Tài liệu luận văn: SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TỪ HẦM Ủ BIOGAS ĐỂ NUÔI TẢO CHLORELLA pptx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA THỦY SẢN







LÊ HỮU NHÂN







SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TỪ HẦM Ủ BIOGAS
ĐỂ NUÔI TẢO CHLORELLA










LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

2009

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA THỦY SẢN






LÊ HỮU NHÂN

SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TỪ HẦM Ủ BIOGAS
ĐỂ NUÔI TẢO CHLORELLA







LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN







CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ths. TRẦN SƯƠNG NGỌC

2009

2

TÓM TẮT
Khả năng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas (nguồn nước thải có từ hầm ủ
biogas 4.5 m
3
với 75% phân heo và 25% bèo lục bình) để nuôi tảo Chlorella
được xác định qua 2 thí nghiệm. Trong thí nghiệm 1 xác định hàm lượng nước
thải từ hầm ủ biogas thích hợp để nuôi tảo Chlorella với các nghiệm thức sử
dụng nước thải có hàm lượng đạm lần lược là: 2ppm N/ngày, thay đổi (5 ngày
đầu: 1 ppm N/ngày; Từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 10: 3ppm N/ngày; Từ ngày
thứ 11 đến ngày thứ 16: 2ppm N/ngày), 1ppm N/ngày, Wanle (đối chứng).
Thời gian thí nghiệm là 7 ngày, mật độ tảo
đạt cao nhất là 7,85 ± 0,28 triệu
tb/ml (ngày thứ 5 của thí nghiệm) ở nghiệm thức sử dụng nước thải từ hầm ủ
biogas là 2ppm N/ngày khác biệt rất có ý nghĩa (P<0,01) so với các nghiệm
thức khác. Trong thí nghiệm 2 sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas là 2ppm
N/ngày với 4 nghiệm thức có tỷ lệ thu hoạch khác nhau: 10%, 30%, 50% và
không thu hoạch. Thí nghiệm tiến hành trong 10 ngày, khi mật độ tảo đạt
trung bình khoảng 6,39 ± 0,47 triệu tb/ml (ngày thứ 4 củ
a thí nghiệm) thì tiến
hành thu hoạch. Kết quả cho thấy tỷ lệ thu hoạch 30% là phù hợp vì mật độ
tảo cao, ổn định. Có thể ứng dụng nuôi tảo Chlorella trong ao đất bằng nước
thải từ hầm ủ biogas (2ppm N/ngày) với tỷ lệ thu hoạch 30% để nuôi luân
trùng, Moina.

3
LỜI CẢM TẠ

Trong khoảng thời gian thực hiện đề tài tôi đã nhận được nhiều sự động viên
và giúp đỡ từ gia đình, thầy cô, bạn bè để hoàn thành tốt đề tài dù gặp nhiều
khó khăn.
Cảm ơn cha, mẹ và gia đình đã ủng hộ về vật chất và tinh thần.
Cảm ơn cô Trần Sương Ngọc đã tận tình hướng dẫn, luôn quan tâm giúp đỡ
tạo m
ọi điều kiện để đề tài diễn ra thuận lợi.
Cảm ơn cô Huỳnh Thị Ngọc Hiền, các thầy, cô, anh, chị trong bộ môn Thuỷ
sinh học ứng dụng đã tận tình chỉ bảo trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Chân thành cảm ơn!

4
MỤC LỤC
Trang phụ bìa i
Tóm lược ii
Lời cảm tạ iii
Mục lục iv
Danh sách HÌNH v
Danh sách BẢNG vi
Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Chương 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2
2.1. Tảo Chlorella 2
2.1.1. Đặc điểm phân loại 2
2.1.2. Hình thái, cấu tạo 2
2.1.3. Sinh sản 2
2.1.4. Giai đoạn phát triển của quần thể tảo 3
2.1.5. Thành phần dinh dưỡng 4
2.1.6. M
ột số yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo 4
2.1.6.1.Ánh sáng 4

2.1.6.2.pH 5
2.1.6.3.Nhiệt độ 5
2.1.6.4.Sục khí 5
2.1.6.5.Dinh dưỡng 5
2.1.7. Một số hình thức nuôi tảo 7
2.1.8. Khả năng sử dụng tảo Chlorella để xử lý chất thải 7
2.2. Biogas 8
2.2.1. Một số vấn đề về biogas 8
2.2.2. Biogas và lục bình 10
2.3. Tận dụng chất thải từ hầm
ủ biogas 10
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
3.1. Thời gian và địa điểm 13
3.2. Vật liệu nghiên cứu 13
3.3. Bố trí thí nghiệm 14
3.3.1. Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas
thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella 14

5
3.3.2. Thí nghiệm 2: tỷ lệ thu hoạch tảo thích hợp trong hệ thống nuôi tảo
Chlorella sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas. 15
3.3.3. Thu thập, tính toán và xử lý số liệu 15
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THẢO LUẬN 17
4.1. Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas
thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella 17
4.1.1. Các yếu tố môi trườ
ng 17
4.1.1.1. Nhiệt độ 17
4.1.1.2. Ánh sáng 17
4.1.1.3. pH 18

4.1.1.4. TAN 19
4.1.1.5. NO
3
-
21
4.1.1.6. TN 22
4.1.1.7. TP 23
4.1.2. Sự phát triển của tảo 24
4.2. Thí nghiệm 2: tỷ lệ thu hoạch tảo thích hợp trong hệ thống nuôi tảo
Chlorella sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas 26
4.2.1. Các yếu tố môi trường 26
4.2.1.1. Nhiệt độ 26
4.2.1.2. pH 26
4.2.1.3. TAN 27
4.2.1.4. NO
3
-
28
4.2.1.5. TN 29
4.2.1.6. TP 30
4.2.2. Sự phát triển của tảo 31
4.2.3. Mối tương quan giữa hàm lượng dinh dưỡng và mật độ tảo 33
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 34
5.1. Kết luận 34
5.2. Đề xuất 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO 35
PHỤ LỤC


