oC – 40 oC [22] Tại dải nhiệt độ khác nhau, hiệu suất xử lý nƣớc thải có chênh lệch lớn Tách ly tâm tảo lấy mẫu nƣớc phân tích tiêu COD, TKN, TP ngày ngày thu đƣợc kết nhƣ bảng sau: Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP mức nhiệt độ khác Hiệu suất xử lý Hiệu suất xử lý COD TKN Nhiệt độ Ngày Hiệu suất xử lý TP Ngày Ngày 7 15oC 20.24% 27.38% 43.56% 48.16% 4.67% 24.91% 20oC 51.19% 47.62% 47.24% 49.23% 25.64% 31.68% To phòng 55.95% 64.29% 52.76% 59.97% 9.10% 43.81% 30oC 60.12% 64.88% 53.22% 60.89% 7.77% 47.72% 50 35oC 63.21% - 60.58% - 6.53% - 40oC 64.64% - 62.12% - 7.46% - Nhìn vào bảng kết ta thấy hiệu suất xử lý COD, TKN hai nhiệt độ 35oC - 40oCđều đạt 60%, hiệu suất xử lý TP đạt 6,53% 35 oC 7,46% 40oC Lý giải lƣợng tảo đến ngày thứ ngày đạt đến số lƣợng cực đại, sau ngày thứ 5, số lƣợng tảo đạt trạng thái cân bằng, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng môi trƣờng dần cạn kiệt, mặt khác số lƣợng lớn tế bào tảo già chết làm cho hàm lƣợng phospho môi trƣờng tăng lên hiệu suất xử lý phospho giai đoạn thấp Ở nhiệt độ phòng 30oC hiệu suất xử lý COD, TKN, TP không chênh lệch nhiều đạt hiệu suất xử lý cao vào ngày thứ 7, nhiệt độ phòng hiệu suất hiệu suất COD đạt 64,29%, TKN đạt 59,97%, TP đạt 43,81% nhiệt độ 30oC hiệu suất xử lý COD đạt 64,88%, TKN đạt 60,89%, TP đạt 47,72% Ở mức nhiệt độ 15 20 hiệu suất xử lý có chậm điều phù hợp với tốc độ sinh trƣởng sinh khối vi tảo nêu Nhƣ vậy, muốn xử lý đồng thời yếu tố COD, TKN, TP nuôi tảo chế độ nhiệt độ từ 25oC - 30oC độ , thời gian thích nghi nhanh, thời gian đạt hiệu xử lý không dài, dễ khống chế mặt thời gian 51 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Căn vào trình nghiên cứu, tìm tòi phát triển loại nhiên liệu khác cho tƣơng lai nhà khoa học Đề tài “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo hiệu suất xử lý nước thải” khảo sát ảnh hƣởng điều kiện môi trƣờng nhƣ nồng độ dinh dƣỡng, loại ánh sáng, cƣờng độ chiếu sáng nhiệt độ đến sinh trƣởng sinh khối tảo hiệu xử lý nƣớc thải Trên sở nghiên cứu trình sinh trƣởng phát triển tảo, thông qua việc nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng sinh trƣởng vi tảo Chlorella vulgaris, đề tài đạt đƣợc số kết nhƣ sau: - Mẫu nƣớc thải chăn nuôi lợn sau xử lý qua bể UASB hàm lƣợng tiêu COD, TKN, TP mức cao, chƣa đạt tiêu chuẩn để thải môi trƣờng Phân tích mẫu nƣớc thải đầu vào thu đƣợc COD: 1899,04mg/l, TKN: 806,4mg/l, TP: 271,36mg/l - Tảo phát triển tốt môi trƣờng nƣớc thải chăn nuôi khả xử lý nƣớc thải tảo hiệu Tuy nhiên điều kiện cần phải pha loãng nƣớc thải để đảm bảo nồng độ chất ô nhiễm không gây ức chế cho sinh trƣởng phát triển tảo - Các điều kiện môi trƣờng khác ảnh hƣởng rõ rệt đến sinh trƣởng sinh khối hiệu suất xử lý nƣớc thải tảo Kết thu đƣợc từ thí nghiệm cho thấy điều kiện môi trƣờng: nƣớc thải pha loãng từ 10 – lần (COD: 200 – 700mg/l, TKN: 150- 300mg/l TP: 25 -50mg/l), cƣờng độ chiếu sáng 3000lux, loại ánh sáng trắng, nhiệt độ từ 25 oC – 30oC cho kết khả quan sinh trƣởng sinh khối tảo hiệu xử lý nƣớc thải: + Tại mẫu nƣớc thải pha loãng, nồng độ sinh khối đạt cao 0,391g tảo khô/lít 0, 365g tảo khô/lít nƣớc thải pha loãng lần lần sau ngày nuôi Hiệu suất xử lý mức pha loãng tƣơng đối cao lần lƣợt COD 52 đạt lần lƣợt 67,29% -69,05%, TKN đạt 66,01% - 65,66%, TP đạt 54,26% 53,83% + Đối với loại ánh sáng