Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ vi sinh vật lên quá trình sinh trưởng của tảo chlorella vulgaris trong nước thải thủy sản

I BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI: KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ VI SINH VẬT LÊN QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI TẢO CHLORELLA VULGARIS TRONG NƯỚC THẢI THUỶ SẢN Mã số: B2017-DN06-04 III MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU NHỮNG ĐÓNG GÓP KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 CÁCH TIẾP CẬN 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN lÝ THUYẾT 1.1 Đặc tính nước thải thuỷ sản Thọ Quang 1.2 Cộng đồng vi sinh vật nước thải thuỷ sản 1.2.1 Vi khuẩn nước thải 1.2.2 Quá trình phân hủy chất hữu nước thải vi khuẩn 1.3 Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải 1.3.1 Tổng quan vi tảo 1.3.2 Đường cong sinh trưởng vi tảo 1.3.3 Phân loại 1.3.4 Điều kiện ảnh hưởng đến q trình ni cấy vi tảo 1.3.5 Các phương pháp nuôi trồng vi tảo 1.3.6 Ứng dụng vi tảo 1.3.7 Ứng dụng vi tảo vào xử lý nước thải thu sinh khối 1.4 Các nghiên cứu xử lý nước thải vi tảo Chlorella vulgaris có mặt vi khuẩn 10 2.1 Vật liệu 10 2.1.1 Giống vi tảo 10 2.1.2 Nước thủy thải thủy sản 10 2.2 Phương pháp nghiên cứu 11 2.2.1 Qui trình xử lý nước thải vi tảo 11 2.2.2 Phương pháp định lượng vi khuẩn 12 2.2.3 Hiệu suất loại thải chất dinh dưỡng nước thải 12 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 3.1 Sinh trưởng vi tảo nước thải 13 3.2 Sinh trưởng vi khuẩn 13 3.2.1 Vi khuẩn hiếu khí 13 3.2.2 Sinh trưởng Coliform 14 3.2.3 Sự sinh trưởng E.coli 15 3.3 Sự chuyển biến thông số nước thải thuỷ sản 16 Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 17 Kết luận 17 Kiến nghị 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG V CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng hệ vi sinh vật lên trình sinh trưởng vi tảo Chlorella vulgaris nước thải thuỷ sản - Mã số: B2017-DN06-04 51 - Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thị Đông Phương - Tổ chức chủ trì: Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: từ 12/2017 đến 05 /2019 Mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng vi khuẩn đến tăng trưởng vi tảo nuôi nước thải thuỷ hải sản Tính sáng tạo: - Nghiên cứu vi tảo nuôi môi trường nước thải thuỷ hải sản - Đánh giá sinh khối vi tảo môi trường khả loại thải chất ô nhiễm từ nước thải thuỷ hải sản môi trường xung quanh Kết nghiên cứu: - Đánh giá ảnh hưởng vi khuẩn nước thải đến sinh khối vi tảo - Phân tích loại thải COD, BOD, nitơ tổng phốt tổng để tính tốn hiệu xuất xử lý nước thải vi tảo Sản phẩm: 5.1 Sản phẩm khoa học: Các báo cơng bố: - Tạp chí quốc tế: 03 ISI/SCI, có Q1, Q2 1 Nguyen, T D P., Le, T V A., Show, P L., Nguyen, T T., Tran, M H., Tran, T N T., & Lee, S Y (2018) Bioflocculation formation of microalgae-bacteria in enhancing microalgae harvesting and nutrient removal from wastewater effluent Bioresource VI Technology, 272(October 2018), 34–39 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.146 Nguyen, T D P., Tran, T N T., Le, T V A., Nguyen Phan, T X., Show, P L., & Chia, S R (2018) Auto-flocculation through cultivation of Chlorella vulgaris in seafood wastewater discharge: Influence of culture conditions on microalgae growth and nutrient removal Journal of Bioscience and Bioengineering, xx(xx), 1-7 https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2018.09.00 Sankaran, R., Show, P L., Cheng, Y S., Tao, Y., Ao, X., Nguyen, T D P., & Van Quyen, D (2018) Integration Process for Protein Extraction from Microalgae Using Liquid Biphasic Electric Flotation (LBEF) System Molecular Biotechnology, 60(10), 749– 761 https://doi.org/10.1007/s12033-018-0111-6 - Tạp chí quốc gia: 01 Nguyen, T.D.P, Tran T.N.T, Le T.V.A, Nguyen H.P.T (2017) Influence of cultivation of Chlorella vulgaris on microorganism in seafood wastewater, Journal of Biotechnology, 14(4); 1-6 5.2 Sản phẩm đào tạo: 5.3 Sản phẩm ứng dụng Mơ hình ni C.vulgaris nước thải thuỷ sản Kết báo cáo ảnh hưởng vi khuẩn nước thải thuỷ sản lên trình sinh khối vi tảo Kết hiệu suất loại thải chất gây nhiễm mơi trường có nước thải thuỷ sản nhờ nuôi cấy vi tảo Phương