CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
1.3.1. Một số nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam trong những năm gần đây có một số công trình nghiên cứu tập trung khảo sát khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước của vi tảo C. vulgaris.
Năm 2012 Võ Thị Kiều Thanh nghiên cứu về hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của tảo Chlorella sp. cho thấy sau khi nuôi tảo 9 ngày, hàm lượng COD trong nước thải chăn nuôi heo giảm từ 65,8- 88,2%; BOD5 giảm từ 61,4-84%; TN giảm 87,4-90,18%, còn TP có hiệu quả xử lý không cao chỉ đạt 47,7-56,15% (Võ Thị Kiều Thanh, 2012).
Nguyễn Trần Thiện Khánh và cộng sự (2016) đã nghiên cứu khả năng xử lý nitơ và phốtpho trong nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella sp. Thí nghiệm được tiến hành với nghiệm thức (NT)1, nước thải sinh hoạt đã được xử lý sơ bộ và NT2 100% nước thải sinh hoạt chưa được xử lý sơ bộ, mật số tảo là 100.103 ct.ml-1. Sau 7 ngày, hiệu quả xử lý tổng Nitơ, tổng Phốtpho và COD lần lượt NT1 là 86,2, 60,8 và 58,7%, NT 2 là 63,6, 28,3 và 53,4%. Mật độ vi tảo phát triển nhiều nhất vào ngày thứ ba lần lượt NT1 là 640.103 ct.ml-1 và NT2 là 566.103 ct.ml-1. Dựa vào mô hình thí nghiệm thực tế, nhóm nghiên cứu kết luận rằng vi tảo Chlorella sp. có khả năng cao trong việc xử lý nguồn dinh dưỡng có trong nước thải sinh hoạt (Nguyễn Trần Thiện Khánh và cs., 2016).
Lê Hùng Anh và cộng sự (2016) nghiên cứu khả năng sinh trưởng và phát triển của ba loài vi tảo biển Tetraselmis suiscica, Tetraselmis sp., Platymonas sp. kết hợp với việc loại bỏ các hợp chất gây ô nhiễm có trong nước thải từ ao nuôi tôm của huyện Cần Giờ, Việt Nam. So sánh đối chiếu kết quả với môi trường dinh dưỡng Daigo’s IMK trong 14 ngày nuôi trồng. Kết quả cho thấy những vi tảo sinh trưởng rất nhanh
20
nhờ vào việc sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt hiệu suất xử lý COD, PO43-, NO3-, NH4+ và nitơ tổng của Platomonas sp. và Tetraselmis suiscica rất cao thậm chí trong môi trường nước thải đậm đặc. Do đó, chúng tôi kết luận, vi tảo có tiềm năng rất lớn trong việc giảm nồng độ chất hữu cơ, phốtpho và nitơ trong nước thải nuôi trồng thủy hải sản (Lê Hùng Anh và cs., 2016).
Nguyễn Thị Thanh Xuân (2012) đã báo cáo kết quả thử nghiệm nuôi trồng trong nước thải hầm biogas cho thấy C. vulgaris có thể sinh trưởng tốt, đồng thời có khả năng xử lý nước thải và cho lipid nhằm mục tiêu sản xuất biodiesel (Nguyễn Thị Thanh Xuân và cs., 2012).
1.3.2. Một số nghiên cứu trên thế giới
Phương pháp xử lý sinh học bằng vi tảo được chú ý đặc biệt nhờ vào khả năng quang hợp của nó, chuyển đổi năng lượng mặt trời vào quá trình tích lũy sinh khối và sử dụng các hợp chất dinh dưỡng như nitơ và phốtpho để sinh trưởng (Kim et al., 2013). Các hệ thống xử lý nước thải bằng vi tảo đã được nghiên cứu nhằm xử lý chất thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải nông nghiệp và nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm (Cai, Park &Li, 2013; Delgadillo-Mirquez et al., 2016).
Trong tất cả loài tảo thì C. vulgaris được khai thác nhiều nhất.
Samori và cộng sự (2013) nghiên cứu khả năng của vi tảo C.
vulgaris trong việc loại bỏ các chất dinh dưỡng với hiệu suất đạt 86%
nitơ vô cơ và 78% phốtpho vô cơ (Samori et al., 2013). Trong nghiên cứu trước đó, Colak & Kaya (1988) báo cáo hiệu suất xử lý nitơ và phốtpho trong nước thải công nghiệp tương ứng là 50,2%, 85,7% và loại bỏ phốtpho trong nước thải sinh hoạt là 90,8%. Tương tự Aravanitinou và cộng sự (2013) nghiên cứu khả năng của vi tảo C. vulgaris trong việc loại bỏ dinh dưỡng, kết quả cho thấy tỉ lệ loại bỏ nitơ vô cơ và phốtpho vô cơ là 86 và 70% (Aravantinou et al., 2013).
21
Đã có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của các loài vi sinh vật khác nhau đến khả năng sinh trưởng và xử lý nước của vi tảo C.
vulgaris. Mouget và cộng sự (1995) đã chỉ ra rằng hai loài vi khuẩn Pseudomonas diminuta và P. vesicularis được phân lập từ môi trường nuôi cấy tảo ở phòng thí nghiệm có khả năng kích thích sự phát triển của vi tảo Scenedesmus bicellularis và Chlorella sp., mà không giải phóng bất kỳ sự tăng trưởng các chất thúc đẩy (Mouget et al. 1995).
