Tương tự như kết quả kiểm chứng về khả năng sinh trưởng, diễn biến nồng độ dinh dưỡng N trong hệ thống HRAPs cũng được mô phỏng tương đối chính xác. Mơ hình đã mơ phỏng đúng sự tiêu thụ dinh dưỡng một cách hạn chế trong điều kiện ánh sáng tự nhiên (do cường độ ánh sáng yếu). Kết quả đo đạc thực tế cho nồng độ N tại các ngày cuối thấp hơn mô phỏng (120,2 mg/l so với 122,3 mg/l) tuy nhiên không đáng kể. Trong điều kiện ánh sáng nhân tạo, kết quả từ mơ hình tuy đã mơ phỏng đúng về xu hướng thay đổi của nồng độ N nhưng kết quả đã có sự sai lệch so với đo đạc thực tế (theo từng ngày), đặc biệt đối với giai đoạn sinh trưởng và cân bằng. Kết thúc thí nghiệm nồng độ N theo mơ phỏng duy trì ổn định khoảng 20 mg/l, trong khi đó kết quả đo đạc thực tế nồng độ N vẫn trên 30 mg/l và cịn có xu hướng tăng nhẹ (nguyên nhân có thể do bị ảnh hưởng bởi q trình phân hủy xác tảo).
Tính chính xác của mơ hình cịn được kiểm chứng thông qua chỉ số RMSE. Đây là chỉ số được tính tốn dựa trên sự khác biệt giữa kết quả dự đốn hoặc mơ phỏng của mơ hình và giá trị quan sát từ hệ thống thực hoặc giá trị tham chiếu:
RMSE =
Trong đó, x1,i - x2,i là sự khác biệt giữa biến i từ kết quả của nguồn số liệu thứ 1 (kết quả chạy mơ hình) và nguồn số liệu thứ 2 (từ quan sát thực tế hoặc giá trị thông số), n là tổng số các biến.
Bảng 4.6. Tính tốn giá trị RMSE giữa kết quả chạy mơ hình và kết quả đo
Điều kiện Thông số RMSE
Ánh sáng nhân tạo Nồng độ sinh khối tảo 0.09577
Nồng độ dinh dưỡng N 0.25729
Ánh sáng tự nhiên Nồng độ sinh khối tảo 0.02286
Nồng độ dinh dưỡng N 0.20768
Qua bảng số liệu về RMSE, ta thấy sự sai khác giữa số liệu mô phỏng và kết quả thực đo không lớn với giá trị RMSE được thể hiện ở bảng trên. Giá trị RMSEcàng tiến gần về 0 thì sự mơ phỏng của mơ hình càng chính xác. Điều này cho thấy kết quả của mơ hình tốn đã tương đối gần so với đo đạc thực tế.
Theo kết quả phân tích độ nhạy của thơng số, ta thấy thơng số có độ nhạy cao là các thông số tốc độ sinh trưởng tối đa và tốc độ tăng trưởng suy giảm do hô hấp (Bảng 4.7) với giá trị lần lượt là 5.3 và 1.09 ngày-1. Các thông số này khá phù hợp với kết quả nghiên cứu trước đó về lồi tảo Chlorella vulgaris.
Bảng 4.7. Thơng số của mơ hình
Thơng số Giá trị Đơn vị Nguồn
5.1 Ngày-1 Hiệu chỉnh 1.09 Ngày-1 Hiệu chỉnh Ks 28 µmolm-2s-1 Huesemann(2013) Ki 9000 µmolm-2s-1 Hiệu chỉnh Kabs 0.157 m2/g Gharagozloo(2014) KCO2 0.028 g/m3 Gharagozloo(2014) KN 19.4 mg/dm3 Hiệu chỉnh
68
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. KẾT LUẬN 5.1. KẾT LUẬN
1.Tại hệ thống biorector, tảo C.vulgaris sinh trưởng trong nước thải tốt
hơn trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo BBM do pha sinh trưởng dài hơn, đạt mật độ cực đại cao hơn (6,9.106 so với 2,8.106 TB/ml) và khơng có hiện tượng suy kiệt quần thể sau 14 ngày.. Hiệu quả xử lý N và P bởi tảo đạt 85-89% bao gồm cả dạng vô cơ và hữu cơ, đồng thời kết hợp với vi sinh vật có sẵn trong nước thải giúp loại bỏ 82% hữu cơ.