thức chuyển giao, địa ứng dụng, tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu: Đề tài sử dụng làm tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên giảng viên trường Đại học chuyên ngành Công nghệ Sinh học TỔ CHỨC CHỦ TRÌ (ký, họ tên, đóng dấu) Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2018 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (ký, họ tên) TS Nguyễn Thị Đông Phương VII BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: - Project title: Study on the effect of microorganism on the growth of Chlorella vulgaris in seafood waste water - Code number: B2017-DN06-04 51 - Coordinator: Dr Nguyen Thi Dong Phuong - Implementing institution: The University of Danang - Duration: from 12/2017 to 05/2019 Objective: Study on the influence of bacteria on the growth of microalgae cultured in waste water Creativeness and innovativeness: - Research on microalgal culture in aquatic wastewater - Evaluate the microbial biomass in the new medium and the ability to remove pollutants from seafood wastewater Research results: - Evaluate the effect of bacteria in wastewater on the microbial biomass - Analysis of COD, BOD, total nitrogen and total phosphorus removal to calculate effluent treatment efficiency of microalgae Products: 5.1 Scientific publications There are 04 published papers: - International journal: ISI/SCI journals including article of Q1, articles of Q2 Nguyen, T D P., Le, T V A., Show, P L., Nguyen, T T., Tran, M H., Tran, T N T., & Lee, S Y (2018) Bioflocculation formation of microalgae-bacteria in enhancing microalgae harvesting and nutrient removal from wastewater effluent Bioresource Technology, 272(October 2018), 34–39 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.146 VIII Nguyen, T D P., Tran, T N T., Le, T V A., Nguyen Phan, T X., Show, P L., & Chia, S R (2018) Auto-flocculation through cultivation of Chlorella vulgaris in seafood wastewater discharge: Influence of culture conditions on microalgae growth and nutrient removal Journal of Bioscience and Bioengineering, xx(xx), 1-7 https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2018.09.00 Sankaran, R., Show, P L., Cheng, Y S., Tao, Y., A, X., Nguyen, T D P., & Van Quyen, D (2018) Integration Process for Protein Extraction from Microalgae Using Liquid Biphasic Electric Flotation (LBEF) System Molecular Biotechnology, 60(10), 749– 761 https://doi.org/10.1007/s12033-018-0111-6 - National journal: 01 Nguyen, T.D.P, Tran T.N.T, Le T.V.A, Nguyen H.P.T (2017) Influence of cultivation of chlorella vulgaris on microorganism in seafood wastewater, Journal of Biotechnology, 14(4); 1-6 5.3 Application products Lab-scale cultivation of C.vulgaris in seafood waste water Results of bacterial influence on microalgae growth in wastewater Results of the performance of nutrient removal by microalgae inoculum in wastewater Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results: This project is a useful reference for students and lecturers at the Universities in biotechnology, food science, environmental engineering M Ở ĐẦU TÍ NH CẤP THI ẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHI ÊN CỨU Vi tảo ngày có nhiều ứng dụng lĩnh vực Sinh học, Hố học, Mơi trường Y dược thành phần chúng chứa hợp chất có giá trị amino axit omega 3, omega 6, lipit, protein khoáng chất Nhiều nghiên cứu cho thấy vi tảo dễ thu hoạch nhiều nuôi nước thải, dẫn đến tiết kiệm 30% giá thành qúa trình sản xuất từ vi tảo Bên cạnh ưu điểm vi tảo đem lại cho ngành hố học thực phẩm người ta quan tâm đặc biệt đến tiềm chúng đóng góp cho ngành mơi trường, nhiều dự án đưa tảo vào tăng trưởng môi trường nước thải nhằm thu sinh khối lớn, loại thải chất ô nhiễm cao cho sản phẩm mong muốn NHỮNG ĐÓNG GÓP K HOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Đề tài cơng trình nghiên cứu có hệ thống, cụ thể là: Trên sở nghiên cứu tổng quan, đề tài khảo sát cộng đồng vi sinh vật đặc biệt vi sinh vật hiếu khí, Coliforms E.coli ảnh hưởng đến trình sinh khối vi tảo Chlorella vulgaris Đề tài xây dựng mơ hình mơ q trình ni cấy C vulgaris nước thải thuỷ hải sản Đề tài phân tích, luận giải ảnh hưởng qua lại vi khuẩn vi tảo cho kết sinh khối hiệu