Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô

Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào của tảo lam Spirulina

Tại Trung Quốc, năm 2009, nghiên cứu của trường Đại học Nanchang cũng đã chứng minh được khả năng xử lý nước thải đô thị rất hiệu quả của loài tảo Chlorella [47]. Mặc dù không có ty thể và mạng lưới nội chất song tế bào Spirulina vẫn có ribosom và một số thể vùi như các hạt polyphotphat, glycogen, phycocyanin, carboxysome và hạt mesosome.

Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina

Triển vọng sử dụng nước biển và nước lợ cho nuôi trồng đại trà Spirulina ở nước ta trong tương lai cũng đã được đề cập thông qua các nghiên cứu sử dụng nguồn nước biển để nuôi trồng tảo này cũng như ảnh hưởng của các nồng độ NaCl khác nhau lên các đặc điểm sinh lý, sinh hoá của tảo lam Spirulina cũng đã được tiến hành nghiên cứu [4]. Nghiên cứu tảo lam Spirulina của Nguyễn Thị Kim Hưng (Trung tâm Dinh dưỡng trẻ em TP. Hồ Chí Minh) và cộng sự với đề tài "Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị" đã đạt giải nhì trong hội thi sáng tạo kĩ thuật cấp thành phố năm 1998. Ngoài ra, các thử nghiệm nuôi trồng tảo này bằng nguồn nước thải ươm tơ tằm, nước thải của nhà máy phân đạm, nước thải từ hầm biogas….đã được triển khai, ngay cả các nguồn phế thải hữu cơ như rỉ đường, phế thải công nghiệp rượu bia cũng đã được thử nghiệm để nuôi trồng và thu sinh khối tảo này [23].

Nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm từ tảo Spirulina đã được thành lập với công nghệ nuôi tảo trên các bể nông xây bằng xi măng sử dụng khí CO2 của công nghệ tạo nguồn cacbon, nguồn CO2 trực tiếp lấy từ các nhà máy bia, cồn, rượu…nén hóa lỏng vào bình chứa. Tuy nhiên, giá thành xử lý sẽ cao do chi phí cho các thiết bị để lắp đặt, xây dựng hệ thống các bể xử lý nước thải lớn….Trong bối cảnh trên, nếu chúng ta tạo chọn được các chủng tảo lam Spirulina có khả năng tổng hợp cao các chất có hoạt tính sinh học (như chất dẻo sinh học) bằng các tác nhân vật lý như UV, tia phóng xạ có liều thấp, các chất gây đột biến nhân tạo cũng như các kỹ thuật di truyền và sau đó sử dụng chính các chủng tảo này để xử lý nước thải, đồng thời thu sinh khối tảo để khai thác các chất có hoạt tính sinh học là một. Việc kết hợp xử lý nước thải của các làng nghề truyền thống giàu tinh bột bằng VSV và tảo lam Spirulina kết hợp với việc tách chiết các chất có hoạt tính sinh học như chất dẻo sinh học từ sinh khối tảo sẽ làm giảm giá thành xử lý, có tính khả thi cao và có ý nghĩa cả về mặt khoa học và thực tiễn.

Giới thiệu về PHAs .1 Đặc điểm về cấu trúc

Dựa vào số lượng nguyên tử cacbon trong phân tử, PHAs có thể chia thành nhiều loại như: poly (3- hydroxylbutyrate) (PHB), poly (3-hydroxyvalerate) (PHV) và poly (3- hydroxylbutyrate-co-3-3-hydroxyvalerate) (PH-PV). Cấu trúc của gen mã hóa cho PHA synthase của 40 chủng vi khuẩn Gram dương, Gram âm và cả ở tảo lam đều đã được xác định như ở Rhodobacter eutropha, Azotobacter caviae, Rhodobacter sphaeroides… PHA synthase của vi khuẩn lam thuộc tuýp III, bao gồm 2 tiểu phân nhỏ: tiểu phần C (ký hiệu pha C) và tiểu phần E (ký hiệu pha E). Đến nay, rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng tổng hợp PHA của các chủng vi khuẩn như Bacillus spp., Alcaligenes spp., Pseudomonas spp., Aeromonas hydrophila, Rhodopseudomonas palustris, Escherichia coli, Burkholderia sacchari, Halomonas boliviensis, Halococcus saccharolyticus… đều đã được công bố trên thế giới [45, 50, 59, 69].