khác tảo phát triển tốt, song tảo sinh trƣởng cho sinh khối cao điều kiện màu sắc ánh xanh, sinh khối tảo đạt 0,247g ± 0,002g tảo khô/lít Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP ba loại ánh sáng ngang nhau, nhiên để đạt đƣợc mục đích sinh trƣởng sinh khối hiệu xuất xử lý ba chi tiêu ô nhiễm ánh sáng trắng điều kiện tối ƣu + Trong dải cƣờng độ ánh sáng từ 1500lux – 10.000lux, tốc độ sinh trƣởng sinh khối tảo tăng theo cƣờng độ ánh sáng Tại cƣờng độ ánh sáng 10.000lux sinh khối đạt 0,355g/l sau thời gian ngày Tuy nhiên cƣờng độ ánh sáng 3000lux sinh khối thu đƣợc 0,322 g/l hiệu suất xử lý COD, TKN, TP hai cƣờng độ ánh sáng 3000lux 10.000lux chênh lệch lớn Do vậy, cƣờng độ ánh sáng tối ƣu để đạt đƣợc mục đích sinh trƣởng sinh khối, hiệu suất xử lý nƣớc thải nhƣng phải tiết kiệm đƣợc chi phí điện ta chọn cƣờng độ ánh sáng 3000lux tối ƣu + Nhiệt độ thích hợp cho sinh trƣởng tảo tảo từ 25 oC 30oC Trong khoảng nhiệt độ tảo sinh trƣởng phát triển nhanh, hiệu suất xử lý cao tất chi tiêu COD, TKN TP Qua trình nghiên cứu thí nghiệm nuôi cấy vi tảo môi trƣờng nƣớc thải mà đề tài tiến hành, bƣớc đầu thu đƣợc kết khả quan tiềm nhƣ hiệu thu đƣợc việc nuôi tảo môi trƣờng nƣớc thải nhằm tận dụng nguồn dinh dƣỡng, xử lý triệt để nƣớc thải đến tiêu chuẩn cho phép tận dụng nguồn sinh khối thu đƣợc để sản xuất nhiên liệu sinh học Tuy nhiên số hạn chế quy mô làm thí nghiệm, để thu đƣợc kết xác nhất, cần tiếp tục tiến hành trình thí nghiệm quy mô lớn (pilot) để kiểm chứng kết nhằm tối ƣu hóa điều kiện môi trƣờng trƣớc tiến hành quy mô sản xuất thực nghiệm 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Phạm Hữu Giục, Sinh trưởng, quang hợp hệ số sắc tố quang hợp tảo Chlorella pyrenoidosa điều kiện thiếu nitơ photpho 1991 Nguyễn Ngọc Lân, Báo cáo tổng kết đề tài hoa Học Công Nghệ - hảo sát đánh giá loại mô h nh khí sinh học qui mô v a Bộ Nông Nghiệp hát Triển Nông Thôn, Viện hoa học Công nghệ Môi trư ng, Trư ng Đại Học Bách hoa Hà Nội 2010 Hà Lê Thị Lộc, Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố sinh thái lên phát triển tảo 2000 Trần Thị Thanh Nga, Ảnh hưởng số loại muối dinh dưỡng độ mặn khác lên phát triển vi tảo lục 2004 Trần Văn Nhân, Ảnh hưởng chế độ thủy động đến hiệu suất khử chất dinh dưỡng hồ tảo cao ốc (HRA ), Tạp chí sinh học, 1988 Dƣơng Thị Thành, Nghiên cứu xây dựng mô h nh xử lý nước thải nuôi tôm công nghiệp tảo Tetraselmis S , nhuyễn thể hai mảnh vỏ qui mô pilot - Tp.HCM: Trư ng Đại học Bách khoa 2011 Trần Thị Tho, Đặng Đình Chi, Nghiên cứu kỹ thuật nuôi sinh khối tảo Chollrella pyrenoidosa, phục vụ nuôi trồng thủy sản 2000 Lê Hà Vân Thƣ hảo sát tăng trưởng Spirulin maxima môi trư ng dịch thải Biogas 1991 Dƣơng Đức Tiến, Võ Hành, Tảo nước Việt Nam ( hân tảo lục) NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, 1997 10 Trần Văn Vỹ, Thức ăn tự nhiên cá 1995: Nhà xuất nông nghiệp 11 http://vea.gov.vn/vn/khoahoccongnghe, Quyết định Số 10/2008/QĐ-TTg Thủ tướng phủ việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 ngày 16 tháng 01 năm 2008 12 http://vea.gov.vn/vn/khoahoccongnghe 54 TIẾNG ANH 13 A W.Mayo T.Noike, Response of mixed cultures of Chlorella vulgaris and heterotrophic bacteria to variation of pH 1994 14 Antoine Pouilieute, B.B.B., Cao Đức Phát, Chăn nuôi Việt Nam triển vọng 2010 15 Azad H.S, Borchardt J.A Biological