NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ C TH I SINH HO T B NG VI T O

An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 49 – 60

49

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NITƠ VÀ PHOSPHO TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG VI TẢO CHLORELLA SP.

Nguyễn Trần Thiện Khánh1, Võ Thị Dao Chi1, Nguyễn Thị Phương Dung1

1Trường Đại học An Giang

Thông tin chung: Ngày nhận bài: 21/10/2016 Ngày nhận kết quả bình duyệt: 22/12/2016 Ngày chấp nhận đăng: 06/2017

Title: A study on the capicity of removing pollutants (TN and TP) in domestic wastewater by microalgae Chlorella sp.

Keywords: Chlorella, wastewater, microalgae, nutrient

Từ khóa: Chlorella, nước thải sinh hoạt, vi tảo, dinh dưỡng

ABSTRACT

Nutrients contained in excessive pollutants in domestic wastewater have impacts on aquatic lives in various ways. Microalgae is one of the good solutions to effectively reduce nutrients from contaminated nutrients thanks to their ability to absord nutrients into their cells. In this study, Chlorella sp. was used to determine to the efficiency of removing pollutants such as TN, TP and COD at photosynthetic photon flux densities (PPFDs) of 75 µmol m-2 s-1 with continuous illumination at room temperature 28-30°C. In treatment (NT) 1, wastewater was pre-treated. NT 2 included dosmestic wastewater from sewage with algae density of 100. 103 cell.ml-1. After 7 days, the treatment efficiency of the total nitrogen, total phosphorus and COD of NT1 were 86.2, 60.8 and 58.7%, respectively. The results of NT 2 were 63.6, 28.3 and 53.4%. The highest microalgae density on the third day in NT1 was 640.103 cell.ml-1, and NT2 was 566.103 cell. ml-1. Based on the actual experimental model, it is likely to conclude that Chlorella sp. has a high ability to treat nutrients in domestic wastewater.

TÓM TẮT

Nguồn dinh dưỡng có trong những chất ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt đã ảnh hưởng đến đời sống của các loài thủy sinh bằng nhiều hình thức khác nhau. Vi tảo là một trong những giải pháp tốt để giảm lượng dinh dưỡng từ nguồn nước thải bởi do khả năng hấp thụ tốt chất dinh dưỡng vào tế bào của chúng. Chlorella sp. được dùng để xác định hiệu quả xử lý Nitơ, Phospho và COD, cường độ chiếu sáng liên tục 75 µmol m-2 s-1, nhiệt độ phòng 28 – 30 oC. Nghiệm thức (NT) 1, nước thải sinh hoạt đã được xử lý sơ bộ. 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 Phospho va COD lần lượt NT1 là 86.2, 60.8 va 58.7%, NT 2 là 63.6, 28.3 va 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, có thể kết luận rằng vi tảo Chlorella sp. có khả năng cao trong việc xử lý nguồn dinh dưỡng có trong nước thải sinh hoạt.

1. GIỚI THIỆU

Vi tảo đã được sử dụng làm nguồn thức ăn cho con người, thức ăn gia súc và dược phẩm, bởi vì chúng có khả năng chuyển đổi CO2 thành sinh khối và biến đổi photosynthates thành các hợp

chất hữu ích khác. Gần đây, vi tảo cũng đã được sử dụng như một nguồn nhiên liệu sinh học (Chisti, 2007; Kumar et al., 2010; Moazami et al., 2011).

Tốc độ tăng trưởng của tế bào vi tảo chịu ảnh


50

hưởng bởi sự kết hợp của các thông số môi trường như cường độ chiếu sáng, thời gian chiếu sáng và nhiệt độ (Kitaya et al., 2005; Kitaya et al., 2008; Nguyen et al., 2013), thành phần dinh dưỡng (Parmar et al., 2011) và pH (Azov and Goldman, 1982; Golueke and Oswvald, 1959; Nguyen et al., 2015; Weissman et al., 1988) trong dung dịch nuôi cấy.

Euglena gracilis, Chlorella vulgaris và Dunaliella tertiolecta là vi tảo xanh đơn bào có thể được sử dụng làm thức ăn cho động vật có vú và cá (Nakano et al., 1995; Nevejan et al., 2003; Wong and Cheung, 1985) và có thể được áp dụng cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học (Collet et al., 2011; Ramachandra et al., 2013; Tang et al., 2011).

