nghiên cứu thử nghiệm mô hình nuôi vi tảo scenedesmus xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm biogas

Nội dung nghiên cứu của đề tài Để đạt mục tiêu nghiên cứu trên, đề tài được tiến hành các nội dung sau đây: - Tổng quan thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý nước thải chăn nuô

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TRÂN TRỌNG !

TP HỒ CHÍ MINH, Ngày… tháng… năm 2016

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

TRÂN TRỌNG !

TP HỒ CHÍ MINH, Ngày… tháng… năm 2016

Xác nhận của giáo viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài 2

4 Phương pháp thực hiện 2

5 Đối tượng và phạm vi thực hiện 4

6 Ý nghĩa và tính mới của đề tài 4

CHƯƠNG 1 NƯỚC THẢI VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 5

1.1 Thực trạng phát triển ngành chăn nuôi tại Việt Nam 5

1.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo 6

1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải từ quá trình chăn nuôi heo 6

1.2.2 Lưu lượng và tính chất nước thải chăn nuôi heo 6

1.2.3 Một số quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo 12

1.2.4 Các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải chăn nuôi heo 14

1.2.5 Xử lý nước thải sau hầm biogas 27

CHƯƠNG 2 VAI TRÒ CỦA TẢO ĐỐI VỚI XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 30

2.1 Tổng quan về tảo và vi tảo 30

2.2 Mục đích sử dụng của vi tảo 31

2.3 Vi tảo Senedesmus 35

2.3.1 Đặc điểm hình thái, cấu tạo 35

2.3.2 Thành phần dinh dưỡng 35

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng 36

2.3.4 Ứng dụng của Scenedesmus 37

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc nuôi trồng loài Senedesmus 37

2.3.6 Ưu điểm và nhược điểm của loài Senedesmus 39

2.4 Các phương pháp nuôi tảo 39

2.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng tảo xử lý nước thải 45

2.5.1 Trong nước 45

2.5.2 Nước ngoài 45

2.6 Một số công trình nuôi tảo kết hợp xử lý nước thải 47

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50

3.1 Kế thừa các nghiên cứu khoa học của nhóm 50

3.2 Mục đích của thí nghiệm 52

3.3 Nội dung thực nghiệm 53

3.4 Bố trí thí nghiệm 54

3.4.4 Nguyên tắc hoạt động 57

3.5 Quá trình nghiên cứu 58

3.5.1 Thí nghiệm thích nghi và tăng mật độ của tảo trong nước thải 58

3.5.2 Nghiên cứu khả năng xử lý của mô hình nuôi tảo xử lý nước thải 58

3.6 Chuẩn bị nguyên vật liệu 59

3.6.1 Môi trường nuôi tảo 59

3.6.2 Nước thải 60

3.7 Chỉ tiêu khảo sát 61

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62

4.1 Kết quả vận hành ở giai đoạn thích nghi 62

4.1.1 pH và nhiệt độ nước thải 62

4.1.2 Hiệu quả xử lý tổng Nito (TN) 63

4.1.3 Hiệu quả xử lý tổng Photpho (TP) 63

4.1.4 Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ – COD và BOD5 64

4.1.5 Mật độ tảo 66

4.2 Kết quả xử lý TN, TP, COD, BOD5 bằng công nghệ nuôi vi tảo 66

4.2.1 pH và nhiệt độ nước thải sau xử lý 66

4.2.2 Hiệu quả xử lý tổng Ntio (TN) 67

4.2.3 Hiệu quả xử lý tổng photpho (TP) 69

4.2.4 Hiệu quả xử lý chất hữu cơ – COD và BOD5 71

4.2.5 Mật độ vi tảo 73

4.3 Tương quan giữa tảo và khả năng khử Nito, Photpho, COD 75

4.3.1 Tương quan giữa mật độ tảo và lượng Photpho được loại bỏ 75

4.3.2 Tương quan giữa mật độ tảo và lượng Nito được loại bỏ 76

4.3.3 Tương quan giữa mật độ tảo và lượng COD được loại bỏ 77

4.4 Kết luận và thảo luận về hiệu quả làm việc của mô hình nuôi vi tảo kết hợp xử lý nước thải 77

4.5 Đề xuất mô hình 78

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 80

1 Kết luận 80

2 Kiến nghị 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số môi trường dựa theo số lượng heo được nuôi 8

Bảng 1.2 Chất tạo mùi trong nước thải chăn nuôi 9

Bảng 1.3 Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong 24h 9

Bảng 1.4 Thành phần hóa học phân tươi của các loại gia súc 10

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của nước tiểu gia súc 10

Bảng 1.6 Hàm lượng đạm giữa phân và nước tiểu của heo 11

Bảng 1.7 Tỷ số C/N của chất thải chăn nuôi 11

Bảng 1.8 Hàm lượng dinh dưỡng trong phân hoai ở nhật (%VCK) 12

Bảng 1.9 Phần trăm các chất khí trong biogas 18

Bảng 1.10 Chỉ tiêu hoá hoc nước thải trước và sau khi xủ lý biogas khu chuồng lơn nái 28

Bảng 1.11 Chỉ tiêu hoá hoc nước thải trước và sau khi xủ lý biogas khu chuồng lợn thịt 29

Bảng 2.1 So sánh đặc tính của dầu mỏ và dầu sinh học từ vi tảo 34

Bảng 2.2 Thành phần sinh khối khô của vi tảo 36

Bảng 2.3 Thành phần chất vô cơ trong sinh khối tảo Scenesmus sp 36

Bảng 2.4 Ưu nhược điểm của những phương pháp nuôi vi tảo 44

Bảng 3.1 Thiết bị mô hình 57

Bảng 3.2 Các thành phần dinh dưỡng trong môi trường BG – 11 59

Bảng 3.3 Thông số nước thải đầu vào 61

Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả của mô hình nuôi vi tảo xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm biogas 74

Bảng 4.2 Lượng P loại bỏ/tế bào (g/1 triệu tế bào) 75

Bảng 4.3 Lượng N loại bỏ/tế bào (g/1 triệu tế bào) 76

Bảng 4.4 Lượng COD loại bỏ/tế bào (g/1 triệu tế bào) 77

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc 18

Hình 1.2 Hầm ủ nắp vòm cố định 19

Hình 1.3 Hầm biogas có nắp đậy di động 20

Hình 1.4 Túi biogas HDPE 21

Hình 1.5 Hầm bêtông phủ màng tích khí 21

Hình 2.1 Quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo 34

Hình 2.2 Hình thái của vi tảo Scenedesmus sp 35

Hình 2.3 Phương pháp nuôi tảo trong nhà trong nhà 40

Hình 2.4 Hình vẽ biểu diễn hệ thống nuôi tảo hở 41

Hình 2.5 Hệ thống nuôi tảo hở 41

Hình 2.6 Hình vẽ biểu diễn hệ thống nuôi tảo kín 42

Hình 2.7 Hệ thống kín theo hàng ngang 42

Hình 2.8 Hệ thống kín theo hàng dọc 42

Hình 2.9 Phương pháp nuôi vô trùng 43

Hình 2.10 Phương pháp nuôi vô trùng 43

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải trại chăn nuôi heo vừa và lớn ở Philippin 47

Hình 2.12 Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo ở Thái Lan 48

Hình 2.13 Bể nuôi tảo trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo ở Thái Lan 49

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian và cường độ chiếu sáng đến sự phát triển của tảo 50

Hình 3.2 Biến thiên mật độ vi tảo trong môi trường tĩnh 51

Hình 3.3 Hiệu quả xử lý nước thải của tảo trong môi trường tĩnh 52

Hình 3.4 Bể lắng trong mô hình 54

Hình 3.5 Bể nuôi vi tảo trong mô hình 56

Hình 3.6 Bể thu hoạch tảo trong mô hình 56

Hình 3.7 Mô hình nghiên cứu 58

Hình 4.1 pH và nhiệt độ của nước thải đầu ra của mô hình thí nghiệm 62

Hình 4.2 Biến thiên và hiệu quả xử lý TN của mô hình thí nghiệm 63

Hình 4.3 Biến thiên và hiệu quả xử lý TP của mô hình thí nghiệm 63

Hình 4.4 Biến thiên và hiệu quả xử lý COD của mô hình thí nghiệm 64

Hình 4.5 Biến thiên và hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình thí nghiệm 65

