vulgaris trong nước thải
Để xác định tiềm năng của việc ứng dụng tảo C.vulgaris trong nước thải tiến hành thử nghiệm nuôi tảo trong môi trường BBM và nước thải, theo dõi sinh trưởng và phát triển của tảo trong 14 ngày (thí nghiệm 1).
a. Khả năng sinh trưởng của tảo Chlorella vulgaris trong hệ thống bioreactor
Nồng độ diệp lục tố nhóm a (chlorophyll-a) thể hiện mức độ sinh trưởng của tảo lục trong khi mật độ tế bào thể hiện sự phát triển (hoặc sinh sản) của quẩn thể. Nhận thấy cả nồng độ diệp lục và mật độ tảo trong 02 công thức đều tăng lên đáng kể trong giai đoạn đầu sau đó suy giảm, trong khi ở mẫu đối chứng không thấy xuất hiện chlorophyll-a. Theo đó, đường cong sinh trưởng của tảo thể hiện trong Hình 4.1 phân ra bốn giai đoạn: thích nghi, tăng trưởng, ổn định và suy thoái.
Giai đoạn thích nghi tương đối ngắn (dưới 24 giờ) do tảo đưa vào môi trường đang ở giai đoan trưởng thành, đồng thời do khả năng thích nghi của tảo
C.vulgaris tốt, tốc độ sinh sản nhanh. Điều này cũng có thể cho thấy nước thải sau bể tự hoại không gây ngộ độc hoặc ức chế sinh trưởng của C.vulgaris.
Giai đoạn tăng trưởng kéo dài 8 ngày trong môi trường BBM và 9-10 ngày trong nước thải. Trong môi trường BBM, tảo sinh trưởng nhanh trong khoảng từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 8 đạt đỉnh tại 2,8.106 TB/ml. Trong nước thải, tảo sinh trưởng nhanh trong khoảng từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 10 đạt đỉnh tại 7.106
TB/ml. Như vậy, trong nước thải thời gian tăng trưởng kéo dài hơn; mật độ tảo và chlorophyll a tại đỉnh đều cao hơn gấp 2 đến 6 lần so với môi trường dinh dưỡng BBM (tại mức ý nghĩa p < 0,05). Điều này có thể do nồng độ dinh dưỡng N và P trong nước thải cao hơn đáng kể so với môi trường BBM.
Ngoài ra trong giai đoạn này, các thông số môi trường như nhiệt độ, pH, DO có sự thay đổi đáng kể. Nhiệt độ nước thải và môi trường BBM đều tăng đáng kể so với ban đầu (từ 18oC lên 23±3,5oC), kể cả mẫu đối chứng do khả năng hấp thụ nhiệt của chất rắn lơ lửng và tảo. pH môi trường tăng đáng kể từ 6,8 lên 8,9 (đối với BBM) và từ 6,2 lên 8,7 (đối với nước thải) trong công thức có tảo; trong khi đó ở mẫu đối chứng pH chỉ dao động trong khoảng 6,2-6,3. Điều này có thể do sự tiêu thụ CO2 trong nước do tảo (Wang và Lan, 2011). DO tăng từ 0,2 lên đến 5,4 mg/l trong CT1.2 (nước thải), và tăng từ 2,3 lên 5,7 mg/l trong CT1.1 (BBM) tuy nhiên trong CT1.0 (đối chứng) luôn luôn thấp hơn 0,87 mg/l. Các biểu hiện này góp phần chứng minh hoạt động của tảo trong giai đoạn tăng trưởng
Giai đoạn ổn định tương đối ngắn (1-4 ngày) đối với cả môi trường BBM và nước thải, tại đó mật độ tảo nằm trong khoảng 3.106 đến 7.106 TB/ml, điều này làm giảm khả năng xuyên của ánh sáng dẫn tới cường độ ánh sáng đo được trong dung dịch chỉ đạt 500-1200lux. Mặt khác, sau quá trình bùng nổ tảo, dinh dưỡng hòa tan suy giảm nhanh chóng dẫn tới hiện tượng thiếu dinh dưỡng cục bộ khiến nhiều tế bào tảo bị chết.
Giai đoạn suy thoái bắt đầu từ ngày thứ 9 đối với BBM và từ ngày thứ 10 đối với nước thải do hệ quả của các yếu tố đã trình bày ở trên. Tại đây, mật độ tảo giảm từ 7.106 xuống còn 1,1.106 TB/ml trong nước thải và giảm từ 2,8.106 xuống còn 0,8.103 TB/ml trong môi trường BBM. Ngoài ra, pH giảm trở lại 7,3 đối với BBM và 6,9 đối với nước thải cũng cho thấy sự phục hồi CO2 từ hoạt động phân hủy xác tảo; đồng thời với đó DO cũng có sự suy giảm không đáng kể cho thấy mức độ quang hợp giảm. Tại đây do sinh khối tảo tại đỉnh sinh trưởng lớn hơn
nên khả năng tái giải phóng dinh dưỡng từ tảo trong nước thải cũng lớn hơn trong môi trường. Ngoài ra, trong nước thải còn chứa nhiều chất hữu cơ và vi sinh vật hoại sinh, do đó trong giai đoạn này, ở CT1.2 không có hiện tượng suy kiệt quần thể tảo C.vulgaris như trong công thức CT1.1.
Sự khác nhau trong các pha sinh trưỡng giữa hai công thức có bổ sung tảo cho thấy những lợi ích của việc sử dụng nước thải so với môi trường nhân tạo như sau: Thứ nhất, nước thải giàu dinh dưỡng N và P cả dạng hòa tan và tổng số, cao gấp 3-16 lần so với BBM (trừ NO3-). Thứ hai, nước thải chứa chất hữu cơ dễ phân hủy (thể hiện thông qua nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 = 178,67 ± 61,37 mg/l) là nguồn dự trữ và cung cấp chất dinh dưỡng thông qua cơ chế phân hủy của vi sinh vật (Bảng 4.1). Quá trình này đồng thời cũng cung cấp CO2 với mức độ lớn để bù đắp sự thiếu hụt CO2 trong quá trình quang hợp của tảo. Ngoài ra, tảo lục
Chlorella và Scendesmus có khả năng chuyển từ dị dưỡng sang tự dưỡng khi nguồn cacbon thay đổi (Becker, 2004), chúng chiếm khoảng 25-50% nhu cầu C của tảo, thay thế một phần CO2.
Bảng 4.1. Tính chất nước thải nghiên cứu
Thông số Đơn vị Giá trị
pH - 6,1 ± 0,4 Nhiệt độ oC 28,4 ± 2,9 Chất rắn lơ lửng mg/l 89,6 ± 26,4 Photphat mg/l 14,67 ± 2,68 Nitrat mg/l 0,47 ± 0,07 Amoni mg/l 31,23 ± 4,86 Tổng Nitơ mg/l 74,3 ± 25,6 Tổng Phốtpho mg/l 15,9 ± 12,0 BOD5 mg/l 178,6 ± 61,4 Tỷ lệ N/P 1,99 ± 0,01