Tảo Chlorella được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, có khả năng loại bỏ Nitơ, Phospho và COD với thời gian lưu nước từ 10 giờ đến 42 ngày (Wang et al., 2010). pH tối ưu của tảo Chorella trong khoảng 7.0 – 7.5 (Yeh et al., 2012). Tảo Chlorella còn có khả năng xử lý kim loại nặng. (Córdoba et al., 2008).

Sử dụng vi tảo để xử lý Nitơ và Phospho trong nước thải đang được ưa chuộng bởi hiệu quả xử lý cao, chi phí thấp và đặc biệt là tính thân thiện với môi trường. Trong số các loài vi tảo, Chlorella sp. được biết đến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là xử lý nước thải. Năm 2010, các nhà nghiên cứu ở Thụy Điển cũng chỉ ra các loài vi tảo có khả năng xử lý Nitơ và Phospho có trong nước thải rất tốt, hiệu quả xử lý Nitơ đạt 60% − 80% và Phospho đạt 60% − 100% trong các tháng của

mùa hè (Phương, 2011).Từ những khả năng ứng dụng của vi tảo trong xử lý nước thải, đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ và Phospho trong nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella sp.” là cần thiết để góp phần phát triển lĩnh vực công nghệ sinh học vào xử lý nước thải theo hướng môi trường bền vững.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Vi tảo Chlorella sp. là chủng tảo được cung cấp từ khoa Thủy sản Trường Đại học Cần Thơ, chủng tảo Chlorella sp. được nuôi trong môi trường Walne dinh dưỡng với thành phần N−NO3− 147,52 mg.l-1, N−NH4+ 0,32 mg.l-1 và P−PO43− 191,78 mg.l-1. Mẫu nước thải nghiên cứu là nguồn nước thải sinh hoạt được lấy từ đầu ra miệng cống tại thành phố Long Xuyên. Nghiệm thức 1 (NT1): 100% nước thải sinh hoạt đã được xử lý sơ bộ (dùng phèn là một trong những hóa chất thông dụng loại bỏ TSS có hiệu quả để cho lắng hết cặn trong mẫu nước thải, gạn lấy phần nước trong). Nghiệm thức 2 (NT2): 100% nước thải sinh hoạt chưa được xử lý sơ bộ.

Thí nghiệm được bố trí trong keo thủy tinh trong suốt chứa 8 lít nước thải chứa tảo với mật số trung bình là 100.103 cá thể. ml-1 (ct.ml-1). Cường độ ánh sáng được chiếu sáng liên tục 75 µmol m-2 s-1, nhiệt độ phòng 28 – 30 oC, các keo thuỷ tinh được đậy kín đê han chê xâm nhiễm của các yêu tô môi trường bên ngoài. Hệ thống được sục khí nhằm đảm bảo tảo xanh được di chuyển lên xuống nhận đủ cường độ ánh, CO2 tham gia vào quá trình quang hợp và dinh dưỡng có trong nước thải sinh hoạt để tăng trưởng và phát triển (Hình 1).


51

Hình 1. Mô hình nước thải sinh hoạt chứa tảo Chlorella sp.

Thí nghiệm được tiến hành trong 7 ngày. Mỗi ngày, tiến hành đếm tảo để theo dõi sự phát triển của tảo; thu mẫu nước tại các nghiệm thức và phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm Nitơ (TN, N−NH4+), Phospho (TP, P−PO43−), COD và pH nhằm theo dõi sự thay đổi của chất lượng nước qua mỗi ngày xử lý. Việc thu mẫu và phân tích

được tiến hành từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc thí nghiệm. So sánh kết quả xử lý và đưa ra kết luận về hiệu quả xử lý Nitơ và Phospho trong nước thải sinh hoạt của vi tảo Chlorella sp. Các phương pháp phân tích mẫu hiện hành được thể hiện trong Bảng 1.

Bảng 1. Phương pháp phân tích chỉ tiêu ô nhiễm

Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp phân tích

pH − Đo bằng máy

Tổng Nitơ (TN) mg/l TCVN 5987 – 1995

Amonia (N−NH4+) mg/l TCVN 5988:1995

Tổng Phospho (TP) mg/l Phương pháp trắc quang

Phosphate (P−PO43−) mg/l Phương pháp trắc quang (Theo SMEWW 4500−P−2005)

COD mg/l Phương pháp Kalipemanganat (TCVN 4565 – 88)

BOD5 mg/l TCVN 4566 – 88

Nước thải sinh hoạt + tảo chlorella sp.