6

DANH SÁCH HÌNH
HÌNH 2.1. Tảo Chlorella 2
HÌNH 2.2. Các giai đoạn phát triển đặc trưng của tảo 3
HÌNH 2.3. (A). Hầm sinh khí kiểu vòm cố định; (B). Hầm sinh khí có nắp đậy
di động; (C). Hầm sinh khí dạng túi. 9
HÌNH 2.4. Quá trình lên men kỵ khí 9
HÌNH 2.5. Hệ thống không có chất thải 11
HÌNH 4.1. Nhiệt độ trong bể tảo 17
HÌNH 4.2. Cường độ ánh sáng trong bể tảo 18
HÌNH 4.3. Biến động pH trong các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 19
HÌNH 4.4. Biến động hàm lượng TAN ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 20
HÌNH 4.5. Biế
n động hàm lượng NO
3
-
ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 21
HÌNH 4.6. Biến động hàm lượng đạm tổng số trong các nghiệm thức (thí
nghiệm 1) 22
HÌNH 4.7. Hàm lượng lân trong các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 23
HÌNH 4.8. Mật độ tảo (thí nghiệm 1) 24
HÌNH 4.9. Biến động pH trong các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 27
HÌNH 4.10. Biến động hàm lượng TAN ở các nghiệm thức (thí nghiệm 2) 28
HÌNH 4.11. Biến động hàm lượng NO
3
-
ở các nghiệm thức (thí nghiệm 2) 29
HÌNH 4.12. Biến động hàm lượng đạm tổng số ở các nghiệm thức (thí nghiệm
2) 30
HÌNH 4.13. Mật độ tảo (thí nghiệm 2) 31

7
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1. Thành phần hoá chất môi trường Walne 13
Bảng 4.1. pH các nghiệm thức trong thời gian thí nghiệm (thí nghiệm 1) 19
Bảng 4.2. Hàm lượng TAN trung bình ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 20
Bảng 4.3. Mật độ tảo (thi nghiệm 1) 25
Bảng 4.4. Hàm lượng TAN trung bình ở các nghiệm thức (thí nghiệm 2) 28
Bảng 4.5. Hàm lượng lân trung bình trong các nghiệm thức (thí nghiệm 2) 30
Bảng 4.6. Mật độ tảo (thí nghiệm 2) 32
Bảng 4.7. Hàm lượng đạm lân trung bình trong các nghiệm thức (thí nghiệm
2) 33



8
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Giới thiệu
Ngành Nuôi trồng thủy sản là ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam, là
ngành mang về nhiều ngoại tệ cho Đất nước với các thế mạnh về sản phẩm
đông lạnh của tôm sú, cá tra, cá ba sa… Sự lớn mạnh của nghề nuôi đã kéo
theo nghề sản xuất giống phát triển.
Nghề sản xuất giống thủy sản với các đố
i tượng có giá trị kinh tế cao
như tôm sú, tôm càng xanh, cá chẽm, cá mú… Đòi hỏi phải có những thức ăn
tự nhiên kích thước nhỏ phù hợp với cỡ miệng của ấu trùng như: vi tảo, luân
trùng, Moina, Artemia… Để làm tốt được điều đó phải có thức ăn cơ sở là vi
tảo đặc biệt là Chlorella.
Chlorella là loài tảo được phân lập và nuôi đầu tiên vào năm 1890, bởi
nhà sinh vật họ
c Hà Lan, M.W. Beijerinck. Tảo phân bố rộng ở cả môi trường

nước ngọt và môi trường nước lợ. Ngoài có vai trò lớn trong Nuôi trồng thủy
sản, tảo còn có vai trò trong các ngành khác như: y học, hóa mỹ phẩm, công
nghiệp chế biến thức ăn…
Trong mô hình kết hợp người ta đã tận dụng chất thải của nhiều nguồn,
đặc biệt là phân từ chăn nuôi để làm hầm ủ biogas, nước thải từ hầm ủ
được sử
dụng cho ao cá. Nước thải là nguồn dinh dưỡng để các loại thức ăn tự nhiên
phát triển mà tảo là mắc xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn.
Xuất phát từ những ý nghĩa đó, đề tài “Sử dụng nước thải từ hầm ủ
biogas để nuôi tảo Chlorella” được thực hiện.
1.2. Mục tiêu đề tài:
Ứng dụng nuôi tảo Chlorella bằng nước thải từ
hầm ủ biogas cho hộ
dân ở các địa phương có nhiều bèo lục bình, kết hợp hầm ủ biogas để nuôi
thức ăn tự nhiên.
1.3. Nội dung đề tài:
Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas thích hợp cho
sự phát triển của tảo Chlorella.
Tỷ lệ thu hoạch tảo thích hợp trong hệ thống nuôi tảo Chlorella sử dụng
nước thả
i từ hầm ủ biogas.

9
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tảo Chlorella
2.1.1. Đặc điểm phân loại
Giới: Plantae
Ngành: Chlorophyta
Lớp: Chlorophyceae
Bộ: Chlorococales

Họ: Chlorellaceae
Giống: Chlorella (Bold and Wynne, 1978)


