Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo

Tảo chuyển hóa năng lượng từ ánh nắng mặt trời thành năng lượng trong sinh khối thông qua quá trình quang hợp và sử dụng nitơ và phốt pho có nhiều trong nước thải Trong thành phần sinh k

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả Các số liệu

nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chính xác Những tài liệu sử dụng

trong luận văn có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng

Hà Nội, ngày 16 tháng 09 năm 2013

Học viên

Chu Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS Đoàn Thị Thái

Yên – Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa Hà

Nội với sự quan tâm, tạo điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Nhân dịp này tôi cũng xin cám ơn các thầy, các cô và các cán bộ công tác tại Phòng thí nghiệm, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đã giúp đỡ và huớng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường

Bên cạnh đó tôi xin cảm ơn gia đình bố mẹ và bạn bè đã luôn ủng hộ, tạo mọi điều kiện và động viên tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 16 tháng 09 năm 2013

1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

MỞ ĐẦU 7

I Tính cấp thiết của đề tài 7

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 8

III Đối tượng và nội dung nghiên cứu 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Nước thải sinh hoạt và đặc trưng nước thải sinh hoạt 9

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh học hiện nay 10

1.2.1 Xử lý nước thải sinh hoạt bằng quá trình tự nhiên 10

1.2.2 Xử lý nước thải bằng các công trình nhân tạo 13

1.3 Xử lý nước thải bằng vi tảo 14

1.3.1 Tổng quan về vi tảo 14

1.3.2 Nuôi trồng vi tảo 16

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo 21

1.3.3.1.Các bon 22

1.3.3.2 pH 22

1.3.3.3 Ánh sáng 23

1.3.3.4 Nhiệt độ 24

1.3.3.5 Chế độ khuấy trộn 24

1.3.4 Xử lý nước thải dùng vi tảo 25

1.3.5 Chlorella vulgaris và ứng dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt 26

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Địa điểm và phương pháp lấy mẫu nước thải sinh hoạt 30

2.2 Chuẩn bị giống tảo nuôi trồng 31

2.3 Xác định tốc độ tăng trưởng tảo 32

2.4 Xác định nồng độ sinh khối 32

2

2.5 Xác định COD 33

2.6 Xác định tổng nitơ 33

2.7 Xác định tổng phốt pho 34

2.8 Xác định ảnh hưởng của nồng độ tảo đầu vào 35

2.9 Xác định ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng 35

2.10 Xác định năng suất sinh khối và hiệu quả xử lý nước thải trong bể raceway35 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 38

3.1 Ảnh hưởng nồng độ tảo đầu vào 38

3.2 Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng 43

3.3 Nuôi trồng trên bể raceway 48

3.3.1 Khảo sát tỉ lệ nước thải đầu vào và chu kỳ thay nước 48

3.3.2 Xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella vulgaris H6 ở chế độ bán liên tục 50

3.4 Đề xuất thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo 55

3.4.1 Phương án công nghệ xử lý nước thải 55

3.4.2 Xác định tham số tính toán 56

3.4.3 Thiết kế sơ bộ các công trình chính 58

3.4.4 Yêu cầu về vận hành trạm xử lý 65

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 73

3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy sinh hóa

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy hóa học

SS Suspended Solids Chất rắn lơ lửng

4

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý [23] 9

Bảng 1.2 Hàm lượng và năng suất sinh khối ở một số loài tảo[38] 28

Bảng 3.1 Tỉ lệ tảo đầu vào 38

Bảng 3.2 Giá trị pH theo ngày phát triển 43

Bảng 3.3 Thông số thiết kế bể raceway xử lý nước thải 60

Bảng 3.4 Thống số thiết kế bể raceway nhân giống 61

5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Bể raceway nuôi trồng vi tảo quy mô công nghiệp 18

Hình 1.2 Hệ thống nuôi kín lớp đơn 19

Hình 1.3 Hệ thống nuôi kín lớp đa chiều 20

Hình 1.4 Hệ thống nuôi kín theo tấm phẳng 21

Hình 1.5 Sự phụ thuộc dạng Cacbon theo pH [15] 23

Hình 1.6 Sự cộng sinh giữa vi khuẩn và tảo trong hồ [41] 25

Hình 1.7 Tốc độ tăng trưởng của tảo (đường liền),dinh dưỡng (đường gạch) [38] 27 Hình 2.1 Nơi lấy nước thải sinh hoạt 31

Hình 2.2 Buồng đếm hồng cầu Improved Neubauer, Đức 32

Hình 2.3 Cấu tạo bể raceway 36

Hình 3.1 Đường cong sinh trưởng của tảo ứng với mật độ tảo giống khác nhau 39

Hình 3.2 Hiệu quả xử lý Nitơ ứng với các tỉ lệ nước thải đầu vào khác nhau 40

Hình 3.3 Quá trình giảm nồng độ nitơ tổng ứng với các tỉ lệ nước thải đầu vào khác nhau 40

Hình 3.4 Hiệu quả xử lý phốt pho ứng với các tỉ lệ nước thải đầu vào khác nhau 41

Hình 3.5 Quá trình giảm nồng độ phốt pho ứng với các tỉ lệ nước thải đầu vào khác nhau 41

Hình 3.6 Hiệu quả xử lý COD ứng với các tỉ lệ nước thải đầu vào khác nhau 42

Hình 3.7 Quá trình giảm nồng độ COD ứng với các tỉ lệ nước thải đầu vào khác nhau 42 Hình 3.8 Biểu đồ phát triển tế bào ứng với các mức ánh sáng khác nhau 44

Hình 3.9 Hiệu quả xử lý COD ứng với các mức ánh sáng khác nhau 45

Hình 3.10 Quá trình giảm nồng độ COD ứng với các mức ánh sáng khác nhau 45

Hình 3.11 Hiệu quả xử lý tổng phốt pho ứng với các mức ánh sáng khác nhau 46 Hình 3.12 Quá trình giảm nồng độ phốt pho ứng với các mức ánh sáng khác nhau 46