Máy thổi khí

24 cm

36 cm

D = 23 cm

Đèn huỳnh quang

Nắp đậy


52

Theo dõi mật độ tảo bằng buồng đếm tảo Sedgewick−Rafter: là buồng đếm thường được sử dụng để đếm tảo với các mẫu tảo hỗn hợp, nó giúp cho việc giới hạn thể tích và diện tích mẫu nhằm dễ dàng đếm và tính toán lượng tảo có trong mẫu. Buồng đếm là 1 khung hình chữ nhật với kích thước (50 x 20 x 1) mm3, diện tích của buồng đếm là 1.000 mm2 và thể tích là 1 ml. Mỗi ô đếm có diện tích là 1 mm2.

Công thức tính mật độ tảo:

Mật độ tảo ((cá thể)⁄ml) = T × 1000/(A×N) × (Thể tích mẫu cô đặc (ml))/(Thể tích mẫu nước thu (ml))

Trong đó: T: Số cá thể đếm được;

A: Diện tích một ô đếm (mm2);

N: Số ô đếm;

1000 mm2: Diện tích buồng đếm.

Số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel và phần mềm SPSS để so sánh sự khác biệt giữa các nghiệm thức.

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt đầu vào và sau quá trình xử lý sơ bộ ở hai nghiệm thức được thể hiện trong Bảng 2.

Bảng 2. Thành phần nước thải sinh hoạt đầu vào

Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải ban đầu

NT1 (Xử lý)

NT2 (Lắng tự nhiên)

QCVN 14:2008/BTNMT

Cột A Cột B

pH − 7,85 6,67 7,85 5 − 9 5 − 9

TN mg/l 61,05 69,30 53,20 − −

N−NH4+ mg/l 26,54 37,27 24,66 5 10

TP mg/l 67,82 58,42 63,28 − −

P−PO43− mg/l 60,41 41,28 57,43 6 10

COD mg/l 181,05 151,28 178,40 − −

BOD5 mg/l 143,21 125,32 141,44 30 50

TSS mg/l 134,00 47,00 65,00 50 100

Từ Bảng 2 nhận thấy, các chỉ tiêu ô nhiễm ở mẫu nước ban đầu và mẫu nước sau xử lý sơ bộ ở hai nghiệm thức đều vượt mức so với QCVN 14:2008/BTNMT, riêng ở NT1, mẫu sau keo tụ − lắng chỉ tiêu TSS đạt quy chuẩn loại A (< 50 mg/l).

pH có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi tảo, khi pH quá cao hoặc quá thấp sẽ làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào, làm rối loạn quá trình trao đổi chất giữa cơ thể và môi trường

sống. Vi tảo chỉ sống và phát triển trong một khoảng pH nhất định (6 – 8,5). Qua các số liệu giá trị pH từ hai nghiệm thức cho thấy, giá trị pH ban đầu của hai nghiệm thức NT1 (6,67), NT2 (7,85) hoàn toàn phù hợp với giới hạn pH cho phép vi tảo phát triển trong khoảng từ 6,0 − 8,5 (Phương and cs, 2003).

3.1 Chỉ tiêu Nitơ


53

Theo McGriff, E.C. (1972), Chlorella sp. ưu tiên sử dụng NH4+ và các nguồn đạm hữu cơ có trong môi trường nuôi cấy hơn là các nguồn đạm vô cơ (NO3−, NO2−) (McGriff and McKinney, 1972) (Hình 2).

Đối với NT1, ngày thứ 1 nồng độ Amonia cao hơn nồng độ ban đầu (từ 37,27 mg/l tăng lên 38,27 mg/l). Nguyên nhân là do thể tích tảo thả vào mô hình thí nghiệm là môi trường Walne có thành phần Amonia và giai đoạn này vi tảo đang thích nghi với môi trường sống chưa thể phát triển ngay lập tức nên không thể hấp thu Amonia. Vào

ngày thứ 2 thí nghiệm, nồng độ Amonia có giảm (từ 38,37 mg/l giảm còn 37,73 mg/l), tuy nồng độ Amonia ngày thứ 2 giảm nhưng nhìn chung nồng độ Amonia ngày thứ hai vẫn cao hơn nồng độ Amonia ban đầu (37,27 mg/l). Ngày thứ 3 thí nghiệm, nồng độ Amonia giảm nhanh chóng (từ 37,73 mg/l giảm còn 23,82 mg/l), trong giai đoạn này vi tảo bắt đầu phát triển mạnh mẽ, hấp thu Amonia làm nồng độ Amonia giảm nhanh chóng và các ngày thí nghiệm tiếp theo nồng độ Amonia tiếp tục giảm cho đến khi kết thúc thí nghiệm (Hình 2).