HÌNH 2.1. Tảo Chlorella (
www.bartonpublishing.com)
2.1.2. HÌNH thái, cấu tạo
Chlorella là loại tảo đơn bào, không có tiêm mao, không có khả năng di
động chủ động. Tế bào có dạng hình cầu hoặc hình oval. Kích cỡ tế bào từ 3 -
5µm, hay ngay cả 2 - 4µm tùy loài, tùy điều kiện môi trường và giai đoạn phát
triển. Màng tế bào có vách cellulose bao bọc, chịu được những tác động cơ
học nhẹ. Sự thay đổi của các điều kiện môi trường như ánh sáng, nhiệt độ,
thành phần các chất hóa h
ọc trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến hình thái và
chất lượng của tế bào tảo (Trần Văn Vĩ, 1995).
2.1.3. Sinh sản
Tảo Chlorella sinh sản rất nhanh, trong 3 giờ tảo lục nước ngọt có khả
năng tăng gấp đôi mật độ. Tảo Chlorella không có sự sinh sản hữu tính. Quá
trình sinh sản được tiến hành nhờ tạo nên trong cơ thể mẹ các tự bào tử. Tùy
theo loài tảo và đ
iều kiện môi trường mà số lượng các tự bào tử có thể là 2, 4,
8, 16, 32 (thậm chí có trường hợp tạo ra 64 tự bào tử) sau khi kết thúc sự phân
chia, tự bào tử tách khỏi cơ thể mẹ bằng cách phá hoại màng tế bào mẹ. Các tế

10
bào trẻ này lớn lên và phát triển đến giai đoạn chín sinh dục, toàn bộ chu trình
lập lại từ đầu (Trần Văn Vĩ, 1995).
2.1.4. Giai đoạn phát triển của quần thể tảo
Tamiya, 1963 (trích bởi Sharma, 1998) trong khi nghiên cứu vòng đời
của Chlorella ellipsoidea chia làm 4 giai đoạn:

Giai đoạn tăng trưởng: ở giai đoạn này các tự bào tử sẽ tăng nhanh về
kích thước nhờ các sản phẩm sinh tổng hợ
p.
Giai đoạn bắt đầu chín: tế bào mẹ chuẩn bị quá trình phân chia
Giai đoạn chín mùi: tế bào nhân lên trong điều kiện có ánh sáng hoặc
trong bóng tối.
Giai đoạn phân cắt: màng tế bào mẹ bị vỡ ra, các tự bào tử được
phóng thích ra ngoài.
Theo Trần Thị Thanh Hiền và ctv (2003), với chế độ dinh dưỡng thích
hợp và điều kiện lý học thuận lợi quá trình sinh trưởng của tảo trải qua các pha
sau:

HÌNH 2.2. Các giai đoạn phát triển đặc trưng của tảo
Pha chậm: Do sự giảm trao đổi chất của tảo giống, tế bào gia tăng kích
thước nhưng không có sự phân chia.
Pha tăng trưởng: tế bào phân chia rất nhanh và liên tục, tùy thuộc vào
kích thước tế bào, cường độ ánh sáng, nhiệt độ…
Pha tăng trưởng chậm: sự sinh trưởng của tảo bị ức chế do sự thay đổi
một y
ếu tố nào đó.

11
Pha quân bình: Sự cân bằng được tạo ra giữa tốc độ tăng trưởng và
các nhân tố giới hạn.
Pha suy tàn: do dinh dưỡng cạn kiệt, tảo bị suy tàn.
2.1.5. Thành phần dinh dưỡng
Công trình khoa học nuôi tảo Chlorella thuần đầu tiên vào năm 1890 là
loài Chlorella vulgaris, bởi M. N. Beijerinck. Từ đó các thí nghiệm nuôi và
nghiên cứu về tảo Chlorella được thực hiện liên tục. (Dhyana Bewicke,
Beverly A. Potter. PHD. et al_ ).

Các nhà nghiên cứu đã xác định được chúng chứa 50 - 60% protein, có
chứ
a nhiều acide amin thiết yếu, 20 -30% glucid và 10 – 20% lipid, với các
acide béo không no. Chlorella chứa hầu hết các vitamin: A, B
1
, B
2
, B
6
, B
12
, C,
D, K… (Trần Văn Vĩ, 1995).
Trong những năm của thập niên 1940, hai nhà nghiên cứu Jorgensen và
Convit, dùng tảo Chlorella cho 80 bệnh nhân hủi ở Venezuela. Thể chất của
các bệnh nhân đã được cải thiện, đó là bằng chứng có lợi cho sức khỏe của tảo
Chlorella. Mở ra một triển vọng lớn cho một loại thức ăn mới bổ dưỡng và có
giá trị y học. Thập niên 50 của thế k
ỷ 20, tảo được ứng dụng làm thức ăn và
thuốc của con người. Người Nhật là những người tiên phong, và ăn tảo trở
thành một xu hướng ở nước này. Những năm 1950 và 1960, người ta đã nuôi
sinh khối tảo ở nhiều quốc gia như: Mỹ, Liên Ban Xô Viết, Nhật, Đức, Israel.
Một nhóm nghiên cứu đứng đầu là Dr. Dam kết luận rằng người khỏe mạnh có
thể sử dụng t
ảo làm nguồn cung cấp protein chính yếu cho cơ thể (90 – 95%
nhu cầu protein) trong vòng 20 ngày. Tuy nhiên nguồn cung cấp đạm từ tảo
không thể cạnh tranh với đạm từ đậu nành bởi vì giá cả đắt hơn. (Dhyana
Bewicke, Beverly A. Potter. PHD. et al_
).
2.1.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của tảo

2.1.6.1. Ánh sáng
Cũng như các loài thực vật khác, tảo cũng cần ánh sáng cho quá trình
quang tổng hợp vật chất hữu cơ từ carbondioxide. Cường độ ánh sáng thích
hợp thay đổi rất lớn tùy theo điều kiện nuôi. Nuôi trong bình thủy tinh, dung
tích nhỏ cần cường độ ánh sáng khoảng 1.000 lux, với bể nuôi lớn cường độ
ánh sáng cũng lớ
n khoảng 5.000 – 10.000 lux. Sử dụng ánh sáng nhân tạo thì
thời gian chiếu sáng ít nhất 18 giờ/ngày. Nuôi tảo Chlorella trong quy trình