6

Hình 3.13 Hiệu quả xử lý tổng nitơ ứng với các mức ánh sáng khác nhau 47

Hình 3.14 Quá trình giảm nồng độ tổng nitơ ứng với các mức ánh sáng khác nhau 47

Hình 3.15 Khảo sát sơ bộ tỉ lệ nước thải bổ sung đầu vào lần 1 49

Hình 3.16 Khảo sát sơ bộ tỉ lệ bổ sung nước thải đầu vào lần 2 49

Hình 3.17 Biểu đồ phát triển tế bào thí nghiệm bán liên tục trên bể raceway 50

Hình 3.18 Năng suất sinh khối thu được thí nghiệm bán liên tục 51

Hình 3.19 Quá trình xử lý COD thí nghiệm bán liên tục 51

Hình 3.20 Quá trình xử lý tổng nitơ thí nghiệm bán liên tục 52

Hình 3.21 Quá trình xử lý tổng phốt pho thí nghiệm bán liên tục 53

Hình 3.22 Hiệu quả xử lý nước thải các chỉ tiêu COD, TN, TP 54

Hình 3.23 Sơ đồ thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo 55

Hình 3.24 Sơ đồ hệ thống nhân và giữ giống 61

7

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu về các loại tài nguyên, năng lượng, thực phẩm cũng như dân số ngày càng tăng Chúng sẽ kéo theo lượng chất thải của con người ngày càng nhiều, đặc biệt là nước thải Hiện nay đã có rất nhiều phương pháp

xử lý nước thải sinh hoạt nhưng phương pháp nào cũng có ưu điểm đồng thời bộc

lộ một số nhược điểm như tiêu tốn năng lượng, gây ô nhiễm thứ cấp…

Phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo là một trong các phương pháp sinh học xử lý nước thải sinh hoạt Xử lý nước thải bằng vi tảo cho phép hạ chi phí xử lý Ngoài ra sinh khối tảo thu được có những lợi ích phụ trội như có thể dùng sinh khối làm thức ăn cho gia súc, nuôi trồng thủy sản, nguyên liệu cho diesel sinh học,vv Tảo chuyển hóa năng lượng từ ánh nắng mặt trời thành năng lượng trong sinh khối thông qua quá trình quang hợp và sử dụng nitơ và phốt pho có nhiều trong nước thải

Trong thành phần sinh khối tảo có thể chứa tới 50% lipid trong sinh khối khô [59], là nguồn để sản xuất diesel sinh học hoặc thu sinh khối để sản xuất biogas hoặc các dạng nhiên liệu khác … Do đó có thể kết hợp việc sử dụng vi tảo để xử lý nước thải và thu sinh khối của chúng

Hiện nay, trên thế giới đang rất quan tâm nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo kết hợp thu sinh khối cho nhiều mục đích khác nhau Do thành phần, tính chất của nước thải sinh hoạt ở mỗi nơi khác nhau, việc kiểm soát điều kiện nuôi trồng cũng như tăng hiệu suất xử lý và thu sinh khối vẫn tiếp tục được hoàn thiện

Vì vậy, hướng nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo ứng với đặc điểm nước thải của mỗi địa phương khác nhau cần được tập trung nghiên cứu

8

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu xử lý nước thải bằng sinh hoạt bằng vi tảo thông qua kiểm soát các điều kiện ảnh hưởng nhằm tăng hiệu quả xử lý nước thải trong mô hình bể raceway trong phòng thí nghiệm Thông qua kết quả thực nghiệm để tính toán thiết

kế một hệ thống XLNT sinh hoạt bằng vi tảo qui mô nhỏ

III Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Vi tảo được chọn lựa là giống tảo Chlorella vulgaris

H6 được cung cấp từ kết quả nghiên cứu của TS Đoàn Thị Thái Yên C.vulgaris H6

đã được khảo sát sơ bộ cho thấy có khả năng xử lý hiệu quả nước thải và có khả năng sống tốt trong môi trường nước thải

Nội dung nghiên cứu: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo trong mô hình bể hở raceway qui mô pilot 75 L Các yếu tố ảnh hưởng gồm: nồng độ đầu vào của vi tảo tới sự sinh trưởng và phát triển của chúng; ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng tới sự sinh trưởng và phát triển của

vi tảo và hiệu suất xử lý nước thải từ đó đề xuất phương án công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo hoàn chỉnh ở quy mô lớn hơn

9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Nước thải sinh hoạt và đặc trưng nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ,… nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người Một số các hoạt động dịch vụ công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,… cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt

Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ rất lớn (từ 55% đến 65% tổng lượng chất ô nhiễm), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có

vi khuẩn gây bệnh[23] Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh,… Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải được thể hiện trong bảng dưới đây:

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý [23]

thiểu

Trung bình

Tối

đa

Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 250 500 850 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 100 220 350

2 Nhu cầu oxy sinh hóa, trong

5 ngày ở 200C (BOD5)

4 Nhu cầu oxy hóa học (COD) mg/l 250 500 1000

10

thiểu

Trung bình

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh học hiện nay

Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt

là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật, vi khuẩn, thực vật… có ích

để phân hủy các hợp chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải Các quá trình xử lý sinh học chia ra làm 2 nhóm chính Nhóm các phương pháp xử lý nước thải bằng quá trình tự nhiên và nhóm các phương pháp xử lý nước thải bằng các công trình nhân tạo

1.2.1 Xử lý nước thải sinh hoạt bằng quá trình tự nhiên

Hệ thống xử lý nước thải bằng quá trình tự nhiên là phương pháp sử dụng các quá trình tự nhiên để xử lý nước thải: sử dụng các ao hồ tự nhiên, bãi ngập nước

… So với các phương pháp khác, các công trình này có ưu điểm:

11

 Ít phụ thuộc vào các yếu tố như công tác xây dựng, các thiết bị điện, cơ khí;

 Công nghệ/quá trình xử lý đơn giản hiệu quả xử lý ổn định và lâu dài;

 Nhu cầu bảo dưỡng và vận hành ít;

Tuy nhiên chúng cũng có nhiều nhược điểm:

 Ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết;

 Yêu cầu về diện tích lớn hơn các phương pháp khác (cùng công suất);

 Khó kiểm soát được mùi;

 Không kiểm soát được động vật và các loài côn trùng và loài gặm nhấm; Các công trình xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên bao gồm:

* Bãi lọc ngập nước:

Bãi lọc ngập nước có khả năng phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ và các chất khác Với khả năng đó, bãi lọc ngập nước nhân tạo được sử dụng để làm sạch nước

* Hồ sinh học

Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải (thường gọi là hồ sinh học) là các hồ lớn, không sâu, thường là hình chữ nhật do người đào, để cho dòng nước thải vào và

ra Các hồ này được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và Nam Mỹ, là loại công trình xử

lý nước thải phù hợp với các nước đang phát triển ở vùng khí hậu nóng Các yếu tố

tự nhiên như nhiệt độ cao và ánh sáng mặt trời đã thúc đẩy sự phát triển nhanh của các loại vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và vi tảo) để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải, đặc trưng bằng BOD, theo cả hai cách hiếu khí và kỵ khí Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học là một chu trình tự nhiên, liên tục

 Sức chứa của hồ cho phép hồ hấp phụ được cả độ sốc tải lượng hữu cơ lẫn tải lượng thủy lực của nước thải đầu vào;

 Lắng sơ bộ nước thải, theo đó các chất lơ lửng sẽ trầm tích xuống đáy hồ;

Xử lý các chất hữu cơ trong nước thải bằng các vi khuẩn ôxy hóa hiếu khí (trong điều kiện có ôxy tự do) và lên men kỵ khí (trong điều kiện không có ôxy) Các quá trình lên men kỵ khí và ôxy hóa hiếu khí như sau:

Lên men kỵ khí gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất là sự thối rữa chất hữu cơ, tại đây vi khuẩn sẽ lên men để tạo thành sinh khối mới và hình thành các sản phẩm trung gian khác là axit hữu cơ Chất hữu cơ + vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit hữu cơ Giai đoạn thứ hai là phân hủy các chất hữu cơ hình thành từ giai đoạn một nhờ các loại vi khuẩn tạo mêtan thành khí mêtan và các sản phẩm đơn giản khác

Hỗn hợp axit hữu cơ + vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + CH4 +

Một lượng lớn ôxy được cung cấp nhờ quá trình quang hợp của tảo:

CO2 + sinh khối tảo ánh sáng tế bào tảo mới+ O2

Hồ sinh học được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải trong bước xử

lý cuối cùng Trong đó vi tảo đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý này

13

1.2.2 Xử lý nước thải bằng các công trình nhân tạo

* Xử lý nước thải bằng các công trình lọc sinh học

Là các công trình sử dụng môi trường để cố định các vi sinh vật, tạo điều kiện cho chúng sinh trưởng và phát triển Nước thải được tưới qua lớp vật liệu chứa các

vi sinh vật này Chúng sẽ hấp thu các chất dinh dưỡng trong nước thải để phát triển, nhờ đó xử lý được các chất ô nhiễm có trong nước thải

* Xử lý nước thải bằng bằng phương pháp bùn hoạt tính:

Sử dụng các vi sinh vật trong các bông bùn mà thành phần bao gồm: các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn… Chúng có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan sử dụng nó để làm thức ăn và chuyển hóa các chất này thành các chất vô cơ đơn giản và nhờ đó nước thải được xử lý

Cả hai phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng các công trình tự nhiên và nhân tạo đều sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất hữu cơ thành các chất vô

cơ đơn giản và là phương pháp truyền thống được áp dụng rộng rãi hiện nay Tuy nhiên, chúng bộc lộ nhiều nhược điểm: nếu như các công trình tự nhiên tốn nhiều diện tích thì các công trình nhân tạo tốn năng lượng và nhân công vận hành sửa chữa Mặt khác, chúng tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm thứ cấp bởi bùn thải và sinh khối của sinh vật Do đó, cần tìm một phương pháp xử lý khắc phục được những nhược điểm này

So với các phương pháp xử lý nước thải ở trên: xử lý nước thải bằng vi tảo là hướng đi mới đầy triển vọng vì:

- Đạt hiệu quả xử lý cao trong xử lý nước thải sinh hoạt [18]

- Sinh khối tảo sau xử lý được tận dụng để sản xuất các thành phần khác như: sản xuất nhiên liệu sinh học, phân bón nông nghiệp, thức ăn chăn nuôi… nên không gây ô nhiễm thứ cấp [20]

Vì vậy, xử lý nước thải bằng vi tảo sẽ mang lại lợi ích lâu dài trong tương lai

cả môi trường nước ngọt và nước biển Chúng là cơ sở cũng như là mắt xích đầu tiên trong hầu hết các chuỗi thức ăn trong nước Phần lớn vi tảo chứa diệp lục, chúng sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng chính, hấp thụ CO2 và các chất vô cơ để phát triển Trong quá trình quang hợp của tảo, chúng sản sinh ra lượng lớn ôxy Xét trên quy mô toàn cầu, vi tảo đã sản xuất hơn 75% lượng oxy cần thiết cho người và động vật

Dựa trên đặc điểm cấu trúc vi tảo được phân theo các nhóm chính [65]:

Tảo lục:Với khoảng 7500 loài, chúng chiếm ưu thế trong các loài tảo Các

loại tảo này chứa chất diệp lục và một lượng lớn protein Ngoài ra, khi môi trường bất lợi cho điều kiện sống, chúng tạo ra tinh bột và dầu được lưu trữ bên trong tế bào

Tảo đỏ: Là nhóm nhỏ với 5.000 loài chủ yếu là sinh vật đa bào sống ở biển

Tảo cát: Với hơn 100.000 loài, nhóm tảo đơn bào này sản xuất hầu hết các

sinh khối trên trái đất Chúng cung cấp một lượng lớn thực phẩm cho các loài động vật phù du trong nước ngọt và nước biển

Tảo nâu: Có khoảng 1500 đến 2000 loài, chúng có cấu tạo đa bào và xuất

hiện hầu hết trên biển với số lượng lớn Rong biển từ tảo nâu được dùng trong thực phẩm từ rất lâu mà chúng ta vẫn hay sử dụng

Tảo vàng: Là nhóm với 1000 loài tảo đơn bào tồn tại chủ yếu trong nước

ngọt và một số ít loài trên biển đã được biết đến Chúng có roi và di chuyển được

15

Tảo vàng – xanh: Là họ hàng gần gũi với tảo nâu với số lượng 600 loài đơn

bào sống ở biển

Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng của vi tảo:

Vi tảo đã được con người sử dụng từ ngàn năm nay như tảo xanh

Arthrospira (Spirulina) và các loài Aphanizomenon được sử dụng là nguồn thực

phẩm cung cấp cho con người [29] Tuy nhiên, việc sử dụng chỉ dừng ở việc khai thác tảo có sẵn trong tự nhiên còn việc nuôi trồng vi tảo mới chỉ mới được vài thập niên trở lại đây [16]

Trong đầu những năm 1950, sự gia tăng dân số nhanh chóng dẫn tới nguồn cung cấp thực phẩm và protein cho con người không đủ Do đó con người đã nghĩ tới việc sử dụng sinh khối tảo cho mục đích này [7] Song song với đó, vi tảo được bắt đầu nghiên cứu và kiểm tra các hoạt tính sinh học đặc biệt là khả năng sử dụng làm thuốc kháng sinh [13] Những nghiên cứu tiếp theo đó về sử dụng vi tảo cho việc lọc khí CO2 tạo O2 cho các nhà du hành vũ trụ [16] Tiếp đó, tại Mỹ vi tảo được nghiên cứu để xử lý nước thải sinh hoạt và sử dụng sinh khối để sản xuất khí

mê tan [51] Cuộc khủng hoảng năng lượng năm 1970 đã dẫn tới con người phải tìm các nguồn năng lượng tái tạo thay thế và vi tảo đã được quan tâm như là hướng đi mới rất quan trọng nhằm sử dụng dầu từ vi tảo làm nhiên liệu sinh học [19, 51] Vi tảo được sản xuất thương mại bắt đầu vào năm 1960 tại Nhật Bản với giống tảo

Chlorella [8] Đến năm 1980, có 46 nhà máy quy mô lớn ở châu Á đã sản xuất hơn

1000kg tảo (chủ yếu Chlorella) mỗi tháng Năm 1986 Western Biotechnology và

Betatene (Whyalla, Australia) (nay là Cognis Nutrition and Health) đã sản xuất thương mại vi tảo quy mô công nghiệp… Như vậy, trong một thời gian ngắn khoảng 40 năm, ngành công nghiệp công nghệ sinh học vi tảo đã phát triển và đa dạng hóa đáng kể Ngày nay, thị trường sinh khối vi tảo sản xuất khoảng 5.000 tấn chất khô / năm và tạo ra doanh thu khoảng 1,25.109 USD/năm (sản phẩm chế biến không bao gồm trong con số này) [50], với rất nhiều ứng dụng như: sử dụng vi tảo

để làm thực phẩm và thức ăn gia súc [29], làm thức ăn và xử lý nước thải trong chăn nuôi thủy sản [16], sử dụng làm mỹ phẩm [7] Một số thành phần khác có trong vi

2 Bể raceway

Bể raceway là một dạng bể hở mà trong bể có sử dụng cánh guồng hoặc bơm để tạo dòng chảy hướng dòng CO2 từ không khí được đưa vào trong nước thông qua các cánh guồng hoặc bơm Đây là hệ thống nuôi trồng phổ biến nhất trên toàn thế giới Lợi thế của nó là chi phí thấp, đầu tư đơn giản Nhược điểm của chúng rất khó kiểm soát quá trình nuôi trồng so với hệ thống khép kín bởi một lượng nước bị mất đi do hóa hơi và hệ thống dễ bị nhiễm các giống tảo khác, vi khuẩn Do đó chỉ một số loài tảo có khả năng đề kháng tốt được nuôi trong các bể này

Năng suất sinh khối lý thuyết của bể raceway có thể đạt tới 50-60g/m2.ngày [22] Tuy nhiên trong thực tế năng suất này chỉ đạt 10-20g/m2.ngày [57] Bể raceway được sử dụng nuôi trồng vi tảo quy mô lớn từ năm 1950 Tới năm 1988 Owald đã bắt đầu sử dụng raceway để xử lý nước thải, và đến 2003 Olguin đã đưa

ra hiệu quả sử dụng loại bể này cho xử lý nước thải và sử dụng năng lượng mặt trời [45, 46] Theo đó: bể raceway thường được thiết kế chia làm 3 loại: bể nông không khuấy trộn, bể trung bình và bể sâu Bể nông thường được thiết kế sử dụng cho những hệ thống rất lớn từ 1ha đến 200ha với độ sâu trung bình 10 đến 20 cm [10] Loại bể này được sử dụng nuôi các loài tảo nước mặn, không khuấy trộn (không sử dụng bơm hoặc cánh guồng) Đây là loại hình nuôi trồng đòi hỏi chi phí rất thấp

17

nhưng lại cần diện tích rất lớn cũng như điều kiện khí hậu tối ưu (nhiệt độ, ánh sáng, lượng mưa….) nên chỉ thích hợp với một số nơi Bể trung bình có sử dụng các cánh guồng có độ sâu từ 15-30cm [15] Chúng được sử dụng cho những hệ thống sử dụng nước thải Diện tích thích hợp với mỗi loại bể này dao động từ 0,2 đến 1,0 ha Loại bể này cho sinh khối tảo có chất lượng cao nhưng khó kiểm soát được ô nhiễm của nước thải dẫn tới tảo phát triển không ổn định Bể sâu được thiết kế với hệ thống cánh guồng và sục khí Chiều sâu thiết kế thường tới 50cm với diện tích bề mặt mỗi bể khoảng 10m2 [12] Hiệu quả xử lý BOD của các loại bể này cao nhất lên tới 35g/m2.ngày trong điều kiện tối ưu [41] Thời gian lưu nước trong bể từ 2-10 ngày tùy thuộc vào điều kiện khí hậu [53] Trong nước thải sinh hoạt, khi điều kiện cộng sinh của tảo và vi khuẩn được tối ưu, hiệu quả xử lý rất cao như: phốt pho 70%, tổng nitơ 87,6%, COD đạt 98%, [67]

Hệ raceway là hệ thống nuôi trồng chuyển hóa năng lượng hiệu quả nhất [65] Về mặt lý thuyết hệ có thể chuyển đổi 10% năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học trong sinh khối thông qua quá trình quang hợp, phần còn lại bị mất đi dưới dạng nhiệt Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế hiệu quả này còn thấp hơn nhiều (khoảng 1,5%) Nguyên nhân do nước nuôi có độ đục cao sẽ giới hạn khả năng truyền ánh sáng Kết quả chỉ có các tế bào tảo gần bề mặt nhận được nhiều ánh sáng dẫn tới hiệu quả thấp