Hình 2. Biểu đồ thể hiện sự biến động chỉ tiêu Amonia của hai nghiệm thức

Đối với NT2, tương tự NT1, nồng độ Amonia vào ngày đầu tiên thí nghiệm cao hơn ban đầu. Tuy nhiên, đến ngày thứ 2 nghiên cứu nồng độ Amonia vẫn tăng lên so với ngày thứ 1. Nguyên nhân là do giai đoạn xử lý sơ bộ chỉ tiến hành lắng tự nhiên, TSS ở NT2 cao vì thế vi tảo thích nghi kém hơn so với NT1. Ngày thứ 3 thí nghiệm, nồng độ Amonia giảm nhanh chóng so với ngày thứ 2 (từ 30,82 mg/l giảm còn 19,05 mg/l), là do vi tảo bắt đầu thích nghi và phát triển. Các ngày thí nghiệm tiếp theo nồng độ Amonia tiếp tục giảm (Hình 2).

Dựa trên kết quả thí nghiệm, NT1 xử lý được 20,46 mg/l trong 7 ngày thí nghiệm Amonia tương đương 54,90%, NT2 xử lý được 19,61 mg/l Amonia tương đương 79,52%. Tuy phần trăm xử

lý Amonia NT2 cao hơn NT1 nhưng lượng Amonia loại bỏ khỏi nguồn nước thí nghiệm ở NT1 lại cao hơn NT2, nguyên nhân là do nồng độ Amonia đầu vào ở NT1 cao hơn so với NT2. Như vậy, có thể kết luận ở NT1 có khả năng loại bỏ Amonia hiệu quả hơn NT2 (Hình 2).

Nitơ tổng Hình 3 NT1, từ ngày nghiên cứu thứ nhất đến ngày nghiên cứu thứ 3 tổng Nitơ giảm nhưng không quá rõ rệt nguyên nhân là do giai đoạn này vi tảo chỉ mới bắt đầu thích ứng với môi trường nước thải sinh hoạt. Từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 6, độ dốc của biểu đồ thể hiện mức thuyên giảm nồng độ tổng Nitơ cao, rõ ràng nhất là từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 4 nghiên cứu vì mật độ tảo ngày thứ 3 phát triển mạnh, vi tảo hấp thu Nitơ để tạo sinh khối phát triển nên nồng độ tổng

01020304050

0 1 2 3 4 5 6 7

Nồn

g độ

mg/

l

Ngày

NT1 NT2


54

Nitơ giảm mạnh. Ngày thứ 6 đến ngày thứ 7 nghiên cứu, nồng độ tổng Nitơ có giảm nhưng không đáng kể, vì đây là giai đoạn suy tàn, mật độ

tảo còn rất thấp khả năng hấp thu tổng Nitơ cũng thấp (Hình 3).

Hình 3. Biểu đồ thể hiện sự biến động chỉ tiêu tổng Nitơ của hai nghiệm thức

Đối với NT2, nhận thấy từ ngày 1 đến ngày 4 nồng độ tổng Nitơ giảm đều qua các ngày thí nghiệm, trong những ngày đầu thí nghiệm nồng độ tổng Nitơ giảm. Nguyên nhân chính là quá trình sục khí liên tục thúc đẩy quá trình phân hủy hiếu khí vì trong những ngày đầu vi tảo đang trong giai đoạn thích nghi với môi trường mới. Ngày thứ 4 đến ngày thứ 5 và đến kết thúc quá trình nghiên cứu nồng độ tổng Nitơ giảm nhưng ở mức rất thấp. Vì ở NT2 nồng độ TSS cao, hạn chế sự hấp thu ánh sáng của vi tảo kéo theo sự phát triển kém của vi tảo (Hình 3).

Nhìn chung chỉ tiêu tổng Nitơ, đối với cả hai nghiệm thức tổng Nitơ giảm liên tục suốt 7 ngày thí nghiệm. NT1 giảm 59,73 mg/l tổng Nitơ tương đương 86,19%, NT2 giảm 33,83 mg/l tương đương 63,59%. Nhận thấy NT1 có hiệu quả xử lý tổng Nitơ tốt hơn NT2. Nguyên nhân là do vi tảo thích nghi tốt hơn và phát triển tốt hơn ở NT1, ngoài ra do quá trình sục khí liên tục thúc đẩy quá trình phân hủy của vi sinh vật hiếu khí làm giảm nồng độ tổng Nitơ (Hình 3).