Hình 4.6 Biến thiên mật độ vi tảo của bể nuôi trồng trong mô hình thí nghiệm 66

Hình 4.7 pH và nhiệt độ của nước thải đầu ra của mô hình thí nghiệm 66

Hình 4.8 Biến thiên và hiệu quả xử lý tổng Nito của mô hình thí nghiệm 67

Hình 4.9 Lượng Nito trung bình được loại bỏ của nước thải 68

Hình 4.10 Biến thiên và hiệu quả xử lý TP của mô hình thí nghiệm 69

Hình 4.11 Lượng Photpho trung bình được loại bỏ của nước thải 69

Hình 4.12 Biến thiên mật độ tảo và hiệu quả xử lý TP của mô hình thí nghiệm 70

Hình 4.13 Biến thiên và hiệu quả xử lý COD của mô hình thí nghiệm 71

Hình 4.14 Lượng COD trung bình được loại bỏ của nước thải 71

Hình 4.15 Biến thiên và hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình thí nghiệm 72

Hình 4.16 Biến thiên mật độ vi tảo của bể nuôi trồng trong mô hình thí nghiệm 73

Hình 4.17 Tương quan giữa mật độ tảo và lượng Photpho được loại bỏ 75

Hình 4.18 Tương quan giữa mật độ tảo và lượng Nito được loại bỏ 76

Hình 4.19 Tương quan giữa mật độ tảo và lượng COD được loại bỏ 77

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong những năm vừa qua, ngành chăn nuôi heo phát triển với tốc độ tương đối cao Chăn nuôi trang trại cũng bắt đầu phát triển và tăng nhanh Quy mô chăn nuôi ngày càng lớn, kéo theo hàng loạt các vấn đề, trong đó phải kể đến vấn đề chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, nước thải chăn nuôi thường chỉ được xử lý bằng hầm biogas hoặc thậm chí không được

xử lý mà xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nguồn nước mặt tại khu vực, mùi hôi và mầm bệnh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân xung quanh và làm mất đi cảnh quan của khu vực Ngoài ra, nước thải dễ dàng ngấm vào đất, làm giảm chất lượng đất, ảnh hưởng xấu đến cây trồng và gây ô nhiễm nguồn nước ngầm tại

đó Tùy vào chất lượng hoạt động của hầm biogas mà chất lượng nước đầu ra mỗi nơi sẽ khác nhau Nhìn chung, hàm lượng các chất ô nhiễm sau hầm biogas giảm đi đáng kể nhưng nồng độ Nito, Phhotpho và chất hữu cơ vẫn còn cao Chúng là nguồn dinh dưỡng quí nếu không tận dụng mà xả bỏ đi vừa gây ô nhiễm môi trường vừa lãng phí nguồn nguyên liệu quí

Các công nghệ xử lý nước thải truyền thống sử dụng nhiều năng lượng và hóa chất để phân hủy, loại bỏ các chất dinh dưỡng, tốn nhiều chi phí đầu tư, vận hành Trong khi đó, loại bỏ các chất dinh dưỡng thông qua việc nuôi trồng tảo là một giải pháp công nghệ mới có nhiều ưu điểm: xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, hiệu suất cao, chi phí xử lý thấp Ngoài ra, sản xuất sinh khối tảo công nghiệp mang lại nhiều lợi ích kinh tế do tận dụng nguồn dinh dưỡng có sẵn trong nước thải, tảo có năng suất cao, vòng đời ngắn, sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên để quang hợp Nước thải sau xử lý từ hệ thống có thể sử dụng vào các mục đích khác nhau Sinh khối tảo có giá trị kinh tế làm thức ăn chăn nuôi, thủy sản, làm nguyên liệu sản xuất dầu sinh học Với những ưu điểm trên, vi tảo và công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo đã nhận được nhiều quan tâm trên thế giới

Mặc dù công nghệ nuôi vi tảo kết hợp xử lý nước thải đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới nhưng hiện nay ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu và triển khai áp

dụng công nghệ này còn hạn chế Vì vậy đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm mô hình

nuôi vi tảo Scenedesmus xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm biogas” được thực hiện

để xây dựng cơ sở khoa học cho việc triển khai áp dụng công nghệ nuôi vi tảo kết hợp xử lý nước thải ra thực tế Đây là một hướng đi mới mang lại tiềm năng phát triển bền vững kinh tế xã hội khi vừa giải quyết được các vấn đề môi trường cũng như vấn đề thiếu hụt năng lượng

2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu thực nghiệm mô hình ứng dụng công nghệ nuôi vi tảo

Scenedesmus kết hợp xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas, nhằm tăng giá

trị kinh tế của chất thải sau hầm biogas cũng như giảm tác động bất lợi của chúng khi thải ra môi trường xung quanh

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Để đạt mục tiêu nghiên cứu trên, đề tài được tiến hành các nội dung sau đây:

- Tổng quan thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas

- Tổng quan công nghệ nuôi vi tảo xử lý nước thải

- Xây dựng mô hình quy mô phòng thí nghiệm để nuôi vi tảo

- Vận hành thử nghiệm mô hình nuôi tảo để xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm biogas

4 Phương pháp thực hiện

Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp, phân tích các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến tảo, vi tảo, đặc tính nước thải chăn nuôi trước và sau hầm biogas để làm cơ sở cho việc nghiên cứu

Phương pháp xây dựng mô hình

Tính toán thiết kế bể nuôi vi tảo kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi Bên cạnh đó, tính toán thiết kế và xây dựng thêm (1) bể lắng để xử lý sơ bộ nước thải trước khi đưa vào bể nuôi tảo và (2) bể thu hoạch tảo để hỗ trợ thu hồi tảo trong nước thải sau xử lý

Phương pháp bảo quản giống vi tảo

Vi tảo Scenedesmus sp được bảo quản trong môi trường lỏng và lưu trữ tại

5oC trong suốt quá trình sử dụng

Phương pháp nhân giống vi tảo

Tiến hành nhân giống vi tảo Scenedesmus sp trong môi trường BG-11 Vi

tảo Scenedesmus sp thuần được phân lập trong đề tài nghiên cứu trước đây của nhóm được sử dụng để nhân giống với thể tích lớn hơn và dùng cho các thí nghiệm của đề tài

Phương pháp nuôi trồng vi tảo

Sau khi nhân giống vi tảo đạt mật độ thích hợp, tiến hành nuôi trồng trong môi trường nước thải chăn nuôi sau hầm biogas được lấy từ trại chăn nuôi Gia Phát

ở huyện Củ Chi với mật độ ban đầu là 1 triệu tế bào/mL

Tiến hành nuôi trong bể nuôi tảo với dung tích 20 lít, thể tích môi trường nuôi là 10 lít Lắp đèn chiếu sáng với cường độ 1030 lux và hệ thống sục khí CO2

24/24 giờ Nước thải được dẫn qua bể lắng trước khi vào bể nuôi để loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng Kiểm tra mật độ vi tảo và các chỉ tiêu nước thải hằng ngày

Phương pháp lấy mẫu

Nước thải được lấy từ nguồn nước thải chăn nuôi sau hầm biogas, đựng trong bình nhựa, trong thời gian sử dụng nếu lưu trữ mẫu phải bảo quản lạnh

Mẫu nước thải sau khi xử lý bằng mô hình được phân tích theo chu kì và được lấy sau bể lắng (chu kì lấy mẫu 24 giờ, số mẫu lấy trên một lần là 03 mẫu)

Phương pháp phân tích

màu Hach - DR/2010 SMEWW 4500-P D 2012

Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

Số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel để so sánh và đánh giá các số liệu thu thập được trong quá trình nghiên cứu

Phương pháp phân tích số liệu

Số liệu các thông số đầu ra của nước thải sau khi xử lý được so sánh với Quy

5 Đối tượng và phạm vi thực hiện

Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm trên mô hình gồm 3 bể:

bể lắng, bể nuôi vi tảo, bể thu hoạch sinh khối Nước thải sau hầm biogas được sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ trại chăn nuôi Gia Phát – chăn nuôi heo an toàn theo tiêu chuẩn Vietgahp, thuộc hợp tác xã chăn nuôi heo an toàn Tiên Phong, 233/16 đường Nguyễn Kim Cương, ấp 8, xã Tân Thạnh Đông, huyện Củ Chi, TP.HCM

6 Ý nghĩa và tính mới của đề tài

 Ý nghĩa nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của tảo

- Góp phần đa dạng hơn các phương pháp xử lý về nước thải chăn nuôi heo

Ý nghĩa thực tiễn

- Thu sinh khối tảo hướng đến việc tạo ra nguồn nhiên liệu sinh học và cung cấp thức ăn chăn nuôi, đem lại nguồn lợi kinh tế

- Tiết kiệm chi phí hệ thống xử lý nước thải do tận dụng nguồn tảo

- Nước thải sau khi được xử lý có thể tái sử dụng lại với các mục đích khác nhau

- Giảm thiểu tác hại gây ra cho môi trường do nước thải chăn nuôi

 Tính mới của đề tài

Đưa ra công nghệ mới trong việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học; đó là kết hợp nuôi vi tảo thu sinh khối và xử lý nước thải