suất loại thải chất hữu cơ, vô khỏi nước thải thông qua thông số chất lượng nước nhu cầu oxy hoá học COD, nhu cầu oxy sinh hoá BOD, tổng nồng độ nitơ T-N, tổng nồng độ phốt T-P Ý NGHĨ A K HOA HỌC VÀ THỰC TI ỄN CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài xây dựng mơ hình ni cấy Chlorella vulgaris nước thải thuỷ hải sản, khảo sát nồng độ vi khuẩn hiếu khí, Coliforms E.coli suốt q trình nuôi cấy, khảo sát tăng trưởng vi tảo mơi trường chứa vi khuẩn Ngồi ra, nghiên cứu đề tài cho kết hiệu suất loại thải chất hữu cơ, vô nhờ vi tảo cộng sinh với vi khuẩn nước thải thủy hải sản 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu đề tài xây dựng thành chuyên đề giảng dạy cho sinh viên công nghệ sinh học, đồng thời tài liệu tham khảo thiết thực cho giảng viên công nghệ sinh học trường Đại học quan tâm tới vấn đề Dựa vào kết nghiên cứu đề tài, tác giả mong muốn đóng góp phần vào việc giáo dục ý thức bảo vệ môi trường, phát triển bền vững công nghệ sinh học CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU M ỤC TI ÊU NGHI ÊN CỨU Đề tài nghiên cứu nhằm mục tiêu sau: - Mơ hình hóa ni Chlorella vulgaris (C.vulgaris) nước thải thủy sản phòng thí nghiệm - Xác định thông số ảnh hưởng đến sinh khối vi tảo thông qua lượng oxy cần thiết để oxy hóa hợp chất hữu vô COD, lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa hợp chất hữu BOD, nitơ tổng phốt tổng đại diện cho việc cung cấp nitơ phốt trình sinh tổng hợp protein tế bào tảo - Xác định nồng độ sinh khối biomass C.vulgaris sau hoàn tất q trình ni nước thải - Xác định nồng độ vi khuẩn hiếu khí, Coliform E.coli nước thải thủy sản trước sau thả tảo - So sánh nuôi C.vulgaris nước thải với nuôi C.vulgaris môi trường gốc BBM Sueoka - Xác định thành phần C.vulgaris nuôi hai môi trường: nước thải gốc ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHI ÊN CỨU Đề tài tiến hành đối tượng: - Giống vi tảo: C.vulgaris - Điều kiện nuôi cấy: nước thải thủy sản môi trường gốc - Hệ vi sinh vật: vi khuẩn hiếu khí, Coliform E.coli 2.2 PHẠM VI NGHI ÊN CỨU - Trạm xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Thọ Quang - Phòng thí nghiệm cơng nghệ sinh học, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 CÁCH TI ẾP CẬN Đề tài tiếp cận vấn đề nghiên cứu từ góc độ sau: - Tiếp cận từ lý thuyết: từ sở lý luận tổng quan vi tảo vi khuẩn, q trình ni cấy vi tảo môi trường gốc b) Ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học Ưu điểm trồng vi tảo không cần đất trồng so với loại trồng cho dầu khác (Chisti Y, 2007) Hơn vi tảo có mức độ sinh trưởng nhanh, chu kì sinh trưởng hồn tất vài ngày, có nhiều lồi tảo có chứa dầu Thơng thường hàm lượng dầu tảo vào khoảng 20-50% (Huang et al., 2010) Lồi vi tảo Chlorella protothecoides ni theo phương thức dị dưỡng có khả tích lũy lipid đạt 55% khối lượng khô (Xu et al., 2006) c) Ứng dụng y học Vi tảo nguồn cung cấp chất có hoạt tính kháng sinh (như kháng vi khuẩn, kháng nấm) Ví dụ như: axit acrylic thu từ vi tảo Phaecystis, axit (gama) linoleic dịch chiết methanol từ tảo Spirulina platensis, Chrococcum, …Testraselamiss suecia chất ức chế hình thành virus Vibrio sp Các sắc tố bổ trợ Phycobiliprotein carotenoid có vi tảo đánh dấu kháng thể đơn dòng ứng dụng nghiên cứu miễn dịch d) Ứng dụng xử lý nước thải So với phương pháp xử lý nước thải truyền thống, việc sử dụng vi tảo để xử lý nước thải xem phương pháp có chi phí thấp, loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, hợp chất phosphate hợp chất nitơ mầm bệnh Các vi tảo giúp tiêu hóa hiệu chất dinh dưỡng nước thải cung cấp oxy cho vi khuẩn hiếu khí Trong sở xử lý nước thải truyền thống thường tạo chất ô nhiễm thứ cấp bùn thải, hóa chất dư gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống Trong đó, sở xử lý nước thải vi tảo tạo sinh khối tảo với hàm lượng lượng cao, xử lý tiếp để sản xuất phân bón nhiên liệu sinh học Bên cạnh đó, xử lý nước thải vi tảo sử dụng CO2 làm nguồn quang hợp, điều làm giảm khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính mà trước phương pháp xử lý truyền thống đóng góp phần đáng kể vào hiệu ứng 1.3.7 Ứng dụng vi tảo vào xử lý nước thải thu sinh khối Việc nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải vi tảo nhà khoa học nước giới thực thu nhiều kết tích cực (Kim et al., 2013) Các hệ thống xử lý nước thải vi tảo nghiên cứu nhằm xử lý chất thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải nông nghiệp nước thải từ nhà máy chế biến thực phẩm (Cai, Park, & Li, 2013; Delgadillo-Mirquez et al., 2016; Noie et al., 1992) Một số lợi ích kèm q trình ni cấy tảo sản xuất oxy, có tác dụng khử trùng tăng pH trình quang hợp (Alcántara et al., 2015).Tổng hợp kết nghiên cứu cho thấy tảo sử dụng xử lý nước thải với nhiều mục đích loại bỏ vi khuẩn coliform, giảm nhu cầu oxy hóa học nhu cầu oxy sinh hóa, loại bỏ N P, loại bỏ kim loại nặng để giảm đáng kể chi phí hoạt động hệ thống sản xuất tảo (Aravantinou et al., 2013) a) Xử lý nhu cầu oxy hóa học (COD) oxy sinh hóa (BOD) Một báo cáo (Rivas & Montes, 1993) cho thấy hàm lượng COD giảm mạnh đến 98%, hiệu suất xử lý BOD5, COD đạt 97,3 88% nước thải nhà máy Mỹ sử dụng vi tảo C.vugaris b) Xử lý Nitơ, Phốtpho Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải để loại bỏ chất dinh dưỡng nitơ phôtpho, cung cấp oxy cho vi khuẩn hiếu khí đề cập nhiều năm trước Nitơ nước thải chủ yếu tồn dạng NH4+ (ammonia), NO2− (nitrit), NO3− (nitrat) PO43− (orthophosphate) (Abdel-raouf, 2012) c) Xử lý kim loại nặng Một số loại nước thải chứa hàm lượng kim loại nặng hợp chất hữu cao, đặc biệt nước thải đô thị Do việc loại bỏ kim loại nặng cần thiết Vi tảo biết đến có khả lập kim loại nặng (Rai et al., 1981, Imasaka et al., 1981) Bên cạnh vi tảo báo cáo có khả việc tích lũy Cu2+, Pb2+ Cr3+cũng Ni2+, Cd2+, Co2+, Fe2+và Mn2+ (Gao et al., 2005) 1.3.8 Giống Chlorella vulgaris a) Đặc điểm sinh học Chlorella vugaris loài tảo xanh cây, thuộc phân loại khoa học sau đây: tên miền: Eukaryota, giới: Protista, nhóm: Chlorophyta, lớp: Trebouxiophyceae, bậc: Chlorellales, họ: Chlorellaceae, chi: 10 Chlorella, loài: Chlorella vulgaris C.vugaris tế bào hình cầu nhỏ có đường kính từ 2–10 μm (Yamamoto et al., 2004) có nhiều quan kết cấu giống thực vật (Mujtaba, Choi, Lee, & Lee, 2012) 1.4 Các nghiên cứu xử lý nước thải vi tảo Chlor ella vulgaris có mặt vi khuẩn Lim et al., (2010) tiến hành nghiên cứu khả xử lý nước thải dệt nhuộm vi tảo Chlorella vulgaris nuôi cấy hệ thống cầu mở (High rate algae ponds - HRAP) Đồng thời, tác giả nghiên cứu sâu khả xử lý nước thải dệt nhuộm (TW) vi tảo C.vulgaris Bên cạnh loại bỏ màu từ thuốc nhuộm, Chlorella có khả loại bỏ chất ô nhiễm COD, NH4–N PO4–P Ma et al, (2014) sử dụng centrate (nhà máy xử lý nước thải đô Saint Paul, Minnesota) để xác định ảnh hưởng vi khuẩn nước thải phát triển vi tảo C.vulgaris UTEX 2714 việc loại bỏ chất dinh dưỡng khỏi nước thải Nước thải chia thành phần (Ma et al., 2014) Vì vậy, đề tài lực chọn Chlorealla vulgaris nuôi cấy nước thải thuỷ sản nhằm nghiên cứu ảnh hưởng vi khuẩn đến tăng trưởng giống tảo môi trường loại thải chất ô nhiễm chúng VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu 2.1.1 Giống vi tảo Vi tảo chọn nghiên cứu giống vi tảo Chlorella vulgaris 211/19 (SAG) phòng thí nghiệm Génie des procédés – environnement – agro-alimentaire (GEPEA-UMR CNRS 6144) thành phố Nantes – Cộng hòa Pháp 2.1.2 Nước thủy thải thủy sản Nguồn nước thải thủy sản sử dụng thí nghiệm lấy từ trạm xử lý tập trung khu Công nghiệp dịch vụ thủy sản Thọ Quang – Đà Nẵng Vi khuẩn 11 a) Vi khuẩn hiếu khí (Aerobic bacteria) Vi khuẩn hiếu khí: lồi sinh vật sinh sống phát triển mơi trường có khơng khí Trong điều kiện khơng có khơng khí (mơi trường yếm khí, kị khí) chúng chết khơng phát triển tốt b) Coliform Coliform vi khuẩn thường sử dụng để đánh giá chất lượng nước uống, nước sinh hoạt nước nuôi trồng thủy sản (dễ phát định lượng), thường tồn thiên nhiên c) E.coli (Escherichia Coli) Escherichia coli (thường viết tắt E.coli) lồi vi khuẩn ký sinh đường ruột động vật có vú Vi khuẩn cần thiết q trình tiêu hóa thức ăn thành phần khuẩn lạc ruột E.coli thuộc họ vi khuẩn Enterrobacteriaceae thường sử dụng làm sinh vật mơ hình cho nghiên cứu vi khuẩn 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Qui trình xử lý nước thải vi tảo a) Qui trình lấy mẫu Qui trình lấy mẫu nước thải thủy sản nhà máy thực theo bước sau: chuẩn bị chai chứa mẫu, xác