Sự biến đổi chỉ tiêu Nitơ được xử lí bằng phần mềm SPSS với ANOVA là một nhân tố để so sánh sự sai biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức ở mức α < 0.05.

3.2 Chỉ tiêu Phospho

Phospho có vai trò chính trong đa số các quá trình xảy ra trong tế bào vi tảo, chúng cần hấp thụ Phospho để phục vụ cho suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của mình. Theo Graham và Wilcox (2000), Lân thường tồn tại ở hai dạng Phosphate vô cơ (DIP) hoặc Phospho hữu cơ hòa tan (DOP). Hầu hết Phospho hòa tan là DOP. DIP thường ở dạng Orthophosphate (PO43−) một ít Monophosphate (HPO42−) và Dihydrogen Phosphate (H2PO4−) (Graham et al., 2009). Tảo chỉ có thể sử dụng Phosphate hữu cơ hòa tan. Do vậy, nghiên cứu sẽ tiến hành theo dõi sự biến động của 2 chỉ tiêu Phosphate (PO43−) và chỉ tiêu tổng Phospho thể hiện Hình 4 và Hình 5.

01020304050607080

0 1 2 3 4 5 6 7

Nồn

g độ

mg/

l

Ngày

NT1 NT2


55

Hình 4. Biểu đồ thể hiện sự biến động chỉ tiêu tổng Phosphate của hai nghiệm thức

Ở NT1, chỉ tiêu Phosphate, chỉ tiêu Phosphate tăng cao ở ngày thứ nhất (từ 41,28 mg/l lên 46,76 mg/l) và tiếp tục tăng nhẹ vào ngày thứ hai (từ 46,76 mg/l lên 47,10 mg/l). Lượng Phosphate của NT1 tăng là do ở ngày đầu thí nghiệm, sự thay đổi môi trường đột ngột làm tảo bị sốc, lượng sinh khối tảo chết sẽ giải phóng một lượng Phosphate vào trong nước cùng với đó là nồng độ Phosphate có trong môi trường Wanle làm nồng độ Phosphate của nước thải tăng. Sau đó nồng độ

Phosphate bắt đầu giảm, đáng kể nhất là ở ngày thứ 4, nồng độ Phosphate giảm 6,11 mg/l so với ngày thứ 3. Ở ngày thứ 4, tảo đã thích nghi được với môi trường mới và bước vào giai đoạn phát triển về số lượng, điều này đồng nghĩa với việc tảo cần phải hấp thu lượng lớn chất dinh dưỡng (Phosphate) để phát triển, việc này làm cho hàm lượng Phosphate trong nước giảm mạnh. Nồng độ Phosphate tiếp tục giảm dần đến kết thúc thí nghiệm (Hình 4).

Hình 5. Biểu đồ thể hiện sự biến động chỉ tiêu tổng Phospho của hai nghiệm thức

01020304050607080

0 1 2 3 4 5 6 7

Nồn

g độ

mg/

l

Ngày

NT1 NT2

010203040506070

0 1 2 3 4 5 6 7

Nồn

g độ

mg/

l

Ngày

NT1 NT2


56

Theo kết quả phân tích, chỉ tiêu tổng Phospho và chỉ tiêu Phosphate ở cả hai nghiệm thức đều giảm sau thời gian nghiên cứu. Cụ thể đối với NT1, tổng Phospho giảm 35,54 mg/l (60,84%) và Phosphate giảm 20,37 mg/l (49,35%); đối với NT2, tổng Phospho giảm 17,89 mg/l (28,26 %) và Phosphate giảm 17,47 mg/l (30,42%). Theo biểu đồ biến động, cả hai chỉ tiêu tổng Phospho và Phosphate đều tăng ở ngày thứ nhất và ngày thứ hai, sau đó bắt đầu giảm dần đến kết thúc quá trình nghiên cứu (Hình 4, 5).

Ở NT1, đối với chỉ tiêu Phospho, tương tự Phosphate, chỉ tiêu tổng Phospho cũng tăng trong ngày thứ nhất và ngày thứ hai, đặc biệt ở ngày thứ nhất nồng độ tổng Phospho tăng rất mạnh từ 58,42 mg/l lên 64,23 mg/l và tuy nồng độ tổng Phospho giảm vào ngày thứ hai còn 59,82 mg/l nhưng vẫn cao hơn nồng độ ban đầu của nước thải (đây là giai đoạn thích nghi của tảo, tương tự chỉ tiêu Phosphate). Trong những ngày sau, nồng độ tổng Phospho liên tục giảm đáng kể nhất là ở ngày thứ 3: từ 59,82 mg/l xuống 47,74 mg/l, ngày thứ 4: từ 47,74 mg/l xuống 35,99 mg/l (giai đoạn tảo phát triển mạnh nhất). Đến ngày cuối cùng nồng độ tổng Phospho giảm xuống còn 22,88 mg/l. Hiệu suất xử lý tổng Phospho ở NT1 đạt 60,84% (Hình 4, 5).