12
nước xanh cải tiến bằng cá rô phi, cường độ ánh sáng cần khoảng 4.000 –
30.000 lux (Nguyễn Thanh Phương và ctv, 2003).
2.1.6.2. pH
Hầu hết các loài tảo nuôi có thể sống trong khoảng pH = 7 – 9, đối với
tảo Chlorella pH thích hợp từ 6 - 8.5. Nếu pH thay đổi lớn có thể làm cho tảo
bị tàn lụi. (Nguyễn Thanh Phương và ctv, 2003). pH cho tảo phát triển tốt nhất
cho tảo Chlorella từ 8 – 9 (Trần Thị Thủy, 2008).
2.1.6.3. Nhiệt độ
Mỗi loài t
ảo có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nhưng nhìn
chung nhiệt độ tối ưu để nuôi tảo dao động trong khoảng 23 – 30
0
C tùy theo
loài (Trương Sĩ Kỳ, 2004). Tuy nhiên, nhiệt độ thích hợp cho tảo Chlorella
thích hợp là 25 – 35
0
C nhưng có thể chịu đựng nhiệt độ 37
0
C (Liao, 1983 trích
bởi Thủy, 2008). Theo Trần Thị Thủy (2008) nhiệt độ tối ưu cho tảo Chlorella

phát triển là 34
0
C.
2.1.6.4. Sục khí
Theo Persoon (1980) nhận xét giữa các chế độ sục khí liên tục, bán liên
tục và không sục khí đã nhận thấy năng suất của bể sục khí cao hơn 30% so
với bể không sục khí.
2.1.6.5. Dinh dưỡng
Qúa trình quang hợp thực vật cần nhiều vật chất dinh dưỡng để tổng
hợp chất hữu cơ và sinh trưởng, trong số các nguyên tố cần thiết cho thực vật
thì trong nước chỉ có vài nguyên tố có th
ể đáp ứng đủ nhu cầu (O
2
và H
2
), các
nguyên tố còn lại đều có hàm lượng rất thấp so với nhu cầu của thực vật. Do
đó, thực vật thường tăng cường hấp thu và dự trữ các nguyên tố đó để phục vụ
cho quá trình sinh trưởng cũng như tổng hợp chất hữu cơ. Bên cạnh carbon,
nitơ và phospho là 2 nguồn dinh dưỡng cần thiết cho quá trình phát triển của
tảo và tỷ lệ N:P thường được đề nghị là 6:1 (Valero, 1981).
* Đạm
Đối với Chlorella nguồn nitơ sử dụng là muối amonium, nitrate và urea
trong đó amonium cho kết quả tốt nhất (Iriarte, 1991). Trường hợp nguồn nitơ
có đồng thời amonium, nitrate và urea thì Chlorella sẽ sử dụng amonium trước
còn nitrate và urea sẽ được tảo chuyển hóa thành amonium trước khi kết hợp
vào thành phần hữu cơ. Việc bổ sung amonium vào tế bào tảo khi đang hấp

13
thu nitrate thì lập tức hạn chế hoàn toàn quá trình này. Sự hấp thu amonium là

nguyên nhân kìm chế enzym hấp thu nitrate. Amonium không ảnh hưởng đến
sự tổng hợp tiền thể của enzym nitrate nhưng amonium hoặc các sản phẩm
chuyển hóa của nó dường như ngăn cản kết nối tiền thể protein vào trong
enzym hoạt hóa bằng cách hạn chế quá trình tổng hợp protein cần thiết cho sự
kết nối này (Oh – Hama và ctv, 1986).
Chlorella có thể sử dụng nguồ
n urea khi nó là nguồn cung cấp đạm duy
nhất (Roon, 1968 trích bởi Oh – Hama, 1986). Khi chuyển N – NO
3
-
thành N –
NH
4
+
đòi hỏi nguồn năng lượng và enzym khử nitrate. Tương tự theo nghiên
cứu của Ojeda (1986) về sự phát triển và thành phần hóa học của 3 loài tảo sử
dụng 4 nguồn nitrogen khác nhau. Ông nhận thấy tảo phát triển tốt ở giai đoạn
cuối khi sử dụng nguồn nitrate là urea trong khi Chlorella có tốc độ phát triển
cao giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng amonium. Tùy loài Chlorella mà có sự
tích lũy acid béo hoặc tinh bột khác nhau: C. Ellipsoidea
SK và C.
Pyrenoidosa 82 sẽ tăng acid béo trong khi Chlorella chỉ tăng về carbonhydrate
và C. Vulgaris tăng cả về carbon và acid béo. Sự thay đổi quá trình trao đổi
chất kết hợp với tốc độ phát triển của tế bào tảo giảm dưới điều kiện thiếu
nitrogen (Oh – Hama, 1986).
* Lân
Theo Round, 1965 khi bất kỳ một nhóm tảo nào phát triển chiếm ưu thế
đều liên quan đến khả năng dự trữ nitrogen và phospho, tỷ lệ s
ố lượng của các
dinh dưỡng cho sinh khối tảo cũng được Round xác định và được xem là một

tỷ lệ thực nghiệm tốt, C:H:O:N:P bằng 42:8,5:57:7:1.
* Vitamin B
12
Theo Isao Maruyama (1980) đã nghiên cứu về khả năng hấp thu
vitamin B
12
của tảo Chlorella nước ngọt bằng cách điều chỉnh điều kiện nuôi
cấy cho thấy rằng tảo Chlorella vulgaris K-22 tích trữ B
12
trong cấu trúc tế
bào với lượng từ 0,2 – 1100 µg/100g. Vitamin B
12
có thể được giữ lại trong tế
bào tảo đến 30 ngày trong điều kiện lạnh và 3 ngày nếu giữ tảo trong nước
biển nhân tạo.
2.1.7. Một số hình thức nuôi tảo
Theo John R. Benemann (2009) có nhiều phương cách để nuôi tảo như
hệ thống hở, kín, nuôi trong ao, bình, túi diện tích nuôi rất đa dạng phụ thuộc
vào sự đầu tư, mục đích nuôi và nhiều yếu tố khác.