18

Hình 1.1 Bể raceway nuôi trồng vi tảo quy mô công nghiệp

3 Hệ nuôi kín lớp đơn hoặc lớp ngang

Đây là hệ thống nuôi khép kín trong các ống nằm ngang Trong mỗi ống có thể kiểm soát quá trình và năng suất dễ hơn phương pháp nuôi đầu tiên Dễ dàng kiểm soát quy mô nuôi trồng bằng việc mở rộng chiều dài ống Nhược điểm của hệ thống này là cường độ chiếu sáng rất cao trên bề mặt ống do ánh sáng mặt trời được chiếu theo phương vuông góc với ống (cường độ chiếu sáng tại bề mặt xấp xỉ với cường độ chiếu sáng của ánh sáng mặt trời) Mặt khác, cường độ chiếu sáng cao tạo hơi nước và nhiệt độ cao trong ống, để hạn chế điều này phải luôn chuyển tảo liên tục trong lòng ống, điều này làm giảm tốc độ tăng trưởng dẫn tới năng suất thấp Nhược điểm thứ hai là chi phí năng lượng cao cho hệ thống bơm tuần hoàn dung dịch tảo trong ống Mặt khác chi phí xây dựng cao hơn chi phí xây dựng bể raceway Khi quang hợp tảo sinh ra O2 tích lũy bên trong ống Khí ôxy gây độc cho tảo ở nồng độ cao dẫn tới năng suất sinh khối giảm Đây là nhược điểm lớn nhất của

hệ thống nuôi này

19

Hình 1.2 Hệ thống nuôi kín lớp đơn

4 Hệ thống nuôi kín lớp đa chiều

Hệ thống này gồm nhiều ống nuôi được đặt theo chiều dọc trên đầu của các ống khác tạo thành hệ ống với các ống song song xếp theo chiều dọc Kiểu này có

ưu điểm và nhược điểm như hệ nuôi kín lớp đơn Nhưng hệ này không bị cường độ chiếu sáng cao trên các mặt ống vì các ống được đặt lồng lên nhau, trong bóng râm của nhau Năng suất vì vậy cao hơn hẳn so với hệ thống nuôi kín lớp đơn

21

Hình 1.4 Hệ thống nuôi kín theo tấm phẳng 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo

Quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như ánh sáng, dinh dưỡng, pH, nhiệt độ, các bon, nitơ, phốt pho Những điều kiện này

có ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình quang hợp của vi tảo cũng như sự phát triển của tảo

22

1.3.3.1.Các bon

Vi tảo đồng hóa các bon vô cơ trong quang hợp Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng hóa học tạo ra ôxy Công thức cân bằng hóa học tổng thể của quang hợp là:

6 H2O + 6 CO2 + ánh sáng  C6H12O6 + 6 O2

Các loại tảo tự dưỡng thường sử dụng các bon vô cơ đó là CO2 và HCO3- [15, 46] Các loại tảo dị dưỡng có thể sử dụng các bon hữu cơ, như các axit hữu cơ, acetate, đường hoặc glycerol [15, 66] Trong khi đó một số loại tảo tạp dưỡng có thể

sử dụng cả hai loại các bon này Hai loại tảo tạp dưỡng phổ biến là Chlorella màu xanh và scenedesmus, chúng có thể chuyển từ dạng dị dưỡng sang dạng tự dưỡng

khi nguồn các bon thay đổi [6] Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng khoảng 25-50% các bon được tảo sử dụng trong các ao hồ có nguồn gốc từ các bon hữu cơ [15]

1.3.3.2 pH

Các loài tảo nước ngọt đều có khả năng chịu đựng pH thay đổi trong khoảng rộng Tuy nhiên, với các loại tảo khác nhau có thể phát triển ở các giá trị pH tối ưu

khác nhau như: pH tối ưu của Dunaliella sp 8,0 của Chlorella sp là 7,0 của

Synechocystis sp là 7,2 [28, 32, 35] Bên cạnh đó, pH còn ảnh hưởng đến sự thay

đổi các dạng tồn tại của cacbon hình 1.5:

23

Hình 1.5 Sự phụ thuộc dạng Cacbon theo pH [15]

Như vậy tại giá trị pH cao hơn 9, hầu hết các bon vô cơ ở dạng cacbonat (CO32-) tảo không sử dụng được chúng Tảo thường sử dụng nguồn các bon ở dạng HCO3- do đó, giá trị pH thích hợp nhất cho chúng phát triển từ 7-9 và tùy thuộc vào từng loại tảo và môi trường nuôi (vì chúng có thể sử dụng nguồn cacbon hữu cơ để thay thế)

Mặt khác pH ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý phốt pho và kim loại nặng Theo nghiên cứu của Mcgriff và Mckinney cũng như Song đã chỉ ra rằng khi pH của dung dịch tảo khi lớn hơn 8 khả năng xử lý phốt pho vô cơ của tảo tăng cũng như tăng quá trình lắng đọng phốt pho [39, 58] Ngoài ra, sự tăng pH còn tạo điều kiện cho sự tạo keo tụ sinh học, giúp tăng hiệu quả của việc tách sinh khối [34]

1.3.3.3 Ánh sáng

Tảo là thực vật tự dưỡng do đó ánh sáng có vai trò rất quan trọng trong sự tồn tại của chúng Năng lượng ánh sáng mặt trời 90% được chuyển hóa thành nhiệt năng và chỉ có khoảng 10% được chuyển hóa thành sinh khối của sinh vật [46] Trong hệ thống nuôi trồng, cường độ ánh sáng giảm rất nhanh theo chiều sâu kéo theo sự giảm năng suất sinh khối của tảo [47] Độ sâu trung bình của ao nuôi theo khuyến cáo từ 15-20cm[9, 25], tùy vào điều kiện chiếu sáng và cường độ chiếu sáng Trong điều kiện chiếu sáng thấp năng suất giảm rõ rệt ở độ sâu 20cm [25]