Tương tự NT1, nồng độ Phosphate và tổng Phospho ở NT2 tăng ngày đầu, sau đó giảm liên tục đến lúc kết thúc thí nghiệm. Cụ thể, nồng độ Phosphate ở ngày thứ nhất tăng từ 57,43 mg/l lên 63,12 mg/l và lên 72,23 mg/l ở ngày tiếp theo

(giai đoạn tảo thích nghi). Ở ngày thứ 3, nồng độ Phosphate giảm xuống 59,04 mg/l (tuy ở ngày thứ 3, nồng độ Phosphate giảm mạnh nhất nhưng vẫn còn cao hơn nồng độ ban đầu, đây là giai đoạn tảo phát triển mạnh nhất nên lượng Phosphate hấp thu được là cao nhất). Ở những ngày tiếp theo, nồng độ Phosphate liên tục giảm đến ngày cuối cùng thí nghiệm, nồng độ Phosphate giảm còn 39,96 mg/l. Hiệu suất xử lý Phosphate ở NT2 đạt 32,40%. Đối với chỉ tiêu tổng Phospho, nồng độ tổng Phospho tăng trong ngày đầu tiên (từ 63,28 mg/l lên 66,53 mg/l) và giảm ở những ngày tiếp theo, giảm mạnh nhất là ở ngày thứ 2 (từ 66,53 mg/l xuống còn 60,45 mg/l), đến ngày cuối cùng nồng độ tổng Phospho giảm xuống còn 45,40 mg/l. Hiệu suất xử lý tổng Phospho ở NT2 đạt 28,26% (Hình 4, 5).

Kết quả phân tích cho thấy, ở NT1, hiệu quả xử lý Phosphate và tổng Phospho cao hơn hẳn so với ở NT2. Do nước thải ở NT1 đã được xử lý TSS tốt hơn NT2 nên lượng ánh sáng được tảo hấp thụ ở NT1 cao hơn với ở NT2 (Hình 4, 5).

Sự biến đổi chỉ tiêu Phospho được xử lí bằng phần mềm SPSS với ANOVA là một nhân tố để so sánh sự sai biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức ở mức α < 0.05.

3.3 Chı tiêu COD

Sự biến động chỉ tiêu COD không chịu sự ảnh hưởng nhiều bởi vi tảo mà do quá trình sục khí liên tục cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp của vi tảo. Quá trình sục khí liên tục thúc đẩy quá trình phân hủy hiếu khí (Hình 6).


57

Hình 6. Biểu đồ thể hiện sự biến động chỉ tiêu COD của hai nghiệm thức

Thông qua các số liệu biểu thị trên Hình 6 có thể thấy, nồng độ COD giảm dần qua các ngày thí nghiệm. Cụ thể, NT1 COD giảm 88,8 mg/l tương đương với 58,70%, NT2 COD giảm 94,8 mg/l tương đương 53,4%.

Sự biến đổi chỉ tiêu COD được xử lí bằng phần mềm SPSS với ANOVA là một nhân tố để so sánh sự sai biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức ở mức α < 0.05.

3.4 Mật độ phát triển của vi tảo

Mật độ phát triển của vi tảo thể hiện sự thích ứng và phát triển của vi tảo đối với môi trường sống. Mật tảo phát triển càng cao thể hiện môi trường sống phù hợp với sự phát triển của vi tảo, chứng tỏ nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường nước đang giảm dần do tảo hấp thu tạo sinh khối. Mật độ phát triển của vi tảo qua 7 ngày thí nghiệm (Hình 7).

Hình 7. Biểu đồ thể hiện sự biến đổi mật độ tảo của hai nghiệm thức

050

100150200250300350

0 1 2 3 4 5 6 7

Nồn

g độ

mg/

l

Ngày

NT1 NT2

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

0 1 3 5 7

Ct/m

l

Ngày

NT1 NT2


58

Mật độ tảo ở NT1 (giá trị cao nhất 640.103 ct.ml-1) phát triển cao hơn so với NT2 (giá trị cao nhất 566. ct.ml-1 ). Nguyên nhân là do ở NT1 quá trình xử lý sơ bộ tốt hơn NT2 (lắng tự nhiên), TSS ở NT1 được điều chỉnh về tiêu chuẩn loại A theo QCVN 14:2008/BTNMT, từ đó khả năng hấp thụ ánh sáng và quá trình sinh trưởng của vi tảo ở NT1 cao hơn NT2 (Hình 7).