định vị trí lấy mẫu: bể aeroten trạm xử lý Chọn vị trí dòng, lấy mẫu độ sâu cách mặt nước 0,1m, rửa chai nhiều lần nước nguồn, cho nước vào gần đầy chai (chừa khoảng không khí), mẫu phải chuyển đến phòng thí nghiệm để tránh phản ứng sinh hóa xảy làm sai lệch kết quả, trước thiết lập thí nghiệm thả tảo vào ni, nước thải phân tích thông số đầu vào COD, BOD, T-N, T-P TSS phân tích thơng số vào cuối q trình ni tảo nhằm đánh giá hiệu việc loại thải chất gây ô nhiễm môi trường đánh giá khả trao đổi chất vi tảo với môi trường nước thải thuỷ sản b) Mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm gồm khung gỗ hình hộp chữ nhật có kích thước dài × rộng × cao tương ứng 1,0m × 0,5m × 1,0m (Hình 2.5) Phía mặt khung gỗ gắn bóng đèn huỳnh quang 220V dài 0,6m 12 để cung cấp ánh sáng cho vi tảo phát triển Quy trình xử lý nước thải vi tảo Nghiên cứu khảo sát phát triển hệ vi sinh vật trình xử lý nước thải vi tảo nồng độ vi tảo khác thực trước tiên Thí nghiệm tiến hành bình tam giác dung tích 2L chứa 1,5L nước thải có nồng độ tảo 0,01 g/L, 0,02 g/L 0,03 g/L Để so sánh phát triển tế bào vi tảo môi trường mới, môi trường gốc Sueoka chuẩn bị để làm môi trường đối chứng (Nguyen, Tran, et al., 2018) 2.2.2 Phương pháp định lượng vi khuẩn a) Định lượng vi khuẩn hiếu khí Nghiên cứu sử dụng phương pháp đổ đĩa để định lượng vi khuẩn hiếu khí môi trường nước thải theo phương pháp CFU (Hazan et al., 2012) b) Định lượng Coliform E.coli Đĩa Petrifilm E.coli/Coliform Count (EC) có chứa Violet Red Bile (VRB), chất gel tan nước lạnh, chất thị hoạt động glucuronidase chất thị giúp cho việc đếm khuẩn lạc dễ dàng 2.2.3 Hiệu suất loại thải chất dinh dưỡng nước thải Để đánh giá khả loại thải hữu vơ nhờ có mặt vi tảo nước thải thuỷ sản, thông số COD, BOD, T-N, T-P TSS đo thời điểm nước thải chuẩn bị thả tảo cuối trình ni tảo Các thơng số tính tốn theo phương trình (Nguyen, Tran, et al., 2018): 13 CHƯƠNG 3: K ẾT QUẢ VÀ THẢO L UẬN 3.1 Sinh tr ưởng vi tảo tr ong nước thải Vi tảo nuôi cấy cho vào môi trường nước thải trình bày phần phương pháp nghiên cứu với ba nồng độ tảo ban đầu khác 0,01 g/L, 0,02g/L, 0,03 g/L nhằm khảo sát biến thiên nồng độ tảo ảnh hưởng đến trình sinh trưởng vi sinh vật Sau 14 ngày tiến hành thí nghiệm, kết phát triển vi tảo C.vulgaris theo dõi thông qua thông số mật độ quang OD (Nguyen et al., 2014; Nguyen, Tran, et al., 2018) Kết qủa thể kết này, rõ ràng từ đồ thị thấy rằng, mẫu thí nghiệm với vi tảo nồng độ ban đầu 0,01 g/L cho tăng trưởng tế bào hiệu nồng độ khác mẫu đối chứng Sự sinh trưởng C.vulgaris nước thải thủy sản cho sinh khối cao với mẫu đối chứng mà có khả dễ thu hoạch cách tự động kết lắng xuống đáy bình phản ứng Đối với mẫu khác có mật độ ban đầu tế bào C.vulgaris cao 0,01 g/L, khả tăng trưởng thấp cạnh tranh nguồn dinh dưỡng tế bào trình phân chia tế bào (Mujtaba et al., 2012; Pruvost et al., 2011) 3.2 Sinh tr ưởng vi khuẩn 3.2.1 Vi khuẩn hiếu khí Cùng với việc theo dõi sinh trưởng vi tảo sau thả vào môi trường nước thải việc tiến hành thí nghiệm khảo sát sinh trưởng vi khuẩn hiếu khí q trình thí nghiệm theo dõi hàng ngày (hình 3.2) Vậy, với giảm dần số lượng vi khuẩn nước thải so với mơi trường đối chứng, ta nói tương quan đến hiệu suất xử lý cao vi khuẩn C.vulgaris 69,6%, 88,3% 75% tương ứng với nồng độ tảo 0,01 g/L, 0,02g/L, 0,03 g/L ngày thứ trình xử lý Vậy, so sánh với phát triển vi khuẩn hiếu khí nước thải đối chứng ta thấy rõ ràng phát triển vi khuẩn có tác động sinh khối vi tảo (Kim et al., 2011; Nguyen et al., 2018) 14 Hình 3.2 Đồ thị thể sống vi khuẩn hiếu khí nước thải thuỷ sản có mặt tế bào C.vulgaris nồng độ khác 3.2.2 Sinh trưởng Coliform Sự sinh trưởng Coliform q trình thí nghiệm trình bày Hình 3.3 Đồ thị Hình 3.3 thể tăng trưởng Coliforms theo ngày cho thấy thay đổi khác vi khuẩn q trình ni tảo ban đầu ảnh hưởng lên Số lượng vi khuẩn Coliforms ban đầu 4×103 CFU/mL Các vi khuẩn tăng trưởng nhanh từ ngày đầu q trình ni cấy Mức tăng đạt cao ngày thứ 7,4×103 CFU/mL, 9,1×103 CFU/mL 10,7×103 CFU/mL với ba nồng độ tảo tương ứng 0,01 g/L, 0,02 g/L, 0,03 g/L Sau vi khuẩn sụt giảm nhanh chóng ổn định từ ngày thứ cuối thí nghiệm Hiệu suất xử lý cao 81,25 %, 84,5%, 79,75% tương ứng với nồng