24

Tuy nhiên, cường độ ánh sáng quá lớn sẽ ức chế quá trình quang hợp của tảo làm giảm năng suất

1.3.3.4 Nhiệt độ

Nhiệt độ tốt nhất cho sự phát triển của vi tảo (tối ưu) thay đổi theo từng loại

và phụ thuộc vào môi trường nuôi dưỡng chúng [21] Khi nhiệt độ của môi trường tăng nhưng vẫn thấp hơn nhiệt độ tối ưu thì tốc độ tăng trưởng của tảo tăng Khi nhiệt độ trên mức nhiệt độ tối ưu, tốc độ tăng trưởng của tảo sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Nhìn chung giá trị nhiệt độ chịu đựng của vi tảo cao nhất không quá 350C Khi nhiệt độ tăng quá 35oC hầu hết các loại tảo đều không phát triển và chết đi Mặt khác, nhiệt độ thấp dưới 160C sẽ làm chậm sự phát triển của tảo (trừ một số loại tảo sống và đã thích nghi trong môi trường khắc nghiệt) Các nghiên cứu trước đây đã

chỉ ra rằng loài tảo Chlorella có thể thích nghi tốt và duy trì phát triển ở nhiệt độ rất

thấp tới 50C [48] Trong khi đó, Chlorella cũng thể hiện khả năng chịu đựng tốt hơn

các loại tảo khác ở nhiệt độ cao tới 350C [27] Tuy nhiên, trong nước thải ảnh hưởng của nhiệt độ tác động đến tất cả các loại vi sinh vật vì vậy hiệu quả xử lý nước thải cũng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Theo Munoz hiệu quả xử lý nước thải

sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng từ 25 đến 300C với Chlorella [40]

Phương pháp khuấy trộn trong các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cánh guồng để khuấy trộn có thể giảm tới 80% sự tiêu thụ năng lượng [31] Mặt khác năng suất sinh khối tăng lên tới 75% nếu thay máy bơm bằng hệ thống cánh guồng để khuấy trộn[41]

1.3.4 Xử lý nước thải dùng vi tảo

Xử lý nước thải bằng vi tảo đã có lịch sử nghiên cứu trong hơn 55 năm, chúng được miêu tả trong nghiên cứu đầu tiên của Oswald năm 1957

Hình 1.6 Sự cộng sinh giữa vi khuẩn và tảo trong hồ [41]

Tảo sử dụng ánh sáng mặt trời, lấy khí CO2 trong nước để tổng hợp và thải ra ngoài môi trường khí ôxy trong ao nuôi Tảo lúc này giữ vai trò như nhà máy lọc sinh học tự nhiên khổng lồ, trực tiếp hấp thu tất cả những sản phẩm thừa, sản phẩm sau cùng của phân huỷ hữu cơ, khí độc hại,… chuyển hoá chúng sang dạng ít độc hại hoặc phân giải, phân huỷ chúng thành những vật chất khác đơn giản và vô hại

26

Sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn mang lại hiệu quả xử lý cao Vi khuẩn phân giải các chất hữu cơ từ quá trình dị dưỡng tạo ra CO2, cũng như các chất dinh dưỡng (NH4+, NO3- và PO43-) trong nước thải từ nguồn O2 do tảo sinh ra do quá trình quang hợp Mặt khác tảo sử dụng CO2 và các chất dinh dưỡng từ quá trình dị dưỡng của vi khuẩn để phát triển [41] So với xử lý nước thải bằng sinh học trong các nhà máy xử lý nước thải hiện nay, ôxy sinh ra từ quang hợp của tảo có thể cung cấp tới 56% tổng lượng ôxy cần thiết cho vi khuẩn để phân giải hoàn toàn các chất hữu cơ [49]

Sử dụng vi tảo để xử lý nước thải sinh hoạt so sánh với các phương pháp thông thường có những ưu điểm [43]:

- Các chất dinh dưỡng có thể được loại bỏ một cách có hiệu quả hơn

- Ô nhiễm thứ cấp do sinh khối có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng sinh khối tảo cho những việc khác như: chăn nuôi, sản xuất nhiên liệu sinh học…

- Sử dụng sinh khối để làm các chất dinh dưỡng, năng lượng sẽ mang lại ý nghĩa rất lớn Việc sử dụng tảo để xử lý nước thải kết hợp thu sinh khối để sản xuất biodiesel và xử lý CO2 sinh ra từ khí thải các nhà máy mang lại hiệu quả cao [30]

- Hệ thống xử lý và vận hành ít tốn kém hơn

Như vậy: so với các phương pháp xử lý nước thải khác, việc dùng tảo để xử lý nước thải sinh hoạt vừa có thể xử lý nước thải với chi phí và chất lượng nước thải sau xử lý có thể chấp nhận vừa có thể tận dụng sinh khối tảo để sử dụng vào các mục đích khác Vì vậy đây là hướng nghiên cứu có ý nghĩa trong tương lai

1.3.5 Chlorella vulgaris và ứng dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt

Thông thường, giống tảo lựa chọn để xử lý nước thải cần có đặc điểm:

- Có thể chịu đựng được sự thay đổi bất thường của môi trường như nhiệt độ, ánh sáng…

- Có khả năng sinh trưởng và phát triển mạnh trong môi trường nước thải

- Chiếm ưu thế và cạnh tranh được với các loài khác trong hệ thống mở

- Có sức chống chịu tốt với các chất độc hại

27

- Có thể xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt như: BOD, COD các kim loại nặng, nitơ, phốt pho…

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng: một trong những loài phổ biến nhất

và phát triển ổn định nhất trong các ao hồ và các hồ sinh học xử lý nước thải là

Chlorella vulgaris [14, 24, 52, 56, 61, 62]

Chlorella vulgaris có đặc điểm là tế bào hình cầu gồm 1 nhân ở giữa sát vách

tế bào, kích thước từ 5-7,7 µm:

Vi tảo trong bộ Chlorellales là vi tảo không có tiên mao, có cấu tạo đơn bào

Là các tảo lục (tự dưỡng) không thể di động Trong môi trường dinh dưỡng vi tảo phát triển theo 5 giai đoạn như sau :

Hình 1.7 Tốc độ tăng trưởng của tảo (đường liền),dinh dưỡng (đường gạch)