14
Nuôi với hệ thống mở thì rất dễ bị tạp nhiễm bởi nhiều tác nhân như tạp
đoàn tảo khác, amíp, nấm Hệ thống kín thì phải chú ý vấn đề nhiệt độ.
* Hệ thống ao mở, nước chảy, mực nước thấp, ao kết hợp với hệ thống
khác:
Trong hệ thống nước chảy, độ sâu mực nước từ 6 – 16 inches (15 –
40cm), được xây dựng bằng xi măng hay plastic, di
ện tích khoảng 0,5ha, có
kết hợp với cánh quạt. Hệ thống này để nuôi tảo Spirulina, Dunaliella salina,
Chlorella vulgaris và Haematococcus pluvialis (cho astaxanthin). Các ao hình

tròn ở Nhật và viễn Đông để sản xuất Chlorella (ao có quy mô 1000m
2
, ¼ ha
/ao).
* Hệ thống kín:
Được thiết kế hình ống có đường kín 5cm cố định, hoặc được thiết kế
dạng túi có đường kín thay đổi, thông thường khoảng 10cm. Có nhiều kiểu
thiết kế khác như: kiểu vòm, kiểu bán cầu, túi treo, màng phẳng
2.1.8. Khả năng sử dụng tảo Chlorella để xử lý chất thải
Theo John R. Benemann (2009) nuôi trồng tảo để phục vụ cho chất đốt
sinh học nói chung và sự khai thác d
ầu nói riêng không phải là một viễn cảnh.
Vi tảo cũng có vai trò trong việc xử lý nước thải, tảo sẽ loại bỏ nitơ và
phospho ra khỏi môi trường nước.
Một số thí nghiệm đã được tiến hành để kiểm tra sự chuyển hóa TN và
TP ra khỏi môi trường nước thải bằng tảo Chlorella như của Luz Estela
Gozález (1997) là người đã phát hiện ra rằng tảo Chlorella vulgaris và
Scenedesmus dimorphus hấ
p thu 95% NH
4
+
và 50% TP trong nước thải. Tảo
được nuôi trong các ống hình trụ và trong bình tam giác, cho thấy trong giai
đoạn đầu thí nghiệm tảo Scenedesmus có hiệu quả hơn trong loại bỏ dinh
dưỡng nhưng ở cuối kỳ thí nghiệm thì tương tự nhau. Thí nghiệm này cho thấy
có thể dùng các vi tảo này để xử lý nước thải trên các dòng sông ở Colombia.
Sirance Sreesai and Preeda Pakpain (2007) đã nghiên cứu khả năng loại
bỏ dinh dưỡng ra khỏi nước thải của tảo Chlorella
vulgaris, được đo lường
bằng hàm lượng TKN và TP. Sự loại bỏ dinh dưỡng cao nhất ở nghiệm thức

nuôi tự nhiên và lượng TKN và TP được loại bỏ khỏi môi trường nước lần
lược là 88% TKN và 68%TP.
2.2. Biogas

15
2.2.1. Một số vấn đề về biogas
Vấn đề năng lượng và môi trường là hai vấn đề lớn được đặc ra cho xã
hội loài người. Ở các nước phát triển và đang phát triển, Chính phủ và các nhà
khoa học đang tìm nhiều nguồn năng lượng thay thế dầu hỏa vì sản lượng dầu
có hạn mà nhu cầu con người thì vô hạn. Bên cạnh việc phát triển thì vấn đề ô
nhiễm môi trường, trong đó có ô nhiễ
m chất thải trong sinh hoạt và chăn nuôi
đang được quan tâm khắc phục.
Biogas là biện pháp giải quyết phần nào 2 vấn đề trên bởi vì nó giúp
chuyển các chất hữu cơ sang khí sinh vật đốt trực tiếp để nấu ăn hoặc thấp
sáng, hoặc sử dụng gián tiếp thành nhiên liệu cho các động cơ cung cấp điện
năng, động năng. Các nước có nhiều hầm ủ biogas như Trung Quốc 7 – 8 triệu
hầm khí sinh vật. Ấn Độ 100.000 hầm, Hàn Quốc 29.000 hầm. Phần lớn ở các
nước đang phát triển người ta sử dụng 2 hình thức thiết kế cơ bản là: hầm sinh
khí cố định, hầm sinh khí có nắp di động và hầm sinh khí dạng túi. Nhiệt độ
thích hợp cho vi khẩn sản sinh khí CH
4
, một loại từ 30 – 40
0
C và một loại ở 50
– 60
0
C (Nguyễn Duy Thiện, 2001).

HÌNH 2.3. (A). Hầm sinh khí kiểu vòm cố định; (B). Hầm sinh khí có

nắp đậy di động; (C). Hầm sinh khí dạng túi.
Phân hủy kỵ khí là một quá trình sinh học, các chất hữu cơ bị phân hủy
trong điều kiện thiếu Oxy cuối cùng sẽ sinh ra khí gas. Khí gas được sử dụng
trong nấu ăn, sinh nhiệt, sinh điện năng và bùn dinh dưỡng. Quá trình này trải
qua 3 giai đoạn (Carina C. Gunnarsson and Cecilia Mattsson Petersen, 2005).