Kết quả theo dõi mật độ tảo cho thấy, sau khi thả vi tảo vào môi trường nước thải sinh hoạt, mật độ tảo giảm đáng kể vào ngày 1 (từ 100,000 ct.ml-1

còn 78,000 ct.ml-1 ở NT1 và giảm từ 100,000 ct.ml-1còn 52,000 ct.ml-1 ở NT2) nguyên nhân là do tảo Chlorella sp. ban đầu được nuôi cấy trong môi trường Walne chuyển vào môi trường nước thải sinh hoạt, không thích nghi kịp với sự thay đổi môi trường nuôi đột ngột. Mật độ tảo phát triển đạt mật độ cao nhất vào ngày thứ 3, nhận thấy đây là giai đoạn vi tảo đã hoàn toàn thích nghi và phát triển vượt trội. Biểu đồ cho thấy, mật độ tảo giảm sau ngày thứ 3 và giảm liên tục đến kết thúc quá trình thí nghiệm. Điều này cũng tương quan với việc từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 6, độ dốc của biểu đồ thể hiện mức thuyên giảm nồng độ tổng Nitơ cao (Hình 3), rõ ràng nhất là từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 4 nghiên cứu vì mật độ tảo ngày thứ 3 phát triển mạnh, vi tảo hấp thu Nitơ để tạo sinh khối phát triển nên nồng độ tổng Nitơ giảm mạnh. Ngày thứ 6 đến ngày thứ 7 nghiên cứu, nồng độ tổng Nitơ có giảm nhưng không đáng kể vì đây là giai đoạn suy tàn, mật độ tảo còn rất thấp, khả năng hấp thu tổng Nitơ cũng thấp. Đáng kể nhất là ở ngày thứ 4, nồng độ Phosphate giảm 6,11 mg/l so với ngày thứ 3 (Hình 5). Tương tự, ở ngày thứ 4, tảo đã thích nghi được với môi trường mới và bước vào giai đoạn phát triển về số lượng, điều này đồng nghĩa với việc tảo cần phải hấp thu lượng lớn chất dinh dưỡng (Phosphate) để phát triển, việc này làm cho hàm lượng Phosphate trong nước giảm mạnh. Nồng độ Phosphate tiếp tục giảm dần đến kết thúc thí nghiệm.

4. KẾT LUẬN

Từ kết quả phân tích có thể kết luận rằng, vi tảo Chlorella sp. hoàn toàn có khả năng xử lý Nitơ và Phospho của nước thải sinh hoạt đã qua trạm xử lý. Bên cạnh đó, quá trình xử lý này cũng góp phần làm giảm đáng kể nồng độ BOD và COD trong nguồn nước.Tuy nhiên, nước thải sinh hoạt cần phải được xử lý chất lơ lửng trước khi cho vi tảo Chlorella sp. vào, vì những chất này sẽ cản trở quá trình hấp thu ánh sáng của vi tảo và làm ảnh hưởng tới quá trình phát triển của nó, từ đó làm giảm hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Azov, Y., and Goldman, J. C. (1982). Free ammonia inhibition of algal photosynthesis in intensive cultures. Appl. Environ. Microbiol 43, 735-739.

Chisti, Y. (2007). Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. 25, 294-306.

Collet, P., Hélias, A., Lardon, L., Ras, M., Goy, R. A., and Steyer, J. P. (2011). Life-cycle assessment of microalgae culture coupled to biogas production. Bioresour. Technol, 102, 207-214.

Córdoba, L. T., Bocanegra, A. R. D., Llorente, B. R., Hernández, E. S., and Echegoyen, F. B. (2008). Batch culture growth of Chlorella zofingiensis on effluent derived from two-stage anaerobic digestion of two-phase olive mill solid waste. Electron. J. Biotechnol, 11, 1-8.

Golueke, C. G., and Oswvald, W. J. (1959). Biological conversion of light energy to the chemical energy of methane. Appl. Microbiol, 7, 219-227.

Graham, L. E., Graham, J. M., and Wilcox, L. W. (2009). Algae. Benjamin Cummings, San Francisco.