2. Nồng độ N và P ảnh hưởng đáng kể tới sự gia tăng mật độ của tảo
C.vulgaris (đặc biệt là P), trong đó tỷ lệ dinh dưỡng N:P là nhân tố quyết định.
Tảo C.vulgaris sinh trưởng tốt tại tỷ lệ 5:1 và 16:1 gần với đặc điểm tự nhiên của tế bào tảo và của nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại. Khi sử dụng đèn led ở điều kiện chiếu sáng nhân tạo, sinh trưởng của tảo tốt hơn đáng kể ở ánh sáng trắng (0,395 – 0,750 nm) và ánh sáng đỏ (0,650 – 0,750 nm).
3. Kết quả thử nghiệm trong điều kiện ánh sáng tự nhiên mùa xuân (tháng 3-4), C.vulgaris phát triển không tốt, hệ thống HRAPs chưa đạt được hiệu quả
mong muốn về mật độ tảo. Tăng cường độ ánh sáng bằng đèn huỳnh quang, tảo
C.vulgaris phát triển tốt, mật độ tảo đạt cực đại 4,4.106 tế bào/ml, tăng trên 10 lần so với mật độ ban đầu. Hiệu quả loại bỏ COD đạt 88,9%; NH4+ đạt 94,6 %; PO43- đạt 95,1%; TN 87,55 % và TP 76,9 %; đạt quy chuẩn xả thải tại sau 6 ngày vận hành.
4. Kết quả mô phỏng bằng mơ hình tốn đối với sinh khối tảo và sự suy giảm dinh dưỡng N tương đối chính xác so với thực nghiệm, giá trị kiểm chứng RMSE thấp và xu hướng thay đổi các thông số phù hợp với thực tế.
5.2. KIẾN NGHỊ
Do thí nghiệm địi hỏi khối lượng công việc lớn nhưng thời gian nghiên cứu có hạn nên tơi đề xuất một số kiến nghị nhằm giúp hoàn thiện hơn cho đề tài nghiên cứu này như sau:
Đối với nghiên cứu thực nghiệm:
-Hạn chế của ánh sáng tự nhiên trong nghiên cứu đã được đề cập đến, tuy nhiên thời điểm nghiên cứu tiến hành trong mùa đông với cường độ ánh sáng thấp và thiếu ổn định nên dẫn tới hiệu quả của hệ thống HRAPs chưa được như
mong muốn. Tuy nhiên, nguồn năng lượng tự nhiên này hồn tồn có thể tận dụng để tiết kiệm điện năng nếu nghiên cứu vào mùa hè (cường độ ánh sáng mạnh).
-Hiệu quả của hệ thống HRAPs chỉ thể hiện trong việc loại bỏ các thông số dinh dưỡng N và P, và một phần nào đó là chất hữu cơ, khơng có ý nghĩa nhiều trong việc loại bỏ TSS, coliform, clo hay kim loại nặng. Do vậy HRAPs chỉ là một hợp phần trong toàn bộ hệ thống xử lý nước thải. Từ đó nên có những nghiên cứu chuyên sâu hơn nhằm kết hợp giữa HRAPs với các hệ thống xử lý khác để hồn thiện quy trình xử lý.
-Cần tiến hành nâng cấp và hoàn thiện hệ thống theo hướng xử lý liên tục có tuần hồn.
-Trong nghiên cứu chưa bàn luận đến cách thức thu hồi sinh khối tảo sau xử lý. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chưa xem xét đến sự tích lũy kim loại nặng trong sinh khối tảo để đưa hướng tận thu nguồn sinh khối này một cách phù hợp.