16

Hinh 2.4. Quá trình lên men kỵ khí
Giai đoạn thủy phân: Các chất hữu cơ trong nước thải phần lớn là các
chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate… một vài chất
dạng không hòa tan. Các chất hữu cơ cao phân tử bị phân hủy bởi các enzim
ngoại bào được sản sinh bởi các vi sinh vật. sản phẩm của giai đoạn này là các
chất hữu cơ có phân tử nhỏ hơn.
Giai đoạn sinh acide: các chấ
t hữu cơ sinh ra ở giai đoạn trên sẽ
chuyển thành acide acetic, H
2,
CO
2
bởi vi khuẩn Acetogenic.
Giai đoạn sinh methane: các sản phẩm của giai đoạn sinh acid được
chuyển đổi thành methane. Các vi khuẩn sinh methane sử dụng acid acetic,
methanol, CO
2
, H
2
O làm nguyên liệu sản sinh ra methane trong đó acid acetic
là nguyên liệu chính (Lăng Ngọc Huỳnh, 2003).
2.2.2. Biogas và lục bình (Eichhornia Crassipes)

Theo Carina C. Gunnarsson and Cecilia Mattsson Petersen, 2005 thì lục
bình chứa nhiều Nitrogen, đến 3.2% vật chất khô. Tỷ lệ C/N là 15:1, có thể
làm phân hoặc làm biogas. Chất thải từ quá trình sinh khí gas cũng chứa nhiều
dưỡng chất và cũng có thể làm phân bón. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng
thường xuyên, biogas là một giải pháp tối ưu, nhưng điều đó lại bị
cản trở bởi
khả năng đầu tư và trình độ kỹ thuật. Nếu trộn lục bình và phân động vật đem
ủ gas thì sẽ sinh nhiều gas hơn chỉ có lục bình. Khí gas sinh ra có thể chứa
60% methane.
Lục bình là một loại bèo có rất nhiều trên các sông rạch của Đồng bằng
sông Cửu Long, trước đây lục bình được dùng để làm các đồ thủ công, ủ phân,
cho gia súc ăn… nhưng hiện nay lục bình còn được sử
dụng vào một mục đích
khác đó là sản xuất gas sinh học với dự án VIE/020 Water Hyacinths, được
thực hiện tại Hòa An, Phụng Hiệp, Hậu Giang.(Gia Khiêm, SGTT 06/06/2008,
cập nhật ngày 9/6/2008 từ
www.vietlinh.vn).
Các kết quả cho thấy lượng biogas sinh ra từ nước ép lục bình, nước ép
Lục Bình + 5% phân heo và nước ép lục bình + 10% phân heo là 0,317 m
3

17
methane/kg COD bị loại bỏ, 0,31 m
3
methane/kg COD bị loại bỏ và 0,317 m
3
methane/kg COD bị loại bỏ theo thứ tự. Nước ép lục bình thích hợp để sản
xuất biogas, tuy nhiên hàm lượng chất hữu cơ của nước ép lục bình sau quá
trình lên men yếm khí vẫn còn khá cao, cần phải được xử lý thêm trước khi
thải ra môi trường (Lê Hoàng Việt, 2004).

Một nghiên cứu của O. Almoustapha & ctv, 2009 cho thấy rằng nguồn
biogas sản xuất từ hỗn hợp nước ép lục bình và phân tươi của động vật nhai lại
(t
ỷ lệ 3:1) có thể thay thế củi và trở thành nguồn năng lượng cần của Niamey
(Niger). Sáu hầm sinh khí có thể tích 5m
3
mỗi hầm. chúng sinh ra lượng khí
gas kể cả trong mùa nóng lẫn mùa lạnh lần lược là 0,52m
3
và 0,29m
3
trên m
3
trong 1 ngày.
2.3. Tận dụng chất thải từ hầm ủ biogas
Luz Estela González (1997) sử dụng vi tảo để xử lý nước thải sẽ mang
lại hiệu quả về kinh tế và môi trường thân thiện. sử dụng tảo nuôi trong hệ
thống nước thải là một lời khuyên mang tính thời đại. Vi tảo là sự lựa chọn
cho việc xử lý chất thải, có hiệu quả khi làm giảm những vật chất nguy hiể
m
chẳng hạn như kim loại nặng (Lindholm T., 1998 trích dẫn bởi Maria Asplund,
2008).
Theo Mark Wells, giới thiệu một hệ thống sản xuất nông nghiệp không
có chất thải. Các chất còn lại sau quá trình phân hủy kỵ khí dùng để làm phân
bón cho cây trồng, cho xuống ao nuôi cá để phát triển thức ăn tự nhiên, trồng
rau thủy canh, cho vào bể nuôi tảo Chlorella.

HÌNH 2.5. Hệ thống không có chất thải (www.pmg.org.za)
Cá nuôi trong ao đất 200 m
2

/ao với chất thải từ hầm ủ biogas quy mô
nhỏ có thể đạt năng suất 3,7 tấn/ha/năm. Sinh khối của thực vật phiêu sinh ở

18
trong ao thấp, có thể do có nhiều chất cặn bã do đàn cá khuấy động, và cá
cũng thu được một lượng lớn dinh dưỡng có ý nghĩa từ mạng lưới thức ăn đó.
Ước tính để có 60kg cá hàng năm từ ao 200m
2
với chất thảy từ 6.3m
3
từ hầm
ủ, nó sẽ sinh ra 1.5m
3
gas/ngày đủ cho một gia đình ở nông thôn với 5 nhân
khẩu (P. Edward, C. S. Rajput and C. Pacharaprakiti, 1987).
Tỷ lệ sống của cá chép bón phân từ chất thải của hầm ủ biogas không
bổ sung thức ăn là 100% cao hơn tỷ lệ sống của cá ở trong hồ bón phân gà tây
là 90% (17.000 kg/ha/năm) và bổ sung thêm cám gạo, bánh dầu (Kaur, 1981).
Trong ao xử lý bằng phân gia súc, tỷ lệ sống của cá chép khoảng 93,3% đến
100% (Sandu, 1982; Sood, 1984). Tỷ lệ sống thấp khoảng 62.6% đến 76.8% ở
ao bón phân gà, có sử d
ụng phụ phẩm nông nghiệp (Sehgal và Thomas, 1985).
Như vậy, chất thải từ hầm ủ biogas chất lượng hơn phân sống của động vật,
phân gà tây cho cá chép (Kaur, K. và S. Sehgal, 1987).
Trong những nghiên cứu của Juerg Staudenmann, Ranka junge –
Berberovic (1998) về việc sử dụng nước thải biogas cho một hệ thống gồm
nhiều module liên tiếp: nước thải sẽ đi qua hệ thống module thực vật vĩ mô Æ
module vi tảo Æ module zooplanton Æ module ao nuôi cá kết hợ
p Æ module
các loài thực vật vĩ mô tự nhiên. Hàm lượng dinh dưỡng đi vào hệ thống ban