CHƯƠNG 1 NƯỚC THẢI VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO

1.1 Thực trạng phát triển ngành chăn nuôi tại Việt Nam

Giá trị sản xuất ngành chăn nuôi: Giá trị sản xuất ngành chăn nuôi tăng qua

các năm, tuy nhiên tốc độ tăng trưởng chiều hướng giảm xuống từ sau khủng hoảng kinh tế toàn cầu năm 2008 và dấu hiệu hồi phục còn chậm, năm 2014 giá trị sản xuất ngành chăn nuôi (theo giá so sánh 2010) đạt 15.4015 tỷ đồng, tăng 4,1% so với năm 2013 (Nguyễn Phương Thảo, 2015)

Về phát triển trang trại chăn nuôi: bảng số liệu dưới cho thấy, trang trại chăn

nuôi chiếm tỷ trọng cao trong tổng số lượng trang trại nông nghiệp cả nước và hiện nay tỷ trọng này đang có chiều hướng tăng lên Năm 2013 cả nước có 9 026 trang trại chăn nuôi (bằng 38,72 tổng số trang trại nông nghiệp), 2 vùng Đồng bằng sông Hồng và Đông Nam bộ có nhiều trang trại nhất (tương ứng có 3.709 và 2.204 trang trại) Tuy nhiên theo ước tính của Hội Chăn nuôi Việt Nam Nam cả nước hiện có khoảng 20.000 trang trại chăn nuôi, do thực tế là số liệu của Tổng cục Thống kê là

số trang trại có báo cáo doanh thu theo hóa đơn, chứng từ, còn khá nhiều trang trại chăn nuôi không có báo cáo doanh thu hàng năm, nên không được đưa vào báo cáo của Tổng cục Thống kê Ví dụ vùng Đông Nam bộ, riêng tỉnh Đồng Nai năm 2014

đã có 2 675 trang trại, vùng Đồng bằng sông Hồng, riêng Hà Nội đã có 1.403 trang trại

Tuy nhiên, theo báo cáo của Cục Chăn nuôi, hiện nay phổ biến nhất vẫn là trang trại quy mô chăn nuôi theo hộ gia đình, nên đa số hoạt động manh mún, nhỏ

lẻ Kết quả điều tra của Tổng cục Thống kê cho thấy: Trong số 4.131,6 ngàn hộ nuôi lợn thì số hộ nuôi quy mô nhỏ (<10 lợn/hộ) chiếm tới 86,4% tổng số hộ, nhưng chỉ sản xuất 34,2% tổng sản lượng thịt lợn Còn về gia cầm: tổng số 7.864,7 ngàn

hộ, số hộ nuôi quy mô (< 100 con gia cầm/hộ) chiếm tới 89,62%, nhưng chỉ sản xuất 30% tổng sản lượng thịt gia cầm Thực tiễn đã chứng minh, chăn nuôi nông hộ quy mô nhỏ thường chịu rủi ro rất cao do không được kiểm soát và hỗ trợ cung cấp thông tin về dịch bệnh, giá cả, thiếu kỹ thuật chăn nuôi, thường chỉ dựa vào kinh nghiệm tích lũy và ít được tập huấn, phổ biến các kiến thức, hướng dẫn mới về chăn nuôi, không có sự am hiểu cơ bản về VSATTP Ngoài ra, chăn nuôi tại Việt Nam theo cả phương thức trang trại và quy mô hộ gia đình vẫn chưa tạo được vùng hàng hóa tập trung, chưa chú trọng đến việc xây dựng quy trình sản xuất theo chuỗi để giảm chi phí, giá thành, nâng cao lợi nhuận

Về đầu vào của ngành chăn nuôi Việt Nam: Đầu vào còn phụ thuộc khá

nhiều vào nước ngoài Khâu sản xuất giống, người chăn nuôi vẫn trong tình trạng

khan hiếm con giống (nhất là con giống có chất lượng), giá cao khiến việc khôi phục đàn gia súc, gia cầm trong giai đoạn vừa qua gặp nhiều khó khăn Bên cạnh

đó, tuy nguồn con giống nhập khẩu có chất lượng tốt nhưng phải đảm bảo các quy trình kỹ thuật chăn nuôi hiện đại mới phát triển tốt Trong khi đó, các trang trại của Việt Nam quy mô nhỏ, những tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại thiếu đồng bộ gây khó khăn cho việc vệ sinh, sát trùng, áp dụng các biện pháp vệ sinh an toàn sinh học trong phòng trị bệnh và không phù hợp cho việc áp dụng kỹ thuật tiên tiến trong quản lý chăm sóc theo đàn Bên cạnh đó, năm 2014, Việt Nam đã nhập 11,7 triệu tấn nguyên liệu các loại để sản xuất thức ăn gia súc, gia cầm và thủy sản (trong đó

có 5,368 triệu tấn thức ăn giàu đạm, 5,913 triệu tấn nguyên liệu giàu năng lượng và gần 400 tấn nguyên liệu thức ăn bổ sung) Kim ngạch nhập khẩu là 4,8 tỷ USD Thời gian gần đây, nước ta phải nhập tới 90% các loại nguyên liệu thức ăn giàu đạm như: khô dầu đậu tương, bột thịt-xương, bột cá; riêng khoáng vi lượng, vitamin nhập 100% Theo Liên minh Nông nghiệp, hiện nay 80% các loại vacxin được phép lưu hành tại Việt Nam có nguồn gốc nhập khẩu từ 17 quốc gia trên thế giới

Về thị trường đầu ra đối với các sản phẩm của ngành chăn nuôi: Theo điều

tra của Liên minh Nông nghiệp, hiện nay hệ thống chăn nuôi quy mô nhỏ, mức độ

vệ sinh an toàn thực phẩm thấp đang cung cấp ra thị trường gần 70% sản phẩm thịt Trong khi đó, chăn nuôi thương mại quy mô lớn, công nghệ hiện đại, an toàn thực phẩm cao chỉ mới cung cấp trên 15% lượng thịt cho tiêu dùng Công nghệ chế biến bảo quản thịt sau giết mổ còn yếu, các phương tiện vận chuyển thịt sau giết mổ và các quầy bán thịt, sản phẩm chăn nuôi tại chợ đa số chưa đạt yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm Nguyên nhân do thiếu sự liên kết giữa các trang trại, hộ chăn nuôi với các nhà máy chế biến Bên cạnh đó, do thiếu sự liên kết hợp tác nên giá cả nguyên liệu không ổn định, gây khó khăn không chỉ cho các nhà máy chế biến mà còn cho cả nông dân không muốn đầu tư tái đàn

1.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo

1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải từ quá trình chăn nuôi heo

Nước thải chăn nuôi phát sinh chủ yếu từ hoạt động chăn nuôi heo, bao gồm nước tắm, nước tiểu và phân heo (hộ chăn nuôi không hốt phân tươi), nước từ hoạt động vệ sinh chuồng trại có lẫn một ít phân thải vương vãi trên sàn chuồng (hộ chăn nuôi hốt phân tươi), nước vệ sinh các dụng cụ chăn nuôi, nước thải phát sinh từ khu vực lưu trữ phân

1.2.2 Lưu lượng và tính chất nước thải chăn nuôi heo

Nhu cầu cấp nước cho khu chăn nuôi như sau: chăn nuôi heo: ≤ 20

lít/con/ngày

Lượng nước thải phát sinh chủ yếu bao gồm nước tiểu của vật nuôi, nước vệ

sinh chuồng trại và dụng cụ chăn nuôi Hàng ngày, sau khi thu dọn phân, các hộ

chăn nuôi sẽ tiến hành rửa chuồng, do đó, nước thải chăn nuôi sẽ chứa một ít phân

còn rơi vãi trên sàn chuồng Vì vậy, nước thải chăn nuôi thường có nồng độ ô

nhiễm cao các chất BOD5, COD, N, P, vi sinh vật gây bệnh… Nước thải phát sinh

từ hoạt động chăn nuôi nếu không được thu gom, xử lý mà thải trực tiếp ra môi

trường có thể gây ô nhiễm nguồn nước mặt, bốc mùi hôi thối, làm giảm lượng oxy

hòa tan trong nước gây hiện tượng phú nhưỡng hóa và lan truyền dịch bệnh Đặc

biệt, nếu không quản lý tốt và có biện pháp xử lý phù hợp, lượng nước thải này sẽ

thấm xuống đất, đi vào mạch nước ngầm, từ đó sẽ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm

của khu vực và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của người dân

Nước thải chăn nuôi heo (nước phân, nước tiểu của vật nuôi, nước vệ sinh

vật nuôi, vệ sinh chuồng và các dụng cụ chăn nuôi …) sẽ được thu gom về hầm

biogas Sau một thời gian, các chất thải trong hầm biogas bị phân hủy và sinh ra khí

biogas Các hộ gia đình có thể sử dụng khí này làm nhiên liệu đốt dùng trong sinh

hoạt hoặc chuyển thành điện phục vụ sản xuất và sinh hoạt gia đình

Hầm biogas xây dựng cách chuồng chăn nuôi không quá 20m, tốt nhất

khoảng 5m; Có đường cống thoát nước thải từ chuồng vào hầm biogas

Bảng 1.1 Các thông số môi trường dựa theo số lượng heo được nuôi

(Nguồn: Lê Văn Căn, 1982)

