ứng dụng vi tảo chlorella sp. để xử lý đạm, lân trong nước thải nhà máy thủy sản trên địa bàn thành phố cần thơ.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.64 MB, 60 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐAI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC
ỨNG DỤNG VI TẢO Chlorella sp. ĐỂ XỬ LÝ ĐẠM, LÂN
TRONG NƯỚC THẢI NHÀ MÁY THỦY SẢN
TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ CẦN THƠ.
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
PGS.TS. NGUYỄN HỮU HIỆP NGUYỄN MỸ THÙY
MSSV: 3092512
Lớp: CNSH TT K35
Cần Thơ – 12/2013
PHẦN KÝ DUYỆT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(ký tên) (ký tên)
Nguyễn Hữu Hiệp Nguyễn Mỹ Thùy
DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(ký tên)
LỜI CẢM TẠ
Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy
cô, các anh chị, và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Quý Thầy Cô ở Viện NC và PT Công nghệ Sinh học đã giảng dạy, quan tâm, và
tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp.
PGS. TS Nguyễn Hữu Hiệp – cán bộ hướng dẫn khoa học, đã tận tình truyền
đạt kiến thức và giúp đỡ em hoàn thành đề tài.
Dự án AKIZ, điều phối viên của dự án – Ông René Henrich, và các anh chị, và
các bạn làm việc trong dự án đã tận tình giúp đỡ, chỉ dẫn, và tạo điều kiện để giúp em
hoàn thành luận văn.
Cán bộ phòng thí nghiệm: chị Trần Trà My, chị Nguyễn Thị Thúy Duy đã tận
tình hướng dẫn em trong quá trình tiến hành các thí nghiệm.
Tập thể các anh chị học viên Cao học và các bạn sinh viên trong phòng thí
nghiệm Vi sinh vật đất đã tận tình giúp đỡ và động viên em.
Gia đình và bạn bè đã chia sẻ và giúp đỡ em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2013
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
i
TÓM LƯỢC
Mục tiêu của đề tài là xác định khả năng phát triển của vi tảo Chlorella
sp. trong hai loại nước thải khác nhau và sự liên quan giữa sự tăng trưởng của
vi tảo và tỉ lệ đạm, lân trong nước thải bị loại bỏ. Hai loại nước thải được sử
dụng trong nghiên cứu là: nước thải thủy sản sau khi xử lý tuyển nổi (nước thải
tuyển nổi) và nước thải thủy sản sau khi xử lý kỵ khí (nước thải kỵ khí). Sau 5
ngày theo dõi, vi tảo Chlorella sp. đạt mật số 2,17 x 10
6
tế bào/mL trong nước
thải tuyển nổi, 1,10 x 10
6
tế bào/mL trong nước thải kỵ khí. Vi tảo Chlorella sp.
đã loại bỏ 89,74% tổng lân, 31,11% tổng đạm, 70,38% COD trong nước thải
tuyển nổi. Trong khi, vi tảo Chlorella sp. chỉ loại bỏ 61,07 % tổng lân , 7,03%
tổng đạm, 60,38% COD trong nước thải kỵ khí. Nước thải tuyển nổi được vi tảo
Chlorella sp. xử lý đến 70,38% COD, đạt Tiêu Chuẩn Nuớc Thải Việt Nam
1996. Kết quả của nghiên cứu cho thấy, vi tảo Chlorella sp. phát triển tốt hơn
trong nước thải tuyển nổi, mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc ứng dụng vi
tảo Chlorella sp. trong để xử lý nước thải.
Từ khóa: Chlorella sp.,COD, nước thải tuyển nổi, nước thải kỵ khí, tổng đạm,
tổng lân.