59

Kitaya, Y., Azuma, H., and Kiyota, M. (2005). Effects of temperature, CO2/O2 concentrations and light intensity on cellular multiplication of microalgae. Euglena gracilis. Adv. Space Res, 35, 1584-1588.

Kitaya, Y., Xiao, L., Masuda, A., Ozawa, T., Tsuda, M., and Omasa, K. (2008). Effects of temperature, photosynthetic photon flux density, photoperiod and O2 and CO2

concentrations on growth rates of the symbiotic dinoflagellate, Amphidinium sp. J. Appl. Phycol, 20, 737-742.

Kumar, A., Ergas, S., Yuan, X., Sahu, A., Zhang, Q., Dewulf, J., Malcata, F. X., and van Langenhove, H. (2010). Enhanced CO2 fixation and biofuel production via microalgae: recent developments and future directions. Trends Biotechnol, 28, 371-380.

McGriff, E. C., and McKinney, R. E. (1972). The removal of nutrients and organics by activated algae. Water Research 6, 1155-1164.

Moazami, N., Ranjbar, R., Ashori, A., Tangestani, M., and Nejad, A. S. (2011). Biomass and lipid productivities of marine microalgae isolated from the Persian Gulf and the Qeshm Island. Biomass Bioenergy 35, 1935-1939.

Nakano, Y., Miyatake, K., Yamaji, R., Nishizawa, A., Shigeoka, S., Hosotani, K., Inui, H., Watanabe, F., Enomoto, T., and Takenaka, S. (1995). A protist, Euglena gracilis Z, functions as a sole nutrient source in a closed ecosystem. CELSS J, 8, 7-12.

Nevejan, N., Saez, I., Gajardo, G., and Sorgeloos, P. (2003). Supplementation of EPA and DHA emulsions to a Dunaliella tertiolecta diet: effect on growth and lipid composition of scallop larvae, Argopecten purpuratus (Lamarck, 1819). Aquaculture 217, 613-632.

Nguyen, K., Kitaya, Y., Xiao, L., Endo, R., and Shibuya, T. (2013). Selection of microalgae suitable for culturing with digestate from

methane fermentation. Environ. Technol, 34, 2039-2045.

Nguyen, K., Kitaya, Y., Xiao, L., Endo, R., and Shibuya, T. (2015). Microalgae culture with digestate from methane fermentation - Effects of digestate concentrations and pH on the growth of Euglena gracilis. Eco- Engineering, 27, 7-11.

Parmar, A., Singh, N. K., Pandey, A., Gnansounou, E., and Madamwar, D. (2011). Cyanobacteria and microalgae: A positive prospect for biofuels. Bioresour. Technol, 102, 10163-10172.

Phương, N. M. (2011). Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ , Đại học Quốc Gia Hà Nội.

Phương, N. T., and cs. (2003). Nguyên lý và kỹ thuật sản xuất giống tôm càng xanh. Thành phố Hồ Chí Minh: NXB Nông Nghiệp.

Ramachandra, T. V., Durga Madhab, M., Shilpi, S., and Joshi, N. V. (2013). Algal biofuel from urban wastewater in India: Scope and challenges. Renewable Sustainable Energy Rev. 21, 767-777.

Tang, H., Abunasser, N., Garcia, M. E. D., Chen, M., Simon Ng, K. Y., and Salley, S. O. (2011). Potential of microalgae oil from Dunaliella tertiolecta as a feedstock for biodiesel. Appl. Energy 88, 3324-3330.

Wang, L., Min, M., Li, Y., Chen, P., Chen, Y., Liu, Y., Wang, Y., and Ruan, R. (2010). Cultivation of green algae Chlorella sp . in different wastewaters from municipal wastewater treatment plant. Appl. Biochem. Biotechnol, 162, 1174-1186.

Weissman, J. C., Goebel, R. P., and Benemann, J. R. (1988). Photobioreactor design: Mixing, carbon utilization, and oxygen accumulation. Biotechnol. Bioeng, 31, 336-344.


60

Wong, M. H., and Cheung, Y. H. (1985). Heavy metal contents of macrobrachium hainanense fed with waste-grown chlorella pyrenoidosa. Agric. Wastes, 13, 1-14.

Yeh, K. L., Chen, C. Y., and Chang, J. S. (2012). pH-stat photoheterotrophic cultivation of indigenous Chlorella vulgaris ESP-31 for biomass and lipid production using acetic acid as the carbon source. Biochem. Eng. J, 64, 1-7.

Documents

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ C TH I SINH HO T B NG VI T O