đầu: N – NO
3
-
, N – NH
4
+
, tổng lân lần lược là 670mg/l, 150mg/l, 95mg/l. Có
đến 36% tổng đạm và 92% tổng phospho được chuyển hóa vào trong sản
phẩm thu hoạch, và đó là cách để loại trừ chúng ra khỏi nước. Với lượng nước
thải từ hầm ủ biogas khoảng 2,6m
3
/ tuần cho 280 m
3
nước của toàn bộ hệ
thống (module thực vật vĩ mô 45m
3
, module vi tảo 27m
3
, module zooplankton
86m
3
, module nuôi cá kết hợp 86m
3
, module loài thực vật vĩ mô tự nhiên
32m
3
). Năng suất cá có thể đạt 5.500 kg/ha/năm.

19
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Thời gian và địa điểm
Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu đa dạng sinh học
Hòa An, Phụng Hiệp, Hậu Giang từ tháng 02 năm 2009 đến tháng 06 năm
2009.
3.2. Vật liệu nghiên cứu
-Bể nuôi tảo 500 lít, keo thuỷ tinh 10 lít
- Hệ thống đèn huỳnh quang, nhiệt kế, pH kế
- Dụng cụ theo dõi mật độ tảo: kính hiển vi, buồng đếm tảo Bucker, pipette tự
động
- Hóa chất: formol cố định mẫu, cồn 70
0
, hóa chất cố định mẫu và phân tích
mẫu môi trường.
- Nước thải từ hầm ủ biogas: nguồn nước thải có từ hầm ủ biogas 4.5 m
3
với
75% phân heo và 25% xác bèo lục bình cắt nhỏ thủy phân 2 ngày trước khi ủ
(bổ sung vào hầm ủ 15kg phân heo/ ngày và 109.2 kg lục bình/tuần). Nguồn
dinh dưỡng của chất thải sẽ căn cứ vào tổng đạm trong dung dịch Walne
(dung dịch chuẩn) là 32 ppm.
BẢNG 3.1. Thành phần hóa chất môi trường Walne (Coutteau, 1996)
Thành phần các chất Lượng
Dung dịch A (dùng 1 – 2 ml cho mỗi lít nước nuôi tảo)
FeCl
3
.6H
2
O 1.30 g
MnCl
2

.4H
2
O 0.36 g
H
3
BO
3
33.60 g
EDTA 45.00 g
NaH
2
PO
4
.2H
2
O 20.00 g
NaNO
3
100.00 g
Dung dịch B 1.00 ml
Nước cất đến 1000.00 ml
Dung dịch B
ZnCl
2
2.10 g
CoCl
2
.6H
2
O 2.00 g

(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.4H
2
O 0.90 g
CuSO
4
.5H
2
O 2.00 g
HCl đậm đặc 10.00 g

20
Nước cất đến 100.00 g
Dung dịch C (0.1 ml cho mỗi lít nước nuôi tảo)
Vitamin B
12
Vitamin B
1
Nước cất đến
Dung dịch D
Na
2
SiO

3
.5H
2
O 40.00 g
Nước cất đến 1000.00 ml
- Nguồn nước: nước kênh để lắng khoảng 1 ngày lấy phần nước trong, sục
Ozon 12 giờ để diệt khuẩn, tiếp tục sục khí 24 giờ để bay hết ozon rồi đem vào
sử dụng.
- Nguồn tảo: từ phòng tảo giống của trường Đại học Cần Thơ
3.3. Bố trí thí nghiệm
3.3.1. Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ

biogas thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella.
Thí nghiệm được thực hiện trong trong bể 500 lít, có sục khí liên tục.
Nhiệt độ nước thay đổi, ánh sáng được cung cấp từ ánh sáng mặt trời. Tảo
Chlorella được nuôi cấy với mật độ ban đầu 500.000 tb/ml.
Thí nghiệm sẽ được bố trí ngẫu nhiên 4 nghiệm thức với 3 lần lập lại
bao gồm:
- NT1: Cấp chất thải hàng ngày theo tỷ l
ệ đạm: 2 ppm N/ngày.
- NT2: cấp chất thải hàng ngày theo tỷ lệ đạm như sau
+ 5 ngày đầu: 1 ppm N/ngày
+ Từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 10: 3ppm N/ngày
+ Từ ngày thứ 11 đến ngày thứ 16: 2ppm N/ngày
- NT3: Cấp chất thải hàng ngày với tỷ lệ 1ppm N/ngày.
- NT4: đối chứng – dung dịch Walne
Thí nghiệm kéo dài trong 7 ngày.
3.3.2. Thí nghiệm 2: tỷ lệ thu hoạch tảo thích hợp trong hệ thống nuôi tảo
Chlorella sử dụng nước thải từ hầ
m ủ biogas.

