CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI TẢO CHLORELLA VULGARIS VÀ
1.2.3. Sự kết hợp của vi tảo và vi khuẩn trong hạt alginate
Tảo đơn bào sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên sinh khối tế bào từ CO2 và nước bởi việc kết hợp Cacbon (C) với Nitơ (N) và
17
Phốtpho (P) tại các tỷ lệ tương đối ổn định. Quá trình quang hợp của tảo diễn ra như sau:
CO2 + NH4+ + PO43- ánh sáng tế bào tảo mới (tăng sinh khối) + O2 Các khí oxy phân tử sinh ra làm giàu thêm hàm lượng oxy hịa tan trong nước, tạo điều kiện thuận lợi giúp vi khuẩn hiếu khí phát triển và thúc đẩy các phản ứng oxy hĩa - khử trong q trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ xảy ra nhanh hơn (Singh et al., 1999). Cơng thức cân bằng hĩa học cho các yếu tố phổ biến nhất trong một tế bào tảo trung bình là (C106H18)45N16P. Sự tăng trưởng tối ưu của tảo địi hỏi sự cân bằng của các yếu tố này với tỷ lệ trên trong mơi trường nuơi cấy. Để tảo tăng trưởng tối ưu, mơi trường nuơi cấy cũng phải bổ sung đầy đủ dinh dưỡng. Chúng bao gồm một số chất dinh dưỡng như cacbon, nitơ, phốtpho, lưu huỳnh và kali; một số nguyên tố vi lượng như Co, Mo, Mn, vitamin.
Các cơng trình nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng vượt trội của
C. vulgaris trong việc cố định tới 74% carbon dioxide khi nuơi trong lị phản ứng quan sinh học (Keffer JE, 2002) hấp thụ 45% - 97% nitơ, 28% - 96% phốtpho, giảm COD xuống 61%-86% từ các loại nước thải khác nhau như dệt, nước thải, đơ thị, nơng nghiệp (Aslan S, 2006), (Yun et al., 1997).
Nuơi cấy vi khuẩn A. brasilense kết hợp với vi tảo dưới điều kiện nuơi cấy tổng hợp nước thải bán liên tục làm tăng đáng kể việc loại bỏ ion amoni và phốtpho hịa tan vì chúng làm tăng khả năng sinh trưởng và phát triển của tảo. Sự phát triển của vi tảo - vi khuẩn tiên tiến cĩ thể phục vụ như một cơng cụ trong việc tạo ra các phương pháp xử lý nước thải mới lạ (de-Bashan LE et al., 2002). Một trong số đĩ là kết hợp chúng và cố định trong hạt alginate.
Alginate - là một loại polymer sinh học biển được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881), cĩ trọng lượng phân tử từ 32000 - 200000.
18
Nguồn Alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và gian bào của tảo nâu ở biển (thuộc họ Rhaeophyceae), tảo bẹ Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum và các loại Lamminaria nhưng nhiều nhất là tảo
nâu, ở dưới dạng muối Alginate. Đây là loại polymer cĩ tính chất acid yếu, khơng màu, khơng mùi, cĩ khả năng tạo gel khi cĩ mặt Ca2+ và acid. Cĩ thể tạo gel ở pH < 4 thường dùng kết hợp với pectin, Ca2+ cĩ vai trị như cầu nối nên gel này khơng thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi. Alginate hoặc hỗn hợp chứa alginate được nhúng hoặc phun dung dịch Ca2+.
Trong phịng thí nghiệm Sodium alginate nĩ được sử dụng như một vật liệu để bất động vi sinh vật bởi sự tương thích sinh học, khơng độc hại, khơng gây miễn dịch và cĩ khả năng phân hủy sinh học (Yang et al., 2011).
Hiệu suất của C. vulgaris trong nước thải tổng hợp đã được cải thiện khi được đồng hĩa trong hạt Alginate với vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng vi tảo và loại bỏ 100% amonium (NH4) trong bốn chu kỳ liên tiếp 48 giờ và 83% phốtpho sau một chu kỳ 48h (Brennan L, 2010). Do đĩ,
C. vulgaris được coi là một trong những vi tảo tốt nhất để xử lý nước thải sinh học cĩ tiềm năng ấn tượng để loại bỏ hồn tồn amoni và cịn cĩ tiềm năng khiêm tốn để loại bỏ phốtpho cĩ trong mơi trường (de- Bashan LE et al., 2002).
Chính vì vậy khi muốn thiết lập các quần thể vi tảo lớn trong mơi trường nước người ta thường sử dụng vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPB) của chi Azospirillum như một phương tiện tăng sinh khối vi tảo trong mơi trường hạn chế và cải thiện khả năng làm sạch nước thải (Y-Bashan, 1986). Vi khuẩn Azospirillum cho thấy con đường tiềm năng ứng dụng trong tương lai như một vi sinh vật thân thiện với mơi trường (Luz E. Gonzalez and Yoav Bashan., 2000).
19