extraction of nutrients Journal of Water Pollution Control Federation 1968 40 (10), : p 1739–1754 16 Aziz M.A, Ng W J.,, Feasibility of wastewater treatment using the activated – algae process Bioresource Technology, 1992 40(3): p 205208 17 Bartsh A.F., Algae as a source of oxygen in waste treatment J.WPCE, 1961 33(33): p 293 18 EPA, The Selennastrum capricornutum Printz Algal Assay Bottle Test United States Environmental Protection Agency 1978 600/9 78 018 19 Ephrain Cohen, Shoshana Arad, Heimer Y.H., Mizrahi., Polyamine biosynthetich enzymes in the cell cycle of Chlorella Plant physiology 1984 74(2): p 385-388 20 G.Gacheva, The resistance of a new strain Chlorella sp R-06/2 isolated from an extreme habitat to environmental stress factors, General an Applied Plant Physiology, Special Issue, vol 34, 3-4, page 347-360 2008 21 Iriarte F., Buitrago, E., Determination of concentration and optimal nitrogen source for Chlorella sp Culture used as inoculant for masive culute MEM - SOC.- CIENC.-NAT -SALLE, 1991 51(135 -136): p 181-193 22 Liao, I.C., H.M Su and J.H Lin,,, Larval foods for penaeus prawns, in: CRC handbook of marincuture.VI: Crustacean Aquaculture, Jame, P.(Eds):43-69 1983 23 Luz Estela González, Rosa Olivia Cañizaresb & Sandra Baenaa, , Efficiency of ammonia and phosphorus removal from a colombian 55 agroiindustrial wastewater by the microalgae Chlorella vulgaris and Scenedesmus dimorphus 1997 24 Oh-Hama T and S Myjachi, “Chlorella”, Micro-algal Biotechnology Michael A.Borowitzka and Lesley J Borowitzka (Eds), Cambridge Universyti press, pp.3-26 1986 25 Shigetoh Miyachi, M.T.a.S.T.A., Utilization modes of inorganic carbon for photosynthesis in various species of Chlorella Plant Cell Physiol., 1983 24(3): p 441-451 26 Siranee Sreesai, Preeda Pakpain, Nutrient recycling by Chlorella vulgaris from septage effluent of the Bangkok city, Thailand Science Asia, 2007 33(3): p 293-299 27 Sreesai Sianee, Treatmen and Reuse of Swine wastewater Thammasat Int.J.Sc.Tech, 2002 28 Travieso, L., , Sánchez, E.; Borja, R.; Benítez, F.; Raposo, F.; Rincón, B.; Jiménez, A.J , Evaluation of a laboratory-scale stabilization pond for tertiary treatment of distillery waste previously treated by a combined anaerobic filter-aerobic trickling system Ecological Engineering, 2006 27: p 100-108 29 Yecong Li, Yi-Feng Chen , Paul Chen, Characterization of a microalga Chlorella sp Well adated to highly concentrated municipal wastewater for nutrient removal ang biodiesel production Bioresource Technology, 2010(102): p 5138-5144 56 PHỤ LỤC Một số h nh ảnh qu tr nh th nghi m: Hình Thí nghiệm ảnh hƣởng loại ánh sáng Hình Thí nghiệm ảnh hƣởng nhiệt độ 57 ... trồng vi tảo môi trƣờng nƣớc thải chăn nuôi vào thực tế vi c nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố nêu cần đƣợc tính đến Để góp phần tìm kiếm giải pháp cho vấn đề nêu Đề tài Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến. .. sáng, nhiệt độ đến khả tăng trƣởng sinh khối hiệu xử lý nƣớc thải chăn nuôi qua xử lý bể UASB vi tảo Chlorella vulgaris B5 từ đƣa điều kiện tối ƣu cho xử lý nƣớc thải nuôi trồng vi tảo Các thí nghiệm... Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo hiệu suất xử lý nước thải” đƣợc triển khai Kết nghiên cứu sở cho nghiên cứu phần áp dụng triển khai vào thực tế sản xuất thử nghiệm