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
ii
MỤC LỤC
PHẦN KÝ DUYỆT
LỜI CẢM TẠ
TÓM LƯỢC i
MỤC LỤC ii
DANH SÁCH BẢNG v
DANH SÁCH HÌNH vi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu đề tài 1
CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2
2.1 Vi tảo Chlorella sp. 2
2.1.1 Phân loại 2
2.1.2 Đặc điểm chung 2
2.2 Tổng quan về nước thải thủy sản. 2
2.2.1 Các chất hữu cơ 3
2.2.2 Chất dinh dưỡng (N, P) 3
2.3 Ô nhiễm phospho. 3
2.3.1 Sodium tripoly phosphate 3
2.3.2 Acid nucleic, phospholipid 4
2.4 Ô nhiễm nitơ 5
2.5 Dự án AKIZ 5
2.6 Sơ lược về quy trình xử lý kỵ khí nước thải nhà máy thủy sản ở Tiểu dự
án số 3 – Dự án AKIZ. 7
2.6.1 Xử lý cơ học/ hóa học 8
2.6.2 Xử lý sinh học 9
2.7 Tình hình nghiên cứu 10
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
iii
3.1 Phương tiện thí nghiệm 12
3.1.1 Địa điểm nghiên cứu 12
3.1.2. Thời gian thực hiện 12
3.1.3. Nguyên vật liệu 12
3.1.4. Hóa chất 13
3.1.5. Thiết bị - dụng cụ 13
3.2. Phương pháp thí nghiệm 14
3.2.1 Nuôi tăng sinh 14
3.2.2 Xác định khả năng xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản của vi
tảo Chlorella sp. 17
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18
4.1 Tính chất của hai loại nước thải đầu vào. 18
4.2 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp. trong hai loại nước thải. 19
4.2.1 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải tuyển
nổi. 19
4.2.2 Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải kỵ khí. 20
4. 3 Khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải tuyển
nổi so với đối chứng. 22
4.3.1 Khả năng xử lý đạm 22
4.3.2 Khả năng xử lý lân 24
4.3.3 Khả năng xử lý COD 25
4.4 Khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải kỵ khí
so với đối chứng. 25
4.4.1 Khả năng xử lý đạm 25
4.4.2 Khả năng xử lý lân 27
4.4.3 Khả năng xử lý COD 28
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
iv
4.5 Khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải tuyển
nổi so với khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải kỵ
khí. 29
4.6 So sánh tính chất hai loại nước thải sau khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp.
với Tiêu Chuẩn Nước Thải Việt Nam 1996. 32
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33
5.1. Kết luận 33
5.2. Đề nghị 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO 34
Tài liệu tham khảo tiếng Việt 34
Tài liệu tham khảo tiếng Anh 34
Website 38
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Kết quả
Phụ lục 2: Xử lý thống kê
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
v
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Thành phần hóa chất trong môi trường BBM cải tiến (Stein, 1973) 13
Bảng 2. Tính chất của hai loại nước thải trước khi xử lý bằng vi tảo Chlorella
sp. 19
Bảng 3. Hàm lượng NO
3
-
, NO
2
-
trong nước thải tuyển nổi. 23
Bảng 4. Hàm lượng NO
3
-
, NO
2
-
trong nước thải kỵ khí. 27
Bảng 5. So sánh tính chất của hai loại nước thải sau khi xử lý bằng vi tảo
Chlorella sp. 30
Bảng 6. Tính chất của hai loại nước thải sau khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp.
32
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
vi
DANH SÁCH HÌNH
Hình 1: Vi tảo Chlorella sp. 2
Hình 2. Sodium Tripolyphosphate ( Na
5
P
3
O
10
) 4
Hình 3: Acid Nucleic (DNA) 4
Hình 4: Phospholipid 5
Hình 5: Khu công nghiệp Trà Nóc, thành Phố Cần Thơ. 6
Hình 6: Logo của dự án AKIZ. Error! Bookmark not defined.
Hình 7: Nhà máy thí điểm, tiểu dự án số 3, dự án AKIZ: Mô hình xử lý kỵ khí
nước thải thủy sản. 7
Hình 8: Sơ đồ quy trình xử lý cơ học và sinh học. 8
Hình 9: Mô hình xử lý tuyển nổi. 9
Hình 10. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải kết hợp thu hồi năng lượng bằng
phương pháp kỵ khí. (Địa điểm thu mẫu) 12
Hình 11. Quá trình nhân giống tảo: (a) 5ml vi tảo trong ống nghiệm, (b) 150ml
vi tảo trong bình tam giác có thể tích 250 ml, (c) 500ml vi tảo trong bình tam
giác có thể tích 1000ml. 14
Hình 12. (a) Buồng đếm hồng cầu với dấu X đỏ là khu vực cần đếm (5 ô). (b) 1
ô nhỏ trong 5 ô và cách đếm tế bào trong ô 16
Hình 13. Nước thải đã được chủng vi tảo Chlorella sp, sục khí 10ml/s, chiếu
sáng liên tục. 17
Hình 14: Hai loại nước thải trước khi xử lý bằng vi tảo Chlorella sp. 18
Hình 15. Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải tuyển nổi.
20
Hình 16. Đường tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải sau khi xử
lý kỵ khí. 21
Hình 17: Nước thải tuyển nổi có chủng vi tảo Chlorella sp so với đối chứng. 22
Hình 18. Khả năng xử lý đạm của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải tuyển nổi.