Đối với mơ phỏng bằng mơ hình tốn:
-Cải tiến mơ hình tốn, đưa thêm các hệ số thực nghiệm vào mơ hình để hiệu chỉnh sát với thực tế.
- Mô phỏng sự thay đổi của các yếu tố khác như dinh dưỡng P, hàm lượng DO, CO2 ...
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014), Báo cáo môi trường quốc gia 2014 – Môi
trường nông thôn. NXB Tài nguyên, Môi trường và Bản đồ Việt Nam, Hà Nội.
2. Dương Thị Hoàng Oanh, Vũ Ngọc Út, Nguyễn Thị Kim Liên, (2011). Nghiên cứu
khả năng xử lý nước thải của tảo Spirulina platensis. Kỷ yếu Hội nghị khoa học
thủy sản lần 4 : 15-27. Trường Đại học Cần Thơ.
3. Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nito, photpho, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội.
4. Nguyễn Lân Dũng, P.V.T., Dương Đức Tiến (1980). Giáo trình Vi sinh vật học. 219: tr. 55.
5. Nguyễn Thị Thanh Xuân. Thành viên: Đặng Kim Hoàng, Nguyễn Hoàng Minh, Nguyễn Ngọc Tuân (2012). Nghiên cứu tối ưu điều kiện nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. Mã số: Đ2012 – 02 – 46.
6. Trần Đình Toại và Châu Văn Minh (2005). Rong biển được liệu Việt Nam. NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội.
7. Trần Thị Thanh Hiền và cs. (2000). Bài giảng Kỹ thuật nuôi thức ăn tự nhiên. Ðại học Cần Thơ.
8. Trần Văn Vĩ (1995). Thức ăn tự nhiên. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội 9. Trương Văn Lung (2014). Công nghệ sinh học một số loài tảo kinh tế. Nhà xuất
bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội. tr. 7-10.
10. Trương Vĩnh và Nguyễn Thanh Hoà (2009). Sản xuất biodiesel từ tảo biển tại Đại
Học Nông Lâm TP HCM và triển vọng ứng dụng tại Việt Nam (Production of biodiesel from microalgae at Nong Lam Unicersity and prospects for application in Viet nam) . Khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp, 3:2009’ pp.52-60.
11. Hồ Quốc Phong, Trần Đông Âu, Trần Sương Ngọc, Huỳnh Thị Ngọc Hiền, Huỳnh Liên Hương, Nguyễn Trọng Tuân (2014). Sản xuất chất béo từ vi tảo Chlorella sp. Sử dụng tổng hợp diesel sinh học. Tạp chí Khoa học Trường Đại
học Cần Thơ (35). tr. 1-8
12. Võ Thị Kiều Thanh, Nguyễn Duy Tân, Vũ Thị Lan Anh, Phùng Huy Huấn (2012).
Ứng dụng tảo Chlorella sp. và Daphnia sp. lọc chất thải hữu cơ trong xử lý nước thải từ quá trình chăn nuôi lơn sau xử lý bằng UASB. Tạp chí sinh học (34).
tr 145 – 153.
Tiếng Anh:
13. Azov Y., Shelef G. (1987). The effect of pH on the performance of the high-rate
oxidation ponds. Water Sci. Technol. 1987;19(12). pp. 381–383.
14. Becker W (2004). Microalgae for aquaculture. The nutritional value of
microalgae for aquaculture, In Richmond, A. (ed.), Handbook of microalgal
culture. Blackwell, Oxford. pp. 380–391.
15. Bold, H.C. and Wynne, M.J. (1978): Introduction to the Algae. Structure and
Reproduction. Englewood Cliffs. New Jersey, Prentice-Hall, xiv+706 p.
16. Christopher A. Klausmeier, Elena Litchman (2014). Phytoplankton growth and stoichiometry under multiple nutrient limitation. Limnol. Oceanogr., 49(4, part 2).
pp. 1463–147.