Theo số liệu thống kê của một số dự án thực hiện quy mô chăn nuôi chuồng trại cho thấy vấn đề về chất thải và các chất gây ô nhiễm môi trường trong hoạt động chăn nuôi heo gồm

Mùi hôi

Nước thải chăn nuôi thường có mùi hôi do các chất tạo mùi có sẵn trong nước hoặc do vi sinh vật tạo thành từ các chất hữu cơ Nước thải càng thiếu oxy chất tạo mùi càng nhiều Khí CH4, CO2 là một trong những nguyên nhân làm trái đất nóng lên Sự phóng thích H2S và CO từ những nơi chứa phân lỏng dưới đất có thể gây chết vật nuôi

Bảng 1.2 Chất tạo mùi trong nước thải chăn nuôi

(Nguồn: Lưu Hữu Mãnh, 2008)

Lượng phân thải ra

Lượng phân thải ra của gia súc thường thay đổi theo trọng lượng thức ăn mỗi ngày Lượng phân heo chiếm 6 – 8% thể trọng (Lăng Ngọc Huỳnh, 2000)

Lượng phân cũng có thể thay đổi theo tính chất của thức ăn và số lượng chất pha vào nước tiểu, chất lót chuồng …

Bảng 1.3 Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong 24h

(Nguồn: Lê Văn Căn, 1982)

Đặc điểm của phân heo

Phân heo có chứa các chất dinh dưỡng cho đất có thể dùng phục hồi mùa màng, làm giàu khoáng chất và cấu tạo của đất Thành phần chất dinh dưỡng trong phân heo thay đổi theo khẩu phần thức ăn, số lượng thức ăn, lượng nước uống mỗi ngày, nhu cầu dinh dưỡng của từng cá thể

Bảng 1.4 Thành phần hóa học phân tươi của các loại gia súc

Loại gia

súc

Nước (%)

Chất hữu

cơ (%)

N (%)

P2O5(%)

K2O (%)

CaO (%)

MgO (%)

Cl (%)

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của nước tiểu gia súc

Loại gia

súc

Nước (%)

Chất hữu cơ (%)

N (%)

P2O5(%)

K2O (%)

CaO (%)

MgO (%)

Cl (%)

(Nguồn: Lăng Ngọc Huỳnh, 2000)

Sự bài thải đạm phân bố giữa phân và nước tiểu có liên quan đến giá trị dinh dưỡng của khẩu phần ăn Khẩu phần thức ăn có hàm lượng đạm cao thì bài thải qua nước tiểu cao, bài thải qua phân thấp Khẩu phần thức ăn có hàm lượng đạm thấp thì bài thải qua nước tiểu thấp, bài thải qua phân cao (Brandes et al, 1996) Sự phân

bố đạm giữa phân và nước tiểu của heo được trình bày như bảng 1.6

Bảng 1.6 Hàm lượng đạm giữa phân và nước tiểu của heo

Ghi chú (1) Khẩu phần đạm cao, (2) Khẩu phần đạm thấp

(Nguồn: Brandes et al, 1996)

Tỷ số C/N

Đây là thông số quan trọng nhất về các chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật trong suốt quá trình ủ 20 – 40% carbon trong chất thải hữu cơ được vi khuẩn đồng hóa để tạo nên các tế bào mới, phần còn lại biến đổi thành CO2 và quá trình này sản sinh năng lượng (Alexander, 1961) Các tế bào vi khuẩn chứa 50% carbon

và 5% Nito (tính trên vật chất khô) nên lượng đạm cần thiết trong mẻ ủ compost phải chiếm 2 – 4% lượng carbon Do đó tỷ số C/N = 25/1 là thích hợp trong quá

trỉnh ủ compost

Các nguyên tố carbon và nito là thức ăn chủ yếu của vi khuẩn, tấc độ tiêu thụ carbon nhanh gấp 30 lần so với Nito Tỷ số C/N của chất thải hữu cơ thường nằm trong khoảng 15 : 1 đến 30 : 1 trong suốt quá trình phân hủy, Tỷ số C/N giảm dần đến 12 : 1 khi phân ủ đã hoai (Konstanczak M, 1999)

Ủ phân compost thường thành công khi hỗn hợp có tỷ lệ C/N đạt từ 20 – 40 Tuy nhiên ở tỷ lệ C/N > 30 tấc độ phân hủy sẽ giảm, ở tỷ lệ C/N < 25 lượng nito thừa sẽ chuyển thành amoniac bay vào khí quyển gây mùi khó chịu

Bảng 1.7 Tỷ số C/N của chất thải chăn nuôi

(Nguồn: Mark Van Horn et al, 2006)

Sản phẩm chính từ quá trình ủ phân hoại là chất hữu cơ tương đối đồng nhất

từ quá trình phân hủy vật chất hữu cơ trong khoảng nhiệt độ 40 – 650C Phân hoại là

dạng chất hữu cơ không mùi, mịn, độ ẩm thấp, không chứa mầm bệnh Các chất hữu cơ của phân hoại rất hữu dụng, chứa các chất khoáng thiết yếu cho cây trồng

Bảng 1.8 Hàm lượng dinh dưỡng trong phân hoai ở nhật (%VCK)

(Nguồn: Haga, 1999)

1.2.3 Một số quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo

 Đối với quy mô hộ gia đình

Do lượng chất thải chăn nuôi thải ra hằng ngày còn ít nên các cơ sở chăn nuôi

hộ gia đình có thể thu gom quét dọn chuồng thường xuyên Có thể áp dụng một số biện pháp xử lý chất thải theo các sơ đồ sau :

Quy trình 1

Một số hộ chăn nuôi sử dụng phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi bằng

bể tự hoại Sau đó nước thải được dẫn qua hố ga để lắng cặn Cặn lắng được tận dụng để người dân làm phân bón Nước thải sau khi qua hố ga được xả trực tiếp

ra môi trường Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không tận dụng

NƯỚCTHẢI

CHĂN NUÔI

PHÂN BÓN PHÂN

Quy trình 2:

Hầm biogas là phương pháp xử lý sinh học được sử dụng rộng rãi Phương pháp này khá đơn giản và tiện ích Nước thải chăn nuôi được dẫn vào hầm biogas

để ủ và nhờ các vi sinh vật trong hầm loại bỏ các chất ô nhiễm Khí sinh học sinh ra

được tận dụng làm khí đốt, thường được các hộ chăn nuôi dùng để nấu ăn

 Đối với cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ

Tại các cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ, lượng phân gia súc thải ra hằng ngày khoảng vài trăm kg, do đó việc sử dụng túi hoặc biogas để xử lý phân là không khả thi vì tốn rất nhiều diện tích và công xây dựng Trường hợp này ta có thể tách riêng quá trình xử lý phân và nước thải Nước thải chăn nuôi được xử lý bằng hệ thống biogas, phân được thu gom và xử lý riêng bằng quá trình làm phân bón Cặn lắng từ khâu xử lý nước thải được thu gom xử lý chung với phân và nước rỉ trong quá trình

ủ phân có thể đưa ngược trở lại hệ thống xử lý nước thải

XỬ LÝ THẢI RA NGUỒN BIOGAS

Ủ PHÂN

NƯỚC THẢI

ĐÃ XỬ LÝ THẢI RA NGUỒN

CẶN LẮNG

PHÂN BÓN PHÂN

NƯỚC

THẢI

CHĂN

NUÔI

LẮNG

Ủ PHÂN

BỂ AEROTANK

PHÂN BÓN

THẢI RA NGUỒN PHÂN

NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI

 Đối với cơ sở chăn nuôi quy mô vừa và lớn

Với quy mô vừa trở lên, việc đầu tư cho một hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi

là có thể thực hiện được Đối với các cơ sở chăn nuôi có quy mô lớn, để rút ngắn thời gian xử lý và tăng hiệu quả xử lý, có thể thêm khâu tiền xử lý trước khâu xử lý sinh học hoặc kết hợp xử lý sinh học với xử lý bậc cao