[38]

1 Giai đoạn trễ (pha lag), 2 Giai đoạn phát triển theo cấp số nhân, 3 Giai đoạn tăng trưởng tuyến tính, 4 Giai đoạn tăng trưởng tĩnh 5 Giai đoạn suy vong

So với các loại tảo khác Cholorella vulgaris là giống tảo nước ngọt có khả

năng thích nghi tốt và hiệu suất, năng suất sinh khối cao khi so sánh với các loài khác theo bảng sau:

28

Bảng 1.2 Hàm lƣợng và năng suất sinh khối ở một số loài tảo[38]

Như vậy, năng suất sinh khối của Chlorella vulgaris ở mức cao, có thể sử

dụng sinh khối của chúng để sử dụng cho các mục đích khác nhau đáp ứng cả hai nhu cầu: xử lý nước thải và thu sản phẩm phụ để giảm chi phí xử lý Mặt khác hiệu quả xử lý tổng nitơ và tổng phốt pho có thể đạt tới 96% và 99% ở ngày thứ 15 [64] Hiệu quả xử lý COD có thể đạt 88% bằng việc nuôi chúng trong nước thải có COD

từ 250mg/l đến 1100mg/l [63] Do đó, chúng đáp ứng được yêu cầu xử lý các chất ô

nhiễm trong nước thải sinh hoạt.Vì vậy, lựa chọn Chlorella vulgaris để xử lý nước

thải là phù hợp

- Điểm lấy mẫu nằm trong khu vực đông dân cư, với mật độ dân cư 29.368 người/km2 1

- Khu vực lấy mẫu gần Trường đại học Phương Đông, cách xa các khu vực sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Do đó nước thải sinh hoạt của khu dân cư ngõ Chùa Hương Ký có tính đại diện cho nước thải sinh hoạt khu vực trung tâm thành phố Hà Nội

Phương pháp lấy mẫu: nước được lấy tại bề mặt, tại điểm giữa dòng chảy Mẫu được đựng trong các can 10 L và 20 L sau đó được chuyển tới phòng thí nghiệm để phân tích tính chất nước thải và nuôi trồng tảo

Thời điểm lấy mẫu: mẫu được lấy vào ngày thời tiết khô ráo, trước đó 24h không có mưa Thời gian thí nghiệm từ tháng 8 năm 2012 đến tháng 3 năm 2013

1 Nguồn: kết quả điều tra dân số và nhà ở, khu vực thành phố Hà Nội Tổng cục dân số và kế hoạch hóa gia đình, 2009

31

Hình 2.1 Nơi lấy nước thải sinh hoạt

Nước thải sau khi lấy được lọc sơ bộ bằng bông lọc và giấy lọc có kích thước

lỗ 0,1mm để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và váng dầu mỡ nhằm tạo điều kiện cho tảo phát triển

2.2 Chuẩn bị giống tảo nuôi trồng

Giống tảo C.vulgaris H6 được cung cấp bởi đề tài do TS Đoàn Thị Thái Yên

phân lập từ nước ao tại Cổ đông, Sơn tây Sau đó sẽ được nuôi cấy trong môi trường

Bold's Basal Medium – BBM Đây là môi trường để nuôi tảo nước ngọt được sử dụng rộng rãi đặc biệt tảo xanh và tảo vàng Thành phần môi trường BBM như sau:

NaNO3 25g/L; KH2PO4 17,5g/L; K2HPO4 10g/L; MgSO4.7H2O 7,5g/L; CaCl2.2H2O 2,5mg/L; NaCl 2,5g/L; KOH 3,1 g/L; FeSO4.7H2O 0,498 g/L; H3BO3 1,142g/L; ZnSO47H2O 0,882g/L; MnCl2.7H2O 0,144g/L; MoO3 0,071 g/L; CuSO4.5H2O 0,157g/L; Co(NO3)2.6H2O 0,049 g/L; Na2EDTA 5g/L [11]

32

Giống được nhân nuôi trong các bình tam giác 250ml, được chiếu sáng bởi hệ

3 đèn huỳnh quang với cường độ chiếu sáng là 1200 Lux, chu kỳ chiếu sáng 12h tối: 12 h sáng Nhiệt độ phòng nuôi ~25-30o

C

2.3 Xác định tốc độ tăng trưởng tảo

Tốc độ phát triển của vi tảo được xác định thông qua đếm trực tiếp tế bào tảo bằng buồng đếm đếm hồng cầu Neubauer cải tiến ( Improved Neubauer, Đức) Buồng đếm cấu tạo như sau:

Buồng đếm hồng cầu thường là một phiến kính dày 2 - 3 mm có một vùng đĩa đếm nằm giữa phiến kính và được bao quanh bởi một rãnh Đĩa đếm thấp hơn bề mặt của phiến kính khoảng 0.1 mm Vùng đĩa đếm có diện tích 1mm2 và được chia thành

25 ô vuông lớn có diện tích mỗi ô là 1/25 mm2

Hình 2.2 Buồng đếm hồng cầu Improved Neubauer, Đức

2.4 Xác định nồng độ sinh khối

Định lượng sinh khối các loại tảo bằng cách lấy V ml dung dịch tảo cho vào ống Falcon (xác định trước khối lượng ống) Đem li tâm với tốc độ 6000-8000rpm trong 10 phút Hút bỏ phần nước trong Rửa lại bằng nước cất để loại bỏ tạp chất hoặc các loại muối trong môi trường nuôi Sấy khô ống này đến khối lượng không đổi ở 800

C Từ sự chênh lệch khối lượng ống có thể tính toán nồng độ sinh khối vi tảo khô theo công thức:

33

( ⁄ ) Trong đó: X: hàm lượng sinh khối khô, (mg/L) m1: khối lượng ban đầu của ống chưa có vi tảo, (g) m2: khối lượng ống sau khi sấy khô, (g) V: thế tích tảo đem

đi ly tâm (ml)

2.5 Xác định COD

Theo TCVN 6491: 1999, phương pháp xác định bằng K2Cr2O7 Nồng độ khối lượng của oxy tương đương với lượng dicromat tiêu tốn bởi các chất lơ lửng và hoà tan trong mẫu nước khi mẫu nước được xử lý bằng chất oxy hoá đó ở điều kiện xác định