độ tảo 0,01 g/L, 0,02g/L, 0,03 g/L đạt ngày thứ trình xử lý So sánh với phát triển Coliforms nước thải đối chứng ta thấy rõ ràng q trình ni tảo chịu ảnh hưởng phát triển vi khuẩn Hình 3.3 Sự sống Coliforms nước thải thuỷ sản có mặt tế bào C.vulgaris nồng độ khác 15 3.2.3 Sự sinh trưởng E.coli Sự sinh trưởng E.coli q trình thí nghiệm theo dõi hàng ngày biểu diễn Hình 3.4 Tương tự theo dõi biến thiên vi khuẩn hiểu khí Coliform, đồ thị Hình 3.4 thể tăng trưởng E.coli theo ngày cho thấy thay đổi khác vi khuẩn q trình ni tảo ban đầu ảnh hưởng lên Hiệu suất xử lý vi khuẩn vi tảo cao 90,6 %, 92,4%, 90,4% tương ứng với nồng độ tảo 0,01 g/L, 0,02g/L, 0,03 g/L đạt ngày thứ trình xử lý Hình 3.4 Sự sống E.coli nước thải thuỷ sản có mặt tế bào C.vulgaris nồng độ khác Tóm lại, cộng sinh vi tảo với vi khuẩn nước thải nói diễn cạnh tranh nguồn dinh dưỡng, vào giai đoạn đầu phân chia tế bào C.vulgaris, cộng đồng vi khuẩn nước thải đóng vai trò enzyme phân huỷ phân tử có kích thước lớn nước thải thành phân tử nhỏ hơn, để phân tử nhỏ dễ dàng qua thành tế bào tiến vào tế bào chất tham gia trình trao đổi chất (Cole, 1982) Nhiều nghiên cứu rằng, vi khuẩn sản xuất lớp EPS (Extracellular polymeric substance) lớp cao phân tử có tác dụng lớp màng nhầy kết nối vi tảo lại với tạo thành mảng lớn lực trọng lực, cac mảng lớn tự lắng xuống đáy cuả thiết bị nuôi cấy (Bossier & Ekasari, 2017; Nguyen et al., 2014; Nguyen, Le, et al., 2018) Điều thể giảm mạnh lượng vi khuẩn có nước thải tế bào vi tảo Gần hầu hết vi tảo nuôi nước thải nồng độ ban đầu khác tạo thành floc lắng xuống đáy bình tam giác, kết chụp SEM cho thấy vi khuẩn có mặt khối floc (Nguyen, Le, 16 et al., 2018) 3.3 Sự chuyển biến thông số nước thải thuỷ sản Dựa vào kết phát triển vi tảo số lượng vi khuẩn giảm sâu khỏi môi trường nước thải phần trên, thí nghiệm khảo sát loại thải chất ô nhiễm khỏi môi trường nước nuôi vi tảo thực cho nồng độ ban đẩu vi tảo cho sinh khối cao số lượng vi khuẩn lại môi trường nước thải Kết cho thấy với nồng độ ban đầu vi tảo 0,01 g/L đáp ứng yêu cầu đấy, thí nghiệm tính tốn hiệu suất loại thải chất hữu vô tiến hành nồng độ ban đầu vi tảo Kết biểu thị thông số COD, BOD, T-N T-P giảm dần ngày cuối nuôi cấy vi tảo nước thải thuỷ sản Hiệu suất loại thải chất hữu 90,2±1,55%; 90,02±2,4%, 81,66±1,7%, 76,84±2,7% %COD, %BOD, %T-N %T-P tương ứng Các kết thích hợp với kết nhiều nghiên cứu giới (Abdel-raouf, 2012; Ackerfors & Enell, 1994; Kurano & Miyachi, 2005; Ma et al., 2014) Tóm lại ni cấy vi tảo nước thải thuỷ sản tăng sinh khối mà làm giảm thiếu nhiễm chất hữu cơ/vơ có nước thải thuỷ sản, làm giảm áp lực nước thải trước thải khỏi nhà máy 17 K ẾT L UẬN VÀ K I ẾN NGHỊ K ết luận Với nội dung kết nghiên cứu trên, đề tài đạt mục tiêu đưa sau: Xây dựng mơ hình ni C.vulgaris môi trường nước thải thuỷ sản Kết luận vi khuẩn nước thải đóng vai trò thúc đẩy q trình phân chia tế bào làm tăng sinh khối vào giai đoạn phát triển vi tảo thúc đẩy trình tự kết lắng vi tảo sau rơi vào pha suy vong C.vulgaris tăng sinh khối so với môi trường Sueoka với nồng độ biomass lên đến 0,8 g/L Sự loại thải chất ô nhiễm nhờ nuôi vi tảo nước thải thể giảm giá trị thông số COD, BOD, T-N T-P tới 90,2±1,55%; 90,02±2,4%, 81,66±1,7%, 76,84±2,7% K iến nghị Đề tài cần phát triển thêm loài vi tảo khác nuôi nước thải thuỷ sản nhằm mục đích so sánh biomass thu lồi Các vi khuẩn có hại Coliforms, Vibrio, Samonella… cần khảo sát có ảnh hưởng đến sinh khối vi tảo hay không Các kết khối vi tảo hay gọi floc tạo thành từ kết lắng vi tảo cần nghiên cứu ứng dụng cho thức ăn nuôi thuỷ sản 18 TÀI L I ỆU THAM K HẢO Abdel-raouf, N (2012) Microalgae and wastewater treatment Saudi Journal of Biological Sciences, 19(3), 257–275 https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2012.04.005 ACKEFORS, H., & ENELL, M (1994) The Release of Nutrients and Organic-Matter from Aquaculture Systems in Nordic Countries Journal of Applied Ichthyology-Zeitschrift Fur Angewandte Ichthyologie, 10(4), 225–241 https://doi.org/10.1111/j.1439-0426.1994.tb00163.x Alcántara, C., Domínguez, J M., García, D., Blanco, S., Pérez, R., García-Encina, P A., & Moz, R (2015) Evaluation of wastewater treatment in a novel