Trong nhóm PHA thì poly (3- hydroxybulyrate) (PHB) lẫn các copolyme của chúng như poly (3-hydroxybutyrate- co-3-hydroxyvalerate) có tầm quan trọng lớn và được tổng hợp nhiều nhất. Sự phân hủy của PHB đã được phát hiện thấy trong các tế bào máu của người, vì vậy có thể sử dụng PHB trong các mô của động vật có vú mà không lo ngại đến khả năng bị ngộ độc. Từ những năm 1980, hai loại PHAs là 3-hydroxybutyrate và 3- hydroxyvalerianacid đã được một công ty hóa chất lớn của Anh sản xuất trên thị trường với sản phẩm tên gọi là "Biopol".

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp xác định số lượng các nhóm VSV trong nước thải và trong bùn hoạt tính

Cho vào các ống nghiệm có chứa môi trường thích hợp cho sự tăng trưởng của đối tượng VSV cần định lượng một thể tích chính xác dung dịch mẫu ở 3 nồng độ pha loãng bậc 10 liên tiếp. Dựa vào kết quả biểu kiến chứng minh sự tăng trưởng của VSV cần kiểm định trong từng ống nghiệm, ghi nhận số lượng các ống nghiệm dương tính ở từng độ pha loãng. Khi đó vi khuẩn yếm khí mọc thành các khuẩn lạc nhỏ, màu trắng nằm rải rác trong thạch, ngoài ra, có khả năng một số mẫu có mặt các vi khuẩn sinh metan làm cho thạch bị nứt, đứt đoạn nhiều nơi.

Mẫu nước thải sản xuất bún ở cống chung cuối làng được lấy về, sau khi kiểm tra và điều chỉnh pH về giá trị trung tính, để lắng khoảng 1 ngày, nước thải được chia làm năm phần bằng nhau và cho vào 5 bình tam giác dung tích 500ml. Các bước được tiến hành tương tự như phần xác định nồng độ N tối ưu: Nước thải sau khi đã để lắng, bổ sung bùn hoạt tính và phân đạm theo tỷ lệ tối ưu như đã xác định ở phần trên vào. Ở từng công đoạn xử lý: trước khi có sục khí, sau thời gian sục khí có bổ sung bùn hoạt tính và sau khi nuôi tảo đều tiến hành xác định cả bốn thông số COD, BOD5, Nts, Pts.

Kết quả đánh giá hiện trạng và đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại làng bún Phú Đô

Ghi chú: QCVN 24:2009/BTNMT, loại B: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp năm 2009, áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Kết quả chỉ ra trên bảng 6 cho thấy nước thải sau các thời gian lắng khác nhau tuy không có mặt của xạ khuẩn song vẫn có thành phần VSV khá phong phú, gồm đầy đủ các loại vi khuẩn, nấm men, nấm mốc. Sự không có mặt của xạ khuẩn trong nước thải để lắng theo các thời gian khác nhau có thể được lý giải do xạ khuẩn vốn là loài VSV hiếu khí và phân bố chủ yếu trong đất, trong nước thải chúng tồn tại với số lượng rất ít; quá trình tự làm sạch của nước thải chủ yếu là do vi khuẩn, một số ít nấm men và nấm mốc, đặc biệt là vi khuẩn [16, 25].

Nguyên nhân có thể được giải thích là do khi được nuôi tạo trong điều kiện bổ sung thêm chất dinh dưỡng và lắc trên máy lắc trong vòng 24 giờ, chúng tôi đã làm giàu được loại VSV hiếu khí vốn phân bố trong nước thải với số lượng rất ít này. Sau đó tiến hành xác định lượng VSV phân giải tinh bột hiếu khí tổng số có trong nước thải (vì VSV phân giải tinh bột tổng số tỷ lệ nghịch với hàm lượng COD trong nước thải). Sau đó chúng tôi cũng tiến hành xác định lượng VSV phân giải tinh bột hiếu khí tổng số có trong nước thải trong tất cả các công thức thí nghiệm được bổ sung nguồn phân lân khác nhau.

Kết quả xác định thời gian sục tối ưu đối với nước thải

Do vậy, chúng tôi tiến hành bổ sung lượng phân lân tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bún là 80 mg/l trong các thí nghiệm tiếp theo. Do vậy, chúng tôi chọn thời gian sục khí tối ưu cho xử lý nước thải sản xuất bún được lấy tại cống chung cuối làng là 16 giờ.