21
Thí nghiệm được tiến hành ở trong phòng bằng keo 10 lít (thể tích nuôi
8 lít), nhiệt độ ổn định theo ngày đêm, ánh sáng được cung cấp từ 3 bóng đèn
huỳnh quang 1.2m. Tảo Chlorella nuôi cấy với mật độ ban đầu 500.000 tb/ml.
Thí nghiệm sẽ được bố trí ngẫu nhiên 4 nghiệm thức với 3 lần lặp lại bao gồm:
- NT1: thu hoạch 10% mỗi ngày
- NT2: thu hoạch 30% mỗi ngày
- NT3: thu hoạch 50% mỗi ngày
- NT4: không thu hoạch – đố
i chứng
- Thí nghiệm được thực hiện trong 10 ngày
- Nguồn nước thải từ hầm ủ biogas đưa vào thí nghiệm với lượng 2ppm
N/ngày (NT2ppm của thí nghiệm 1 có mật độ tảo cao nhất).
- Thu hoạch: thu hoạch từ ngày thứ 4 của thí nghiệm. thu hoạch mỗi
ngày, dùng ống hút nhựa để rút nước trong các keo nuôi tảo theo tỷ lệ
thu hoạch ở các NT10%, NT30%, NT50%, NT0% tương ứng là 0,8 lít,
2,4 lít, 4 lít và 0 lít nước trong keo. Sau đó bổ sung nướ
c mới bù lại
lượng nước đã thu đến 8lít.
3.4. Thu thập, tính toán và xử lý số liệu
- Các thông số theo dõi: nhiệt độ, ánh sáng, pH, TAN, TN, TP, mật độ
tảo.
- Ánh sáng: theo dõi hàng ngày bằng máy đo cường độ ánh sáng
- pH: theo dõi hàng ngày bằng máy đo pH
Các chỉ tiêu sau sẽ thu mẫu 3 ngày/lần:
- TAN: phân tích theo phương pháp Indo – phenol blue
- TN: NO
3
-

phân tích theo phương pháp Salicilate
- TP: phân tích theo phương pháp Molibden blue
- Mật độ tảo: Thu mẫu lúc 10 giờ sáng mỗi ngày bằng cách sử dụng
micropipet 1ml và cố định mẫu bằng formol 100µl. Và xác định bằng
buồng đếm Burker. Xác định mật độ tảo theo Coutteau (1996).
Số tế bào tảo/ml = ((n
1
+ n
2
)/160) x 10 x d
Trong đó :

22
n
1
: Số tế bào ở buồng đếm thứ nhất
n
2
: Số tế bào ở buồng đếm thứ hai
d: Hệ số pha loãng
*Xử lý số liệu
Số liệu được xử lý với bảng tính Excel và chương trình SPSS với
ANOVA (phép thử Ducan test) một nhân tố để so sánh sự khác biệt có ý nghĩa
thống kê giữa các nghiệm thức với P<0,01 và P<0,05.

23
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas
thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella.
4.1.1. Các yếu tố môi trường

4.1.1.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ
28
29
30
31
32
33
34
02468
Ngày
Sáng
Chi ều

HÌNH 4.1. Nhiệt độ trong bể tảo
Nhiệt độ trong suốt thời gian thí nghiệm không có sự biến động lớn.
Nhiệt độ trung bình 28,8 ± 0,4
0
C lúc 9 giờ sáng và nhiệt độ vào 14 giờ chiều
trung bình là 32,9±0,8
0
C. Đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho tảo Chlorella
phát triển (Liao, 1983).
4.1.1.2. Ánh sáng
Trong thời gian thí nghiệm là mùa mưa nên cường độ ánh sáng thay đổi
liên tục qua các ngày. Cường độ ánh sáng vào lúc 9 giờ sáng trung bình
14.395 ± 3.642 lux, buổi chiều là 20.162 ± 2.995 lux.


24

Lux
5000
10000
15000
20000
25000
30000
12345678
ngày
Sáng chiều

HÌNH 4.2. Cường độ ánh sáng trong bể tảo
Qua HÌNH 4.2. cho thấy cường độ ánh sáng thấp nhất vào ngày thứ 5
trong chu kỳ nuôi là 7895 lux do trời mưa. Tuy nhiên, cường độ ánh sáng tăng
lên vào buổi chiều (18746 lux). Nhìn chung cường độ ánh sáng trong suốt thời
gian thí nghiệm thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella. Theo Oh-Hama
và ctv (1986) cường độ ánh sáng cho quá trình quang hợp của tảo Chlorella là
4.000 – 30.000 lux tùy loài. Theo Siranee Sreesai and Preeda Pakpain (2007)
nuôi tảo Chlorella vulgaris bằng ánh sáng tự nhiên cường độ ánh sáng dao
động từ
2.500 – 9000 lux cho sinh khối cao hơn nuôi ở cường độ ánh sáng cố
định 3000 lux, 5000 lux và 8000 lux.
4.1.1.3. pH
pH trung bình qua các ngày thí nghiệm là 8,6 ± 0.3 trong đó cao nhất là
9,6 ± 0,1 và thấp nhất là 7,3. Theo Trần Thị Thủy, 2008 Tảo Chlorella phát
triển tốt nhất khi pH từ 8 – 9, theo đề nghị của Coutteau, 1996 thì pH tối ưu
cho tảo là 8,2 – 8,7. pH trong các nghiệm thức ở khoảng thích hợp cho sự phát
triển của tảo Chlorella.
Qua HÌNH 4.3 cho thấy không có sự khác bịêt về pH giữa các nghiệm
thức cụ thể giá tr

ị pH ở NT2ppm, NT thay đổi, NT1ppm và NT Walne lần
lược là 8,9±0,9; 8,7±0,8; 8,6±0,8; 8,2±0,5. Bắt đầu từ ngày thứ 3 pH cao hơn
9,0 ở các nghiệm thức sử dụng chất thải do lúc này tảo đã thích nghi với môi
trường mới, tảo tăng trưởng nhanh. Giá trị pH phụ thuộc vào nhiều yếu tố, pH
tăng là do tảo phát triển hấp thu CO
2
cho quá trình quang hợp làm thay đổi
hàm lượng cacbonate – bicacbonate, đồng thời tảo hấp thu NO
3
làm pH tăng
(Oh – Hama, 1986). Quá trình phân hủy tảo chết làm gia tăng lượng CO
2
, pH
giảm nhẹ vào cuối thí nghiệm cùng với sự suy tàn của tảo.

25