anoxic-aerobic algalbacterial photobioreactor with biomass recycling through carbon and nitrogen mass balances Bioresource Technology, 191, 173–186 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.04.125 Aravantinou, A F., Theodorakopoulos, M A., & Manariotis, I D (2013) Selection of microalgae for wastewater treatment and potential lipids production Bioresource Technology https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.08.024 Bossier, P., & Ekasari, J (2017) Biofloc technology application in aquaculture to support sustainable development goals Microbial Biotechnology, 10(5), 1012– 1016 https://doi.org/10.1111/1751-7915.12836 Cai, T., Park, S Y., & Li, Y (2013) Nutrient recovery from wastewater streams by microalgae : Status and prospects Renewable and Sustainable Energy Reviews, 19, 360–369 https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.030 Chisti, Y (2007) Biodiesel from microalgae Biotechnology Advances, 25, 294–306 https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2007.02.001 Cole, J J (1982) Interactions between bacteria and algae in aquatic ecosystems Ann Rev Ecol Syst, 291–314 Delgadillo-Mirquez, L., Lopes, F., Taidi, B., & Pareau, D 19 10 11 12 13 14 15 16 17 (2016) Nitrogen and phosphate removal from wastewater with a mixed microalgae and bacteria culture Biotechnology Reports, 11, 18–26 https://doi.org/10.1016/j.btre.2016.04.003 Gao, P., Chen, X., Shen, F., & Chen, G (2005) Removal of chromium(VI) from wastewater by combined electrocoagulation- electroflotation without a filter Separation and Purification Technology, 43(2), 117–123 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2004.10.008 Gaur, R., Gupta, V K., Sharma, G D., & Tuohy, M G (2016) The handbook of microbial bioresources https://doi.org/10.1079/9781780645216.0000 Grima, E M., Acie, F G., Medina, A R., & Chisti, Y (2003) Recovery of microalgal biomass and metabolites : process options and economics, 20, 491–515 Hazan, R., Que, Y A., Maura, D., & Rahme, L G (2012) A method for high throughput determination of viable bacteria cell counts in 96-well plates BMC Microbiology, 12(1), https://doi.org/10.1186/1471-2180-12-259 Huang, G H., Chen, F., Wei, D., Zhang, X W., & Chen, G (2010) Biodiesel production by microalgal biotechnology Applied Energy, 87(1), 38–46 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.06.016 Imasaka, T., Kawabata, Y., & Ishibashi, N (1981) Subnanosecond time-correlated photon counting spectroscopy with atmospheric pressure nitrogen laser pumped dye lasers Review of Scientific Instruments, 52(10), 1473–1477 https://doi.org/10.1063/1.1136478 Kim, D G., La, H J., Ahn, C Y., Park, Y H., & Oh, H M (2011) Harvest of Scenedesmus sp with bioflocculant and reuse of culture medium for subsequent high-density cultures Bioresource Technology, 102(3), 3163–3168 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.10.108 Kim, J., Liu, Z., Lee, J.-Y., & Lu, T (2013) Removal of 20 18 19 20 21 22 23 24 nitrogen and phosphorus from municipal wastewater effluent using Chlorella vulgaris and its growth kinetics Desalination and Water Treatment, 51(40–42), 7800–7806 https://doi.org/10.1080/19443994.2013.779938 Kurano, N., & Miyachi, S (2005) Selection of Microalgal Growth Model for Describing Specific Growth Rate-Light Response Using Extended Information Criterion, 100(4), 403–408 https://doi.org/10.1263/jbb.100.403 Lim, S L., Chu, W L., & Phang, S M (2010) Use of Chlorella vulgaris for bioremediation of textile wastewater Bioresource Technology, 101(19), 7314–7322 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.04.092 Ma, X., Zhou, W., Fu, Z., Cheng, Y., Min, M., Liu, Y., … Ruan, R (2014) Effect of wastewater-borne bacteria on algal growth and nutrients removal in wastewater-based algae cultivation system Bioresource Technology https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.05.087 Mata, T M., Martins, A A., & Caetano, N S (2010) Microalgae for biodiesel production and other applications: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(1), 217–232 https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.020 Mujtaba, G., Choi, W., Lee, C G., & Lee, K (2012) Lipid production by Chlorella vulgaris after a shift from nutrientrich to nitrogen starvation conditions Bioresource Technology, 123, 279–283 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.07.057 Ngô Quế Sương, Nguyễn Thị quý, Nguyễn Văn Hòa, Kết ban đầu nghiên cứu tảo lam cố định nitow, Tạp chí sinh học (1994); 16(3): 50-54 Nguyen, T D P., Frappart, M., Jaouen, P., Pruvost, J., & Bourseau, P (2014) Harvesting Chlorella vulgaris by natural increase in pH: effect of medium composition Environmental Technology https://doi.org/10.1080/09593330.2013.868531 21 25 Nguyen, T D P., Le, T V A., Show, P L., Nguyen, T T., Tran, M H., Tran, T N T., & Lee, S Y (2018) Bioflocculation formation of microalgae-bacteria in enhancing microalgae harvesting and nutrient removal from wastewater effluent Bioresource Technology, 272(October 2018), 34–39 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.146 26 Nguyen, T D P., Tran, T N T., Le, T V A., Nguyen Phan, T X., Show, P L., & Chia, S R (2018) Auto-flocculation through cultivation of Chlorella vulgaris in seafood wastewater discharge: Influence of culture conditions on microalgae growth and nutrient removal Journal of Bioscience and Bioengineering, xx(xx), 1–7 https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2018.09.004 27 Noie, J De, Lalibert, G., & Proulx, D (1992) Algae and waste water, 247–254 28 Pruvost, J., Van Vooren, G., Le Gouic, B., CouzinetMossion, A., & Legrand, J (2011) Systematic investigation of biomass and lipid productivity by microalgae in photobioreactors for biodiesel application Bioresource Technology, 102(1), 150–158 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.06.153 29 Rai, L C., Gaur, J P., & Kumar, H D (1981) Phycology and heavy-metal pollution Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society, 56(2), 99–151 https://doi.org/10.1111/j.1469-185X.1981.tb00345.x 30 Rivas, L., & Montes, M C (1993) Volume 15 No ( March 1993 ) pp 321-326 Received as revised 1st January 1950 ; T s a i , 1980 ) Xnoculma p r e p a r a t i o n Immobilization, 15(3), 321–326 31 Samorì, G., Samorì, C., Guerrini, F., & Pistocchi, R (2013) Growth and nitrogen removal capacity of Desmodesmus communis and of a natural microalgae consortium in a batch culture system in view of urban wastewater treatment: Part I Water Research, 47(2), 791–801 22 32 33 34 35 36 https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.11.006 Vonshak, A., Abeliovich, A., Boussiba, S., Arad, S., & Richmond, A (1982) Production of spirulina biomass: Effects of environmental factors and population density Biomass https://doi.org/10.1016/0144-4565(82)90028-2 Wang, L., Min, M., Li, Y., Chen, P., Chen, Y., Liu, Y., … Ruan, R (2010) Cultivation of green algae Chlorella sp in different wastewaters from municipal wastewater treatment plant Applied Biochemistry and Biotechnology, 162(4), 1174–1186 https://doi.org/10.1007/s12010-009-8866-7 Xu, H., Miao, X., & Wu, Q (2006) High quality biodiesel production from a microalga Chlorella protothecoides by heterotrophic growth in fermenters Journal of Biotechnology, 126(4), 499–507 https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2006.05.002 Y Shen, W Yuan, Z J Pei, Q Wu, & E Mao (2009) Microalgae Mass Production Methods Transactions of the ASABE, 52(4), 1275–1287 https://doi.org/10.13031/2013.27771 Yamamoto, M., Fujishita, M., Hirata, A., & Kawano, S (2004) Regeneration and maturation of daughter cell walls in the autospore-forming green alga Chlorella vulgaris (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) Journal of Plant Research, 117(4), 257–264 https://doi.org/10.1007/s10265004-0154-6 ... NGHĨA VI T NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng hệ vi sinh vật lên trình sinh trưởng vi tảo Chlorella vulgaris nước thải. .. đồng vi sinh vật nước thải thuỷ sản 1.2.1 Vi khuẩn nước thải 1.2.2 Quá trình phân hủy chất hữu nước thải vi khuẩn 1.3 Ứng dụng vi tảo xử lý nước thải 1.3.1 Tổng quan vi tảo. .. 12 để cung cấp ánh sáng cho vi tảo phát triển Quy trình xử lý nước thải vi tảo Nghiên cứu khảo sát phát triển hệ vi sinh vật trình xử lý nước thải vi tảo nồng độ vi tảo khác thực trước tiên Thí