Nhu cầu oxy hoá học COD, tính bằng miligam oxy trên lít, được tính theo công thức:

K V

N V V COD

M

m

T ) 8 1000 ( 



Trong đó:

VT: Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng, ml

Vm: Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thử, ml

N: Nồng độ của FAS dùng để chuẩn độ

8: Hệ số đương lượng phân tử gam của oxy, g/đlg

VM: Thể tích mẫu đem phân tích, ml

K: Hệ số pha loãng

Kết quả được tính chính xác đến miligam trên lít

2.6 Xác định tổng nitơ

Xác định theo phương pháp xác định nitơ ken - đan (Kjeldahl) cải tiến

Dựa theo phương pháp kendan công phá các dạng nitơ trong hợp chất hữu cơ nước bằng H2SO4 đậm đặc (K2SO4: CuSO4: Se làm chất xúc tác) (NH4)2SO4 tạo thành được tác dụng với KOH hoặc NaOH đậm đặc trong bình cất NH3 bay ra được

V là thể tích của axit clohidric tiêu chuẩn dùng để chuẩn độ mẫu trắng , ml;

C là nồng độ chính xác của axit clohidric tiêu chuẩn dùng để chuẩn độ, mol/l; 14,01 là khối lượng nguyên tử của nitơ

Kết quả có thể thể hiện bằng miligam nitơ trong 1lít hoặc bằng micromol trong 1 lít

2.7 Xác định tổng phốt pho

Theo TCVN 6202: 1996 phương pháp trắc phổ dùng AMONI MOLIPDAT Toàn bộ photpho hữu cơ và vô cơ trong mẫu được chuyển về dạng orthophotphat Phản ứng của octophotphat với molipdat và antimon trong môi trường axit sẽ tạo phức chất antimon photphomolipdat

Khử phức chất bằng axit ascobic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm

Đo độ hấp thụ của dung dịch sẽ xác định được nồng độ octophotphat

Hàm lượng P- PO43- có thể tính dựa trên độ hấp thụ của mẫu nước và đồ thị chuẩn (hàm lượng - độ hấp thụ)

35

2.8 Xác định ảnh hưởng của nồng độ tảo đầu vào

Nước thải được pha trộn với mẫu giống tảo sạch theo tỉ lệ ở 10%, 30%, 50%, 80% giống so với nước thải Sau đó được chia vào các bình tam giác 1000ml đem nuôi ở điều kiện:

- Nhiệt độ phòng thí nghiệm: khoảng 200C (khi tối) và 250C (khi sáng)

- Cường độ chiếu sáng: 1500lux

- Chế độ chiếu sáng (sáng/tối): 12h/12h

Trong suốt quá trình nuôi trồng, mẫu dung dịch tảo được rút ra hàng ngày liên tục cho tới khi chúng phát triển tới pha tĩnh Xác định pH dung dich tảo, nồng độ sinh khối, mật độ tế bào Dung dịch tảo được ly tâm, dung dịch nước trong được lấy

để phân tích COD, tổng nitơ, tổng phốt pho Nhiệt độ buồng thí nghiệm được theo dõi hàng ngày cho đến khi kết thúc thí nghiệm

2.9 Xác định ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng

Chuẩn bị mẫu giống và nước thải với tỉ lệ 50% tảo giống và 50% nước thải Các mẫu tảo được thí nghiệm trong 3 điều kiện ánh sáng khác nhau: 1600lux, 2500lux và 4500lux, trong cùng điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm

Hòa trộn tảo sạch và nước thải đã xử lý sơ bộ như trên với tỉ lệ giống được xác định theo thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ tảo đầu vào Tiến hành thí nghiệm trong 3 bình nhựa có thể tích 3L chứa 1 L dung dịch tảo, mỗi bình được chiếu sáng

ở các điều kiện ánh sáng đã nêu trên

Dung dịch tảo được rút ra hàng ngày ở cùng 1 thời điểm để xác định pH, mật

độ tế bào và được ly tâm phần nước trong được lấy để phân tích COD, tổng nitơ, tổng phốt pho, sinh khối còn lại được dùng xác để xác định sinh khối khô

2.10 Xác định năng suất sinh khối và hiệu quả xử lý nước thải trong bể

raceway

a/ Khảo sát sơ bộ

Tảo giống được nuôi trên môi trường BBM trong pha tăng tốc, được chuyển qua bể raceway Tại bể raceway thời gian chiếu sáng 12/24h cường độ chiếu sáng 2500lux Tảo được chuyển vào bể raceway và nuôi trên môi trường BBM, theo dõi

36

tới khi tảo phát triển ổn định (ở pha tăng trưởng) Tiếp tục bổ sung nước thải với tỉ

lệ tăng dần ở các lần tiếp theo lần lượt: 30%, 40%, 50% Dung dịch tảo được rút

ra 10ml hàng ngày theo dõi pH, nhiệt độ, mật độ tế bào, từ đó tìm ra tỉ lệ giống tốt nhất và thời gian tăng trưởng ngắn nhất cho quá trình nuôi trồng ở thí nghiệm sau

Hệ thống pilot thể tích 50 L, chiếu sáng bề mặt bể với cường độ 2.500 lux Bơm nhúng chìm hiệu Lifetech công suất 100 l/h được sử dụng để tạo dòng chảy

Sơ đồ hệ thống pilot raceway pond được thể hiện trong hình sau:

1 Hệ thống bơm tạo dòng chảy, lưu lượng 1000l/h; 2 Đèn huỳnh quang

Hình 2.3 Cấu tạo bể raceway

37

thải mới 3 ngày 1 lần Lượng dung dịch tảo rút ra theo lấy theo kết quả của khảo sát

sơ bộ, lượng nước thải bổ sung gần bằng lượng rút ra (duy trì độ sâu lớp nước 15cm) Trong mỗi lần rút ra và thêm nước thải (vào/ra) dung dịch tảo được li tâm, dung dịch nước trong được lấy để phân tích các chỉ tiêu COD, tổng nitơ, tổng phốt pho, phần còn lại được sử dụng để xác định sinh khối Hàng ngày tiến hành theo dõi

pH, nhiệt độ, mật độ tế bào trong bể