Lim và cộng sự (2010) tiến hành nghiên cứu khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm của vi tảo C. vulgaris UMACC 001 được nuôi cấy trong hệ thống cầu mở (high rate algae ponds-HRAP). Bốn lô của Chlorella được nuôi trong 2 hệ thống HRAP. Mỗi lô được nuôi cấy ở nồng độ nước thải, môi trường dinh dưỡng và thời gian khác nhau, nhằm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố này lên khả năng loại bỏ màu, COD, NH4+-N và PO43--P của vi tảo C. vulgaris. Kết quả cho thấy, sinh khối đạt được dao động từ 0,17 đến 2,26 mg Chlorophyll a/L trong khi hiệu suất loại bỏ màu dao động từ 41,8% đến 50,0%. Ngoài ra còn có sự giảm NH4+-N (44,4-45,1%), PO43--P (33,1-33,3%) và COD (38,3-62,3%) (Lim et al., 2010).
Ma và cộng sự, (2014) đã sử dụng centrate (nhà máy xử lý nước thải đô ở Saint Paul, Minnesota) để xác định ảnh hưởng của vi khuẩn trong nước thải đối với sự phát triển của vi tảo C. vulgaris UTEX 2714 và việc loại bỏ các chất dinh dưỡng ra khỏi nước thải. Kết quả cho thấy vi khuẩn sản sinh trong nước thải centrate có ảnh hưởng mạnh lên sự phát triển và tích lũy sinh khối tảo. Sinh khối tảo tối đa 2,01 g/L với nồng độ tảo ban đầu 0,1 g/L có thể thu được trong quá trình nuôi trồng tảo trong môi trường ly tâm thô. Tác động tổng hợp của vi khuẩn và vi tảo sinh ra từ sự phát triển của tảo và hiệu suất loại bỏ chất dinh dưỡng ở giai đoạn tăng trưởng nhanh ban đầu có tiềm năng lớn được áp dụng cho
22
hệ thống nước thải tảo dựa trên nước thải quy mô thí điểm được nuôi trồng ở chế độ liên tục hoặc bán liên tục (Ma et al., 2014).
Ngoài ra, một hướng tiếp cận khác trong việc ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải là cố định vi tảo trong gel polysaccharide (De- Bashan, 2010) với mục đích cải thiện những khó khăn khi thu thập các quần thể vi sinh vật khổng lồ sau quá trình xử lý.
Pierre Chevalier và cộng sự (1985) đã nghiên cứu khả năng loại bỏ các hợp chất nitơ trong nước thải bằng vi tảo Scenedesmus cố định trong κ-carrageenan, kết quả cho thấy NH4+-N giảm 90% trong vòng 4 giờ ở pH = 9.0 và giảm 70% trong vòng 5 giờ ở độ pH 7,7. Qua đó, nhóm nghiên cứu kết luận rằng vi tảo Scenedesmus bất động có thể phát triển tốt trong các hạt gel và chúng hoạt động sinh lý để loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải như các tế bào tự do (Pierre Chevalier et al., 1985).
Vào năm 1994 đã có nghiên cứu của Tam và cộng sự chứng minh rằng tảo C. vulgaris được cố định trong hạt Ca-alginate có hiệu suất loại bỏ NH4+-N và PO43--P trong nước thải cao (Tam et al., 1994).
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng đồng cố định C. vulgaris và vi khuẩn A. brasilense Cd trong hạt alginate đã kích sự sinh trưởng và kéo dài tuổi thọ của vi tảo (Gonzalez and Bashan, 2000; Lebsky et al., 2001).
Azospirillum sp. là chủng vi khuẩn nội sinh có khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật và kiểm soát sinh học với các tác nhân gây bệnh thông qua việc cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây, điều hòa các phytohormone làm tăng tính khả dụng các nguyên tố khoáng (Baldani et al., 1987). Các nghiên cứu đã chứng minh nhiều vi khuẩn nội sinh thuộc nhóm Azospirilum sp. có khả năng cố định N2, tổng hợp indole-3-acetic acid (IAA), sản sinh siderophore, ACC deaminase và phân giải phosphate khó tan. Bên cạnh đó, vi khuẩn nội sinh này có khả năng kiểm
23
soát sinh học với các loại nấm, vi khuẩn và tuyến trùng gây bệnh trên thực vật. Do đó khi cư trú trong mô thực vật, vi sinh vật nội sinh đem lại cho thực vật nhiều điều kiện thuận lợi giúp phát triển tốt.
Từ những nghiên cứu trên đây cho thấy, sự kết hợp giữa vi khuẩn nội sinh nhóm Azospirillum sp. và vi tảo C. vulgaris như là một công cụ trong việc tạo ra các phương pháp xử lý nước thải mới. Tương tác giữa vi khuẩn và vi tảo làm kích thích sự phát triển của vi tảo C. vulgaris nhờ các phytohormone do chủng vi khuẩn Azospirillum sp. tiết ra, từ đó làm tăng khả năng loại bỏ nitơ (chủ yếu là amoni) và phốtpho trong xử lí nước thải.
24
CHƯƠNG 2