17. Colak O., Kaya Z (1988). A study on the possibilities of biological wastewater treatment using algae. Doga Biyolji Serisi.1988;12(1). pp. 18–29.
18. Craggs và cs. (2012), Hectare-scale demonstration of high rate algal ponds for enhanced wastewater treatment and biofuel production.
19. Darley W.M. Algal Biology (1982); A physiological Approach. vol. 9. Blackwell Scientific Publications; Oxford. (Basic Microbiology).
20. Donna L. Sutherland & Clive Howard-Williams & Matthew H.Turnbull & Paul A. Broady & Rupert J. Craggs( 2014), Seasonal variation in light utilisation, biomass production and nutrient removal by wastewater microalgae in a full- scale high-rate algal pond, J Appl Phycol (2014) 26. pp. 1317–1329.
21. Evonne P.Y., Tang Polar (1997). Cyanobacteria versus green algae for tertiary wastewater treatment in cool climates. J. Appl. Phycol.1997;9. pp. 371–381.
22. Farooq ahmad, Amin U.Khan and Abdullah Yasar (2013), The potential of chlorella vulgaris for wastewater treatment and biodiesel production, Pak.J.Bot.,
45(Sl). pp. 461-465.
23. Fogg G.E. second ed. The university of Wisconsin Press; Wisconsin (1975).
Algal Cultures and Phytoplankton Ecology. 175p.
24. Gale N.L (1886). The role of algae and other microorganisms in metal detoxification and environmental clean-up. Biotechnol. Bioeng. Symp. 1986;16.
pp. 171–180.
25. Garbisu C., Hall D.O., Liama M.J., Serra J.L (1994). Inorganic nitrogen and phosphate removal from water by free-living and polyvinyl- immobilized Phormidium laminosum in batch and continuous-flow bioreactors. Enzyme Microb. Technol. 1994;16. pp. 395–401.
26. Geider RJ, Roche JL (2002). Redfield revisited: variability ofC:N: P in marine microalgae and its biochemical basis. Eur J Phycol 37. pp. 1–17.
72
27. Hala Yassin El-Kassas, Laila Abdelfattah Mohamed (2014). Bioremediation of the
textile waste effluent by Chlorella vulgaris, Egyptian Journal of Aquatic Research.
28. Hee Jeong Choi & Seung Mok Lee (2014) Effect of the N/P ratio on b
productivity and nutrient r municipal wastewater.
29. J. Garc´ıa, R. Mujeriego1 & M. Hern´andez-Marin´e (2013). High rate algal pond operating strategies for urban wastewater nitrogen Removal,Journal of
Applied Phycology 12. pp. 331–339; 2000.
30. J.B.K. Park a, R.J. Craggs a, A.N. Shilton b,(2011). Wastewater treatment high rate
algal ponds for biofuel production, Bioresource Technology:102 (2011) 35–42.
31. Klausmeier CA, Litchman E, Daufresne T, Levin SA (2004) Optimal nitrogen-to- phosphorus stoichiometry of phytoplankton. Nature 429. pp. 171–174.
32. Kong QX, Li L, Martinez B, Chen P, Ruan R (2010). Culture ofmicroalgae Chlamydomonas reinhardtii in wastewater for biomass feedstock production.
Appl Biochem Biotechnol 160. pp. 9–18.
33. Kumar MS, Miao ZHH, Wyatt SK (2010) Influence of nutrient loads, feeding frequency and inoculumsource on growth of Chlorella vulgaris in digested piggery effluent culture medium. Bioresour Technol 101. pp. 6012–6018.
34. Lau P.S., Tam N.F.Y., Wang Y.S. (1995). Effect of algal density on nutrient removal from primary settled wastewater. Environ. Pollut.89. pp. 56–66p.
35. Liang Wang, Min Min, Yecong Li, Paul Chen, Yifeng Chen, Yuhuan Liu, Yingkuan Wang, Roger Ruan (2010). Cultivation of Green Algae Chlorella sp. in
Different Wastewaters from Municipal Wastewater Treatment Plant. Appl
Biochem Biotechnol (162). pp. 1174–1186.
36. Malina J.F., Yousef Y.A (1964). The fate of Coliform organisms in waste stabilization pond. J. Water Pollut. Control Fed. 1964;36. pp. 1432–1442.
37. Meron A., Rebhum M., Sless B (1965). Quality changes as a function of detention
time in wastewater stabilization ponds. J. Water Pollut. Control Fed. 1965. pp.
37:1660.
38. N.Abdel-Raouf, A.A. Al-Homaidan, I.B.M. Ibraheem (2012). Microalgae and wastewater treatment. Saudi Journal of Biological Sciences 25 – 27.
39. N. Mohan, P. Hanumantha Rao, R. Ranjith Kumar, S. Sivasankaran and V. Sivasubramanian (2009) Studies on mass cultivation of Chlorella vulgaris and effective harvesting of bio - mass by low - cost methods. J. Algal Biomass Utln. 1
(1). pp. 29 – 39.
40. Oswald, W.J. and Gotass, H.B. (1957). Photosynthesis in sewage treatment.
Transcripts of the American Society of Civil Engineers 122. pp. 73-105.
41. Palmer C.M. (1974). Algae in american sewage stabilization’s ponds. Rev.
Microbiol. (S-Paulo). 5. pp. 75–80p.
42. Parhad N.M., Rao N.U (1976). Decrease of bacterial content in different types of
stabilization ponds. Ind. J. Environ. Health. 1976;18. pp. 33–46.
43. Pichai, R., Govindan, V. S., (1980). Studies on algal fish biomass productivity in
primary and secondary ponds. In: Proceedings of the national workshop on algal
systems. Indian
44. Soeder C.J., Payer H.D., Runkel K.H., Beine J., Briele E (1978). Sorption and concentration of toxic minerals by mass cultures of Chlorococcales. Mitt. Internat.
Verein. Limnol. 1978;21. pp. 575–584.
45. R Craggs, J Park, S Heubeck & D Sutherland (2014). High rate algal pond
systems for low-energy wastewater treatment,nutrient recovery and energy
production, ISSN: 0028-825X.
46. Rothrock, M.J., K.L. Hiett, B.H. Kiepper, K.D. Ingram and A. Hinton, Jr., (2013).
Quantification of zoonotic bacterial pathogens within commercial poultry processing water samples using droplet digital PCR: a comparison to the cultural and molecular quantification “gold standards”. Advances in Microbiology 3(5).
pp. 403-411.
47. Talbot P., Lencki R.W., De la Noüe J. (1990). Carbon dioxide absorption characterization of a bioreactor for biomass production of Phormidium bohneri: a comparative study of three types of diffuser. J. Appl. Phycol. 2. pp. 341–350.
48. Tom van Arragon (2012). Development of an effective process model for algae growth in photobioreactors, Delft University of Technology.
49. N.Abdel-Raouf, A.A Al-Homaidan, I.B.M Ibraheen (2012). Microalgae and waste water treatment; Saudi Journal of Biological Sciences.
50. Soeder C.J., Payer H.D., Runkel K.H., Beine J., Briele E (1878). Sorption and concentration of toxic minerals by mass cultures of Chlorococcales. Mitt. Internat.
74
PHỤ LỤC
76
Phụ lục 2. Hệ thống Bioreactor và bố trí thí nghiệm
Hình P2.1. Bố trí thí nghiệm với ánh sáng xanh lục
Hình P2.2. Bố trí thí nghiệm với ánh sáng đỏ
Hình P2.3. Bố trí thí nghiệm với ánh sáng xanh lam
78
Phụ lục 3. Hệ thống HRAPs và bố trí thí nghiệm
Hình P3.1. Bố trí thí nghiệm hệ thống HRAPs với ánh sáng tự nhiên
Hình P3.2. Bố trí thí nghiệm hệ thống HRAPs với ánh sáng nhân tạo