23
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
vii
Hình 19. Phần trăm PO
4
và Tổng lân trong nước thải tuyển nổi bị được vi tảo
Chlorella sp. loại bỏ so với đối chứng. 24
Hình 20. Phần trăm COD trong nước thải tuyển nổi được vi tảo Chlorella sp.
loại bỏ so với đối chứng. 25
Hình 21: Nước thải kỵ khí có chủng vi tảo Chlorella sp so với đối chứng. 26
Hình 22. Khả năng xử lý đạm của vi tảo Chlorella sp. trong nước thải kỵ khí. 26
Hình 23. Phần trăm PO
4
và Tổng lân trong nước thải kỵ khí được vi tảo
Chlorella sp. loại bỏ so với đối chứng. 28
Hình 24. Phần trăm COD trong nước thải kỵ khí được vi tảo Chlorella sp. loại
bỏ so với đối chứng. 29
Hình 25: Nước thải tuyển nổi và nước thải kỵ khí sau khí xử lý bằng vi tảo
Chlorella sp. 31
Hình 26. Phần trăm NH
4
, tổng đạm, PO
4
, tổng lân, COD trong hai loại nước thải
được vi tảo Chlorella sp. loại bỏ. 32
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35 - 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
viii
TỪ VIẾT TẮT
KCN: Khu công nghiệp.
NT: Nghiệm thức.
ĐC: Đối chứng.
COD: Chemical Oxygen Demand.
BBM: Bold’s Basal Medium.
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Thủy sản là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam ra thị
trường thế giới. Năm 2012, xuất khẩu thủy sản chiếm 5,3% trong tổng kim ngạch các
mặt hàng xuất khẩu. Xuất khẩu thủy sản giúp tăng thu nhập của người dân, góp phần
phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, nước thải trong quá trình chế biến thủy sản đã làm
ô nhiễm trầm trọng môi trường nước ở Việt Nam (Tổng cục thống kê Việt Nam,
2012).
Bởi vì nước thải thủy sản không chỉ chứa các hợp chất hữu cơ (chất béo, xương,
thịt cá bị phân hủy) mà còn chứa các hợp chất hóa học được sử dụng trong quá trình
chế biến thủy sản như natri tripoly phosphate, clorua nên các phương pháp xử lý nước
thải truyền thống không thể xử lý nước thải thủy sản hiệu quả như mong đợi. Hơn nữa,
phương pháp xử lý truyền thống có giá thành cao, nên các công ty thủy sản không thể
áp dụng các phương pháp này vào thực tế. Vì vậy, hậu quả là tầng nước mặt ngày càng
bị ô nhiễm trầm trọng hơn.
So với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống, ứng dụng vi tảo để xử lý
nước thải có nhiều ưu điểm hơn. Tảo, hay vi tảo có khả năng phát triển trong hầu hết
các loại nước thải. Các hoạt động sinh học của tảo giúp lấy đi các chất hữu cơ và dinh
dưỡng trong nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá
trình quang hợp. Bên cạnh, thông qua việc xử lý nước thải bằng vi tảo, các mầm bệnh
có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt nhờ vào sự thay đổi pH trong ngày do ảnh hưởng của
quá trình quang hợp của tảo, và sự tiếp xúc của các mầm bệnh với ánh sáng mặt trời.
Vì những lý do trên, tôi tiến hành đề tài: “Ứng dụng vi tảo Chlorella sp. để xử lý
đạm, lân trong nước thải nhà máy thủy sản trên địa bàn thành phố Cần Thơ”.
1.2 Mục tiêu đề tài
Xác định khả năng xử lý đạm, lân của vi tảo Chlorella sp., trong việc xử lý nước
thải nhà máy thủy sản trên địa bàn thành phố Cần Thơ.
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
2
CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Vi tảo Chlorella sp.
2.1.1 Phân loại
Ngành: Chlorophyta
Lớp: Trebouxiophyceae
Bộ: Chlorellales
Họ: Chlorellaceae
Giống: Chlorella
2.1.2 Đặc điểm chung
Chlorella là một chi của tảo xanh đơn bào, thuộc về ngành Chlorophyta.
Chlorella có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2 - 10 μm và không có tiên mao.
Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll - a và b trong lục lạp.
Thông qua quang hợp nó phát triển nhanh chóng chỉ cần có khí carbon dioxide, nước,
ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khoáng chất để tái sản xuất. Tên Chlorella
được lấy từ tiếng Hy Lạp "chloros" có nghĩa là màu xanh lá cây và phần hậu tố lấy từ
tiếng Latin có nghĩa là "nhỏ bé".
2.2 Tổng quan về nước thải thủy sản.
Nước thải trong nhà máy chế biến thủy sản phần lớn là nước thải trong quá trình
sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và
nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến.
Nguồn gây ô nhiễm chính là nước thải trong sản xuất. Nước thải nhà máy chế
biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được xử lý sẽ gây ô
nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực.
Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản có thể thấm
xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm.
Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó
xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt.
Hình 1: Vi tảo Chlorella sp.
(Nguồn: 17/11/2013)
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
3
Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải nhà máy chế
biến thuỷ sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy
sinh vật.
2.2.1 Các chất hữu cơ
Các chất hữu cơ chứa trong nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị
phân hủy. Trong nước thải chứa các chất như carbohydrate, protein, chất béo. Khi xả
vào nguồn nước, các chất này sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, do vi
sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới
50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá. Sự giảm hàm
lượng oxy hòa tan không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả
năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và
công nghiệp.
2.2.2 Chất dinh dưỡng (N, P)
Nồng độ các chất nitơ, phospho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các
loài tảo, đến mức độ giới hạn, tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy.
Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng
nước của thủy vực. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến
cho bên dưới không có ánh sáng. Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị
ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng
tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước.
2.3 Ô nhiễm phospho.
Nguồn phát thải phospho trong nước thải chế biến thủy sản chủ yếu từ: Sodium
tripoly phosphate, acid nucleic và phospholipid.
2.3.1 Sodium tripoly phosphate
Sodium tripoly phosphate là một loại muối phosphate (Hình 2) được dùng trong
quy trình chế biến thủy sản với vai trò là chất phụ gia thực phẩm dùng để ngâm thủy
sản; tác dụng của nó là giữ nước cho thủy sản, ngăn quá trình phân hủy protein. Ngoài
việc chống thoát nước sodium tripolyphosphate còn có khả năng ức chế quá trình oxy
hóa bằng cách tạo phức với ion dễ bị oxy hóa như sắt và đồng cho nên có thể làm
chậm quá trình đổi màu và ôi thiu của thủy sản; liều lượng sử dụng tuỳ thuộc vào yêu
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
4
cầu kỹ thuật của quy trình sản xuất có thể sử dụng từ 1% - 3% trong dung dịch nước
ngâm, tỉ lệ thủy sản/nước ngâm là 1/1. Có khoảng 50% quy trình chế biến có sử dụng
sodium tripoly phosphate. Như vậy nếu tính sản lượng chế biến xuất khẩu bình quân
thì hàng ngày các nhà máy chế biến thủy sản ở Cần Thơ sử dụng 3000 kg sodium
tripoly phosphate để ngâm thủy sản và chất này chỉ được thủy sản hấp thu một phần
nhỏ còn lại theo nước thải thải ra môi trường.
Hình 2. Sodium Tripolyphosphate ( Na
5
P
3
O
10
)
(Nguồn: 30/05/09)
2.3.2 Acid nucleic, phospholipid
Acid nucleic và phospholipid (Hình 3,4) bị phóng thích trong quá trình sơ chế
thủy sản dưới vòi nước chảy, cấu trúc này bị bẻ gãy giải phóng phospho.
Hình 3: Acid Nucleic (DNA)
(Nguồn: 20/04/09).
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
5
Hình 4: Phospholipid
(Nguồn: 20/04/09).
2.4 Ô nhiễm nitơ
Trong nước tự nhiên và nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại ở ba dạng: các
hợp chất hữu cơ, amoni, các hợp chất dạng oxy hóa (nitrite, nitrate). Trong nước thải,
nitơ tồn tại dạng vô cơ và hữu cơ.
Chu trình biến đổi các hợp chất nitơ trong nước thải gồm: thủy phân các phân tử
hữu lớn (protein) thành các acid amin và tiếp tục thành amoniac. Một phần amoniac
hình thành từ thủy phân được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào (Trần Văn Nhân
et al., 1990)
Nếu không được loại bỏ thì nitơ sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú
dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng nitơ cao, trong đó
các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước
trở nên ô nhiễm.
2.5 Dự án AKIZ
Trong những năm qua, nền kinh tế của Việt Nam phát triển mạnh mẽ, góp phần
phát triển kinh tế xã hội, cải thiện đời sống của người dân. Tuy nhiên, cùng với sự phát
triển đó, hiện nay ở Việt Nam có khoảng hơn 200 khu công nghiệp (KCN) được cấp
phép hoạt động mà không có hệ thống xử lý nước thải bền vững, làm ô nhiễm môi
trường trầm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe, cuộc sống của người dân. Để giải quyết
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
6
thách thức này, AKIZ - một dự án song phương, hợp tác giữa hai nước Việt Nam và
Đức được thành lập, đặt tại KCN Trà Nóc, thành phố Cần Thơ, thuộc khu vực Đồng
bằng sông Cửu Long. AKIZ là dự án hợp tác nghiên cứu Việt – Đức, nhằm mục đích
phát triển chiến