Quy trình

Đầu tiên, nước thải chăn nuôi được thu gom và dẫn vào bể lắng để loại một phần các chất rắn lơ lửng trong nước thải Sau đó, nước thải được dẫn tiếp qua bể UASB để xử lý sinh học kị khí Tại đây, các vi sinh vật kị khí giúp loại bỏ lượng lớn các chất gây nhiễm trước khi dẫn qua bể aerotank để xử lý sinh học hiếu khí Nước thải được dẫn qua bể lắng II để tiếp tục loại bỏ các chất rắn lơ lửng còn lại trước khi xả ra môi trường Cặn từ bể lắng được thu định kì và sử dụng làm phân bón

1.2.4 Các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải chăn nuôi heo

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật có trong nước, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh

Phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác ở chổ chi phí thấp và tính ổn định cao, đặc biệt hiệu quả xử lý rất cao ở thời gian lưu ngắn đối với các loại nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học Nước thải chăn nuôi được xác định là loại nước thải dễ phân huỷ sinh học vì chứa chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ như carbon hidrat (cellulose, hemicellulose, tinh bột, đường, dextrin ), protit Xử lý nước thải chăn nuôi bằng biện pháp sinh học là phổ biến ở hầu hết các trại chăn nuôi công nghiệp nhờ tính khả thi và tính kinh tế cao của nó

1.2.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy Quá trình

xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn :

Oxy hóa các chất hữu cơ :

a Thủy phân: Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết

ra, các phức chất và các chất không tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo)

b Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa

tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2,

H2, NH3, H2S và sinh khối mới

c Acetic hóa: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa

thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới

d Methane hóa: Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí Acid

acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

1.2.4.3 Các hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học

Enzyme

Enzyme

Enzyme

chất hữu cơ Các hạt bông cặn dần dần lớn lên do được cung cấp oxy và hấp thụ các chất hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển

Bùn hoạt tính là tập họp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, bên cạnh đó còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật, giun, sán, kết thành dạng bông với trung tâm là các hạt lơ lửng trong nước Trong bùn hoạt

tính ta thấy có loài Zoogelea trong khối nhầy Chúng có khả năng sinh ra một bao

nhầy xung quanh tế bào, bao nhầy này là một polymer sinh học với thành phần là polysaccharide có tác dụng kết các tế bào vi khuẩn lại tạo thành bông

Một số công trình hiếu khí phổ biến xây dựng ừên cơ sở xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính:

- Bể aeroten thông thường

Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug-flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng Trong bể, nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài

bể Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể

- Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn

Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp Thiết bị sục khí

cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể

- Bể aeroten mở rộng

Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20-30 ngày)

- Mương oxy hóa

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí

để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc

đủ xáo trộn bùn hoạt tính Vận tốc trong

mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s

để tránh lắng cặn Mương oxy hóa có thể

kết họp quá trình xử lý N

- Bể hoạt động gián đoạn (SBR)

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn Quá trình xảy ra ừong bể SBR tương tự như trong bể

bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra ừong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: (1) làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cặn, (5) ngưng

 Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Khi dòng nước thải đi qua những lớp vật liệu rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ bám dính lên bề mặt Trong số các vi sinh vật này có loài sinh ra các polysaccaride

có tính chất như là một polymer sinh học có khả năng kết dính tạo thành màng Màng này cứ dày thêm với sinh khối của vi sinh vật dính bám hay cố định ừên màng Màng được tạo thành tù hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, với mật độ vi sinh vật rất cao Màng có khả năng oxy hóa các họp chất hữu cơ, ừong do ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được O2 sẽ chuyển sang phân hủy kỵ khí, sản phẩm của biến đổi kỵ khí là các acid hữu cơ, các alcol, Các chất này chưa kịp khuếch tán ra ngoài

đã bị các vi sinh vật khác sử dụng Kết quả là lóp sinh khối ngoài phát triển liên tục nhưng lóp bên trong lại bị phân hủy hấp thụ các chất bẩn lơ lửng có ừong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc với màng

b Phương pháp kị khí

 Hầm biogas

Đây là phương pháp xử lý kị khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp, thường thấy ở hầu hết các trại chăn nuôi heo công nghiệp vừa và lớn, kể cả qui mô hộ gia đình Nước thải từ hệ thống chuồng trại được dẫn trực tiếp vào bể kín với thời gian lưu nước trong bể khoảng 15 - 30 ngày, tận dụng hoạt động của các vi sinh vật kị khí trong bể và trong lớp bùn đáy để khoáng hoá các chất hữu cơ Thông thường, mực nước trong bể được thiết kế chiếm 2/3 chiều cao bể, còn phần thể tích ứng với 1/3 chiều cao ở phía trên bị khí CH4, CO2 và các khí khác sinh ra do phân huỷ kị khí chiếm chỗ Phía trên có đặt hệ thống thu khí để thu hồi các khí sinh ra (biogas) tận dụng làm khí đốt hoặc chạy máy phát điện Dưới cùng là lớp bùn đáy tương đối ổn định Cặn ở lớp bùn đáy được tháo ra định kì và có thể đem đi làm phân bón

Tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ mà thành phần biogas sinh ra có thể khác nhau Trong

đó, CH4 có ý nghĩa quan trọng nhất trong việc tận dụng nguồn năng lượng tái sinh này vì có nhiệt trị cao khoảng 9 000 kcal/m3

Bảng 1.9 Phần trăm các chất khí trong biogas

(Nguồn: Cục chăn nuôi, 2011)

Nước thải chăn nuôi sau khi qua Biogas, BOD giảm khoảng 79 – 87%,

Coliform giảm 98 – 99.7%, trứng giun sán giảm 95,6 – 97% (Nguyễn Thị Hoa Lý,

1994)

Đối với nước thải chăn nuôi, công trình Biogas được coi là công trình xử lý

cơ bản đầu tiên để làm giảm COD và SS trước khi đưa vào các công trình xử lý sinh học tiếp theo

- Hầm biogas nắp vòm cố định (Trung Quốc)

Loại hầm này có hầm chứa khí được xây dựng trên phần ủ phân Do đó, thể tích của hầm bằng tổng thể tích của hai phần này Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ Phần chứa khí được tô bằng nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí Ở phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm

Hình 1.1 Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc

Hình 1.2 Hầm ủ nắp vòm cố định

Ở các nước thuộc khu vực nhiệt đới, năng suất khí của các hầm ủ này đạt được

từ 0,3 0,4 m3/ m3 hầm ủ ngày Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Trung Quốc, nhưng

có nhược điểm là phần chứa khí rất khó xây dựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm ủ thấp

- Hầm biogas có nắp đậy di động (Ấn Độ)

Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC (được thiết

kế bởi Khadi và Village Industries Commission) Gồm có một phần hầm hình trụ xây dựng bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và một chuông chứa khí trôi nổi trên mặt của hầm ủ Chuông chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép, bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh Loại hầm ủ này bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trường như nhiệt độ Nắp hầm ủ dể bị ăn mòn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm), hoặc bị lão hóa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo) Một nhược điểm khác là áp suất khí thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu… để khắc phục nhược điểm này người ta thường treo thêm vật liệu nặng vào nắp hầm ủ

Hình 1.3 Hầm biogas có nắp đậy di động

- Hầm biogas kiểu túi

Bao gồm một ống trụ dài bằng chất dẻo tổng hợp (PVC) hoặc bằng một túi chất dẻo mềm là phụ phẩm của các nhà máy sản xuất nhôm Kèm theo túi chất dẻo này lắp thêm các ống nạp chất liệu vào túi và ống tháo bã phân ra, lắp một ống lấy khí từ túi ngoài Ống nạp chất liệu được đặt sao cho áp lực trong túi duy trì thấp hơn 40cm áp lực nước Khí sinh ra tập trung trong túi dưới một màng chất dẻo co dãn tốt theo áp suất lớn hay nhỏ Một hầm sinh khí kiểu túi với dung tích 50m3

, cân nặng 270kg và dễ dàng bố trí vào trong một rãnh nông Chất liệu được nạp vào trong túi theo kiểu bán lien tục với một khối lượng bằng với số bã được lấy ra từ cửa tháo Thời gian để ủ chất liệu thay đổi tùy theo loại phân động vật, từ 60 ngày ở

15 – 20oC đến 30 ngày ở nhiệt độ 30 – 35 oC

Hình 1.4 Túi biogas HDPE

Hầm kiểu túi có thành tường đặc biệt mỏng, nó có thể nhờ nhiệt mặt trời chiếu trực tiếp để tang nhiệt Sản lượng khí từ các túi đạt tới 0,23 – 0,61 dung tích khí so với dung tích chất liệu nạp hang ngày và nó tùy thuộc vào các điều kiện địa phương, sự dồi dào có sẵn các chất liệu nạp nếu như chất dẻo hoặc màng PVC không kiếm được, ta có thể làm bằng bêtông với một màng tích khí mềm dẻo đặt ở trên đỉnh bể chứa bêtông Tuy nhiên, vật liệu phải đặc biệt chắc chắn vì chúng dễ bị

hư hỏng và việc sửa chữa khó khăn ở những vùng nông thôn xa, hẻo lánh

Hình 1.5 Hầm bêtông phủ màng tích khí

So sánh các kiểu biogas phổ biến hiện nay

HẦM BIOGAS CHẤT LIỆU BẠT HDPE

- Dùng một thời gian do nhiệt độ nóng nên bị axít ăn mòn bề mặt bê tông bị nhũn thành bùn, làm cho bể bị dò khí

- Thời gian lên Gas rất lâu

- Lắp đặt nhanh nhất

- Không phát sinh chi phí khi thi công

- Duy nhất làm được hầm biogas khối

lượng lớn

- Thi công mất nhiều thời gian, nhân công phát sinh nhiều chi phí, khó khăn trong quá trình thi công Không thử được độ kín của bể ngay sau khi lắp đặt

- Áp lực vừa phải

- Nếu dùng máy phát: Không cần sử

dụng thêm máy thổi khí

- Nếu đun nấu, vị trí bếp cách xa hầm

trên 100m: Cần thêm máy thổi khí

nhỏ

- Hầm bể xây chỉ có áp lực khí Gas đến 5cm cột nước không có khả năng tự điều tiết áp lực khi lượng Gas trong bể quá nhiều, phải xả, phải có thiết bị van bảo vệ

- Không có khả năng tự động phá váng

- Độ an toàn không cao, nguy hiểm

- Dễ dàng hút bùn bất cứ khi nào cần - Một vài năm bắt buộc phải lấy phân

 Quá trình xử lý ky khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng

- Bể UASB

Về cấu trúc : Bể UASB là một bể xử lý với lóp bùn dưới đáy, có hệ thống

tách và thu khí, nước ra ở phía trên Khi nước thải được phân phối tù phía dưới lên

sẽ đi qua lóp bùn, các vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao trong bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Bên ừong bể UASB có các tấm chắn có khả năng tách bùn bị lôi kéo theo nước đầu ra

Về đặc điểm : Cả ba quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí được lắp đặt

ừong cùng một công trình Sau khi hoạt động ổn định trong bể UASB hình thành

mà không phải mở hầm ra bã và phá váng trên bề mặt của bể ra

ngoài, một lần dọn bể phải chi phí mất nhiều công lao động

- Lắp đặt ở mọi địa hình, mọi quy mô

- Chủ đầu tư có thể tham gia ở một số

khâu để giảm bớt chi phí

- Không thể làm được điều này

- Có thể đào lên di chuyển đi nơi khác - Không thể làm được điều này

- Có thể lắp thêm nhiều các thiết bị phụ

để nâng cao tính hiệu suất sinh khí

như: Khử mùi, máy phát điện chạy

bằng Gas, nồi cơm chạy bằng Gas,

- Nước thải không còn mùi hôi

- Hiệu quả xử lý môi trường không cao

- Nước thải còn mùi rất hôi

- Dễ bảo trì, bảo dưỡng Chi phi phí này

rất thấp

- Rất khó bảo trì, bảo dưỡng Chi phi phí này rất cao Thậm chí không thể bảo trì được

loại bùn hạt có mật độ vi sinh rất cao, hoạt tính mạnh và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

- Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc

Hỗn hợp bùn và nước thải được khuấy ừộn hoàn toàn ừong bể kín, sau đó được đưa sang bể lắng để tách riêng bùn và nước Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm Bể phản ứng tiếp xúc thực sự là một bể biogas cải tiến với cánh khuấy tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong nước thải

 Quá trình xử lý ky khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

- Bể lọc kỵ khí

Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa nhiều cacbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào bể tù dưới lên hoặc tù trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu có các vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển

- Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cổ định

Là dạng kết hợp giữa quá trinh xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám

1.2.4.4 Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng phương pháp sinh học

a Hồ sinh học

Người ta có thể ứng dụng các quy trình tự nhiên trong các ao, hồ để xử lý nước thải Trong các hồ, hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vi khuẩn và tảo là các quá trình sinh học chủ đạo Các quá trình lý học, hóa học bao gồm các hiện tượng pha loãng, lắng, hấp phụ, kết tủa, các phản ứng hóa học cũng diễn ra tại đây Việc sử dụng ao hồ để xử lý nước thải có ưu điểm là ít tốn vốn đầu tư cho quá trình xây dựng, đơn giản trong vận hành và bảo trì Tuy nhiên, do các cơ chế xử lý diễn ra với tốc độ tự nhiên (chậm) do đó đòi hỏi diện tích đất rất lớn Hồ sinh học chỉ thích hợp với nước thải có mức độ ô nhiễm thấp Hiệu quả xử

lý phụ thuộc sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, cộng với sự phát triển của các loại vi nấm, rêu, tảo và một số loài động vật khác nhau

Hệ hồ sinh học có thể phân loại như sau:

(1) Hồ hiếu khí (Aerobic Pond); (2)Hồ tùy nghi (Facultative Pond); (3) Hồ kỵ khí (Anaerobic Pond); (4) Hồ xử lý bổ sung

 Hồ hiếu khí

- Hồ làm thoáng tự nhiên

Oxy được cung cấp cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước (rong, tảo, ) Chiều sâu của hồ phải bé (thường lấy khoảng 30-40 cm) để đảm bảo cho điều kiện hiếu khí có thể duy trì tới đáy hồ Trong hồ, nước thải được xử lý bởi quá trình cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn, các động vật bậc cao hơn như nguyên sinh động vật cũng xuất hiện trong hồ và nhiệm vụ của chúng là làm sạch nước thải (ăn các vi khuẩn) Các nhóm vi khuẩn, tảo hay nguyên sinh động vật hiện diện trong hồ tùy thuộc vào các yếu tố như lưu lượng nạp chất hữu cơ, khuấy trộn, pH, dưỡng chất, ánh sáng và nhiệt độ

Hiệu suất chuyển hóa BOD5 của hồ rất cao, có thể lên đến 95% Tuy nhiên, chỉ

có BOD5 dạng hòa tan mới bị loại khỏi nước thải đầu vào, và trong nước thải đầu ra chứa nhiều tế bào tảo và vi khuẩn, do đó nếu phân tích tổng BOD5 có thể sẽ lớn hơn cả tổng BOD5 của nước thải đầu vào Nhiều thông số không thể khống chế được nên hiện nay người ta thường thiết kế theo lưu lượng nạp đạt tù các mô hình thử nghiệm Việc điều chỉnh lưu lượng nạp phản ánh lượng oxy có thể đạt được tù quang hợp và trao đổi khí qua bề mặt tiếp xúc nước, không khí

Do độ sâu nhỏ, thời gian lưu nước dài nên diện tích của hồ lớn Vì thế hồ chỉ thích hợp khi kết hợp việc xử lý nước thải với nuôi ừồng thủy sản cho mục đích chăn nuôi và công nghiệp

- Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo

Nguồn oxy cấp cho quá trinh sinh học tù các thiết bị như bom khí nén hay máy

khuấy cơ học Vì được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể tù 2 - 4,5 m

Sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400 kg/(ha.ngày) Thời gian lưu nước ừong hồ 1-3 ngày

Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo do có chiều sâu hồ lớn, mặt khác việc làm thoáng cũng khó đảm bảo toàn phần vì thế một phần lớn của hồ làm việc như hồ hiếu-kỵ khí, nghĩa là phần ừên hiếu khí, phần dưới kỵ khí

trao đổi tự nhiên qua bề mặt hồ, và oxy được tạo ra qua quá trình quang hợp của tảo Oxy được vi khuẩn sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các dưỡng chất và CO2, tảo sử dụng các sản phẩm này để quang hợp

- Khu vục trung gian (hay là khu vực kỵ khí không bắt buộc) đặc trưng bởi các hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc

- Khu vục thứ ba (hay là khu vực kỵ khí) đặc trưng bởi các hoạt động của các

vi khuẩn kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ lắng đọng dưới đáy bể

 Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất rắn cao Thông thường đây là một ao sâu (có thể đến 9,1 m) với các ống dẫn nước thải đầu vào và đầu ra được bổ trí một cách hợp lý Điều kiện ky khỉ được duy trì suốt chiều sâu cùa

bể Việc Ổn định nước thải được tiến hành thông qua quá trình kết tủa, phân hủy ky khí của vi sinh vật Hiệu quả khử BOD5 thường ô mức 70% và có thể lên đến 85% khỉ các điều kiện môi trường đạt tối ưu

 Hồ xử lý bổ sung

Có thể áp dụng sau quá trình xử lý sinh học (aerotank, bể lọc sinh học hoặc sau

hồ sinh học hiếu khí, tùy nghi, ) để đạt chất lượng nước ra cao hơn, đồng thời thực hiện quá trình nitrat hóa Do thiếu chất dinh dưỡng, vi sinh vật còn lại trong hồ này sống ở giai đoạn hô hấp nội bào và amonỉac chuyển hóa thành nitrat Thời gian lưu nước trong hồ này khoảng 1 8 2 0 ngày Tải trọng thích hợp 67 200kg BOD5/ha.ngày

b Cánh đồng tưới

Dân nưởc thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và ống phân phối phun nước thải lên mặt đất Một phần nước bốc hơi, phần còn lại thấm vào đất để tạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cối sinh trưởng Phương pháp này chỉ được dùng hạn chế ở những nơi có khối lượng nước thải nhỏ, vùng đất khô cằn xa khu dần cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm

Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virus gây bệnh trong nước thải chưa được loại bỏ có thể gây tác hại cho sức khỏe của con người sử dụng các loại rau và thực phẩm này

1.2.5 Xử lý nước thải sau hầm biogas

a Đặc tính nước thải sau hầm biogas

Theo đánh giá của Viện khoa học và công nghệ Việt Nam hàm lượng BOD5, COD giảm gần 30 lần, lượng oxy hoà tan tăng hơn 10 lần so với đầu vào trước khi

xử lý qua hệ thồng biogas (Bùi Văn Dũng, 2007)

Tính chất của nước thải sau hầm biogas, trước khi đổ vào môi trường liên quan rất lớn đến điều kiện vệ sinh môi trường xung quanh, đến độ an toàn của sản phẩm chăn nuôi lợn, nuôi trồng thuỷ sản và phát triển bền vững Để đánh giá tính chất nước thải của trang trại chăn nuôi, các nhà nghiên cứu đã tiến hành phân tích một số chỉ tiêu hoá học của nước thải trước và sau khi xử lý biogas (Vũ Đình Tôn và cộng

Nồng độ sulfua hoà tan trong nước thải chưa qua biogas ở chuồng lợn nái của

ba tỉnh dao động từ 32.7 – 50.4 mg/l, ồ chuồng nuôi lợn thịt có thấp hơn, song vẫn cao hơn CTVSCP 25.5 – 31.7 lần tạo nên mùi hôi thổi nồng nặc trong không khí Sau khi qua bể biogas nồng độ khí sulfua hoà tan giảm đáng kể, nhưng vẫn còn cao hơn CTVSCP 3.63 – 7.25 lần

Nồng độ Cl- (tính theo NaCl) trong nước thải chuồng lợn nái trước khi qua xử

lý biogas biến động từ 1340 – 1880 mg/l; trong nước thải chuồng lợn thịt từ 1120 –

1760 mg/l Đây có thể là một trong các nguyên nhân gây nhiễm mặn đất và nước trong khu vực nếu công tác kiểm soát nguồn nước thải thiếu hợp lý Chỉ tiêu này ít

có hiệu quả khi xử lý qua hầm biogas

Kết quả phân tích cũng cho thấy, chỉ tiêu NH4-N và nitơ tổng số trong nước thải chưa qua xử lý ở 12 trại đều lớn hơn CTVSCP NH4-N cao hơn 5.25 – 6.26 lần, nitơ tổng số cao hơn 1.54 – 1.61 lần (chuồng lợn nái), và 4.24 – 4.9 lần (chuồng lợn

thịt) Sau khi qua biogas, do vi khuẩn hiếu khí phân giải chất hữu cơ thành các muối đơn giản hơn nên NH4-N trong nước thải có tăng lên chút ít, táng 3.72 – 24.9%

Qua quá trình phân tích môt số kim loại nặng là đồng và kẽm, nồng đô Zn2+

trong nước thải trước khi xử lý biogas ở chuồng lợn nái và lợn thịt trên 12 trại đều nằm trong giới hạn tiêu chuẩn vệ sinh cho phép Nồng đô Cu2+ trong nước thải chuồng lợn nái trước khi xử lý biogas ở tỉnh Hưng Yên 100% nằm trong giới hạn tiêu chuẩn vệ sinh cho phép Tỉnh Hải Dương có 25% số trại khảo sát có nồng đô

Cu2+ nằm trong giới hạn tiêu chuẩn vệ sinh cho phép, 75% số trại nồng đô Cu2+vượt quá tiêu chuẩn vệ sinh cho phép từ 1.5 – 3.2 lần Tỉnh Bắc Ninh có nồng đô

Cu2+ trên 100% số trại đều vượt quá tiêu chuẩn vệ sinh cho phép từ 1.32 – 2.4 lần Nồng đô Cu2+ trong nước thải ở chuồng lợn thịt trên 12 trại thuộc ba tỉnh Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh 100% nằm trong giới hạn tiêu chuẩn vệ sinh cho phép Cả hai yếu tố đồng và kẽm đều nằm trong giới hạn cho phép sau khi xử lý biogas

Bảng 1.10 Chỉ tiêu hoá hoc nước thải trước và sau khi xủ lý biogas khu chuồng

Bảng 1.11 Chỉ tiêu hoá hoc nước thải trước và sau khi xủ lý biogas khu chuồng

* Chỉ tiêu vệ sinh cho phép (theo 10TVN 678 - 2006)

b Nhu cầu xử lý nước thải sau hầm biogas

Việc xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống hầm biogas đã giảm thiểu đáng

kể nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải, lượng khí sinh ra dùng để cấp khí cho việc đun nấu, thắp sáng và chạy máy phát điện Sau hầm biogas, nồng độ BOD5

giảm 75% – 80.8%, nồng độ COD giảm hơn 60%, lượng NH4-N giảm đi một phần, trong đó nito tổng số giảm 10% – 27% (Vũ Đình Tôn và cộng sự, 2008) Tuy nhiên, nồng độ này vẫn còn rất cao so với nồng độ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi QCVN 62-MT:2016/BTNMT cho phép, nếu xả trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nước mặt tại khu vực, mùi thối và mầm bệnh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và làm mất cảnh quan của khu vực Ngoài ra, nước thải ngấm vào đất, một phần chất ô nhiễm sẽ đi vào mạch nước ngầm, phần còn lại gây tác động xấu đến môi trường đất

Việc tiếp tục xử lý nước thải sau biogas trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây ô nhiễm, đặc biệt là chất hữa cơ, nitơ và phốt pho Có nhiều giải pháp kỹ thuật được triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy theo quy mô, tuy nhiên, cần lựa chọn kỹ càng phương pháp xử lý để vừa có hiệu quả cao vừa tiết kiệm chi phí

CHƯƠNG 2 VAI TRÒ CỦA TẢO ĐỐI VỚI XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

2.1 Tổng quan về tảo và vi tảo

Tảo được công nhận là một trong những dạng sống lâu nhất trên Trái Đất (Falkowski et al., 1997) Chúng là loài thực vật nguyên thủy (thallophytes) Nghĩa

là chúng không có rễ, thân, lá, không có lớp vô trùng xung quanh các tế bào tái sản xuất, có chloropyll a là sắc tố quang hợp (Lee, 1980) Cấu trúc của tảo là căn bản cho việc chuyển hóa năng lượng, không có sự phát triển nào ngoài các tế bào Sự phát triển đơn giản của chúng cho phép chúng thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau và phát triển trong thời gian dài

Tế bào sinh vật nhân sơ không có màng bao quanh các cơ quan (thể hạt, ty thể, nhân, thể Golgi, râu), thường thuộc họ hàng của vi khuẩn hơn là tảo Tế bào sinh vật nhân thực có nhiều dạng tảo phổ biến Chúng có các cơ quan tế bào giúp thực hiện các chức năng của tế bào, cho phép chúng tồn tại và tái sản xuất Sinh vật nhân thực được chia thành nhiều lớp dựa vào sự hình thành sắc tố, vòng đời và cấu trúc tế bào (Khan et al., 2009) Các lớp quan trọng nhất là: tảo lục, tảo đỏ, tảo silic Tảo có thể tự dưỡng hoặc dị dưỡng, chúng chỉ cần các hợp chất vô cơ như CO2, muối và năng lượng ánh sáng để sinh trưởng Trong khi đó, các loài khác không quang hợp, vì vậy, chúng cần nguồn hợp chất hữu cơ bên ngoài và các chất dinh dưỡng để làm năng lượng Một số loài tảo quang hợp có tính tạp dưỡng, nghĩa là, chúng có khả năng vừa quang hợp vừa sử dụng chất dinh dưỡng hữu cơ bên ngoài (Lee RE 1980) Đối với các loài tảo tự dưỡng, quang hợp đóng vai trò quan trọng trong sự tồn tại của chúng, chúng hấp thu ánh sáng mặt trời và CO2, nhờ lạp lục chuyển hóa thành ATP và sau đó sử dụng O2 hô hấp tạo năng lượng để phát triển (Zilinskas Braun et al., 1974)

Vi tảo là vi sinh vật quang hợp nhân sơ hoặc nhân thực, chúng có cấu tạo đơn bào hoặc đa bào đơn giản vì vậy có thể sinh trưởng nhanh và sống được trong điều kiện khắc nghiệt Vài ví dụ về vi sinh vật nhân sơ là Cyanobacteria và vi sinh tảo nhân thực là tảo lục, tảo silic (Li et al., 2008)

Vi tảo không chỉ hiện diện trong nước mà trong tất cả hệ sinh thái trên Trái Đất trừ đất Chúng có nhiều loài đa dạng và sống được trong các điều kiện môi trường khác nhau Chúng được xác định có hơn 50.000 loài nhưng chỉ có khoảng 30

000 loài được nghiên cứu và phân tích (Richmond et al., 2004)

Trong nhiều thập kỉ vừa qua, một lượng lớn vi tảo được tìm thấy bởi các nhà nghiên cứu trên thế giới Trường Đại học Coimbra (Bồ Đào Nha) – một trong

những trường lớn nhất trên thế giới – có hơn 4000 giống và 1000 loài Điều này chứng tỏ tồn tại rất nhiều loài vi tảo khác nhau để ứng dụng cho các mục đích sử dụng khác nhau, ví dụ như dược phẩm, thực phẩm và năng lượng

Trên toàn thế giới, tảo được nghiên cứu ngày càng nhiều, chứng tỏ tảo đang nhận được nhiều sự quan tâm Trường Đại học Goettingen (SAG) tại Đức đã bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1920 đến nay đã có gần 2213 giống và 1273 loài Khoảng 77% trong số đó là tảo lục, 8% tảo lam (61 chi, 230 giống), còn lại là tảo

đỏ và tảo nước mặn

2.2 Mục đích sử dụng của vi tảo

a Thức ăn chăn nuôi và thủy sản

Rất nhiều nổ lực được tạo ra nhằm xúc đẩy việc sử dụng tảo làm thức ăn cho con người Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao và nỗi lo về nhiễm độc làm giới hạn việc ứng dụng tảo Nuôi trồng vi tảo thành công hơn khi trở thành thức ăn và phụ phẩm cho các loại thủy sinh vật (ví dụ: ấu trùng và con non của các loại động vật thân mềm, ấu trùng tôm, các loài giáp xác và cá) trong cả nước ngọt và nước mặn

Vi tảo được sử dụng để làm thực phẩm nuôi trồng nhiều loại động vật phù du (rotifer, giáp xác nước ngọt, tôm nước mặn, động vật chân kiếm) (De Pauw et al.,

1984, Brown et al., 1997, Borowitzka et al., 1997) Isochrysis galbana và Tetraselmis suecica được xem là nguồn thức ăn tốt nhất cho ấu trùng 2 lớp vỏ, tảo sinh trưởng tốt hơn khi chúng được nuôi trong nước biển không lọc Scenedesmus được dung làm thức ăn cho loài nhuyễn thể và Chlorella (nước mặn, nước ngọt hoặc tảo khô) thích hợp cho nuôi trồng trùng bánh xe Brachionus plicatilis nhưng không hợp đối với sò, ốc (De Pauw et al., 1984)

Mặc dù một số loài yêu cầu nguồn dinh dưỡng cao, tuy nhiên không có tiêu chuẩn dinh dưỡng nào là tiến bộ Nói chung, tảo không chứa độc tố, trong nguồn thức ăn thích hợp, thành tế bào dễ tiêu và cấu tạo sinh hóa đủ Chất lượng và sản lượng lipid là giá trị dinh dưỡng quan trong củ vi tảo Dựa vào lượng axit béo quan trọng (đặc biệt là nhóm ω6 và ω3), ấu trùng cá có thể khỏe mạnh hoặc dị tật (De Pauw et al., 1984)

Hầu hết các vấn đề trong việc nuôi trồng tảo nước mặn đó là việc chúng bị

ăn thịt bởi các loài sinh vật đơn bào khác (ví dụ như zooflagellates, ciliates và rhizopods) Các vấn đề khác là sự nở hoa không mong muốn và các loài chứa độc tố như tảo lục-lam, trùng tảo, thủy triều đỏ, chúng làm tăng độc tố cho con người và

các sinh vật tiêu thụ Ví dụ như sự phát triển mạnh mẽ của tảo lục Chlorococcalean,

cụ thể là Synechocystis trong nước ngọt và Phaeodactylum trong nước mặn là điều

Một phần chúng đã được kiểm soát, phần khó khăn khác là quản lý sự nở hoa của tảo, việc này hoàn toàn tách biệt với sinh vật tiêu thụ của chúng Nghĩa là đầu tiên là

sự nở hoa của các sinh vật phù du tự nhiên, sau đó các sinh vật tiêu thụ bắt đầu xuất hiện Ngoài ra, vi tảo sau khi được nuôi trồng có thể được sử dụng trực tiếp khi chúng còn sống hoặc sử dụng gián tiếp dưới dạng cô đặc sau khi được thu hoạch và bảo quản (ví dụ như làm thức ăn viên)

Nguồn astaxanthin tự nhiên lớn nhất là H pluvialis, chúng tổng hợp

astaxanthin từ β-carotenes và tích lũy chúng trong dầu Quá trình này bao gồm phản ứng của các enzyme có mặt trong các khoang chứa lipid, β-carotenes đã chuyển từ lạp lục sang các khoang chứa dầu, nơi mà các sắc tố biến đổi thành astaxanthin Thông thường, astaxanthin được tìm thấy trong quá trình este hóa axit béo hoặc kết hợp protein bởi vì hình dạng của chúng rất dễ phá hủy bởi quá trình oxi hóa Gần đây, thị trường lớn nhất của astaxanthin là cá hồi được nuôi và cho ăn thức ăn nhân tạo (Del Campo et al., 2007) Một số động vật khác như tôm, prawn và gà cũng được lợi từ việc bổ sung astaxanthin trong thức ăn (ví dụ như tốt cho bộ xương ngoài, màu sắc của da, cơ và long đỏ trứng)

Mặc dù hệ thống hồ nuôi hở cũng được sử dụng để việc sản xuất kinh doanh

H pluvialis, thông thường người ta dung hệ thống sinh học quang hợp PBR quy mô lớn, sản xuất theo 2 pha nên được quản lý và vận hành tốt hơn Pha đầu tiên là pha sinh trường nhanh để tạo ra nhiều sinh khối trong điều kiện đầy đủ chất dinh dưỡng, kiểm soát ánh sáng, pH và nhiệt độ Pha thứ 2 là gây stress (ví dụ giảm dinh dưỡng, axetat, Fe, muối, nhiệt độ…) để kích thích tảo tích lũy astaxanthin Trong pha thứ 2,

tế bào H pluvialis mất râu và trở nên lớn hơn, khỏe hơn và dày đặc hơn mức trung bình (lên đến 50μm), dễ dàng hơn cho việc thu hoạch bằng cách lắng trọng lực và quay ly tâm (Laliberte et al., 1997)

b Xử lý nước thải

Có nhiều sự tranh cãi xung quanh việc cho rằng sản xuất nhiên liệu sinh học kết hợp xử lý nước thải là sự ứng dụng có nhiều lợi nhuận trong khoảng thời gian ngắn (Van Harmelen et al., 2006, Benemann, 1997)) Họ chỉ ra rằng chúng loại bỏ các chất hóa học, chất ô nhiễm hữu cơ, kim loại nặng và mầm bệnh trong nước thải trong quá trình sinh trưởng tạo sinh khối cho sản xuất nhiên liệu sinh học (Munoz et al., 2006) Tiết kiệm hóa chất và lượng nước sạch dùng để sản xuất sinh khối (Li et al., 2008) là mục đích chính khi kết hợp sản xuất sinh khối và xử lý nước thải Nước thải giàu CO2 cung cấp cho môi trường nuôi vi tảo (Lundquist, 2008) CO2 cân bằng theo tỉ lệ Redfield (tỉ lệ phân tử của cacbon, nito, photpho trong nước là C:N:P = 106:16:1) của nước thải cho phép tốc độ sản xuất nhanh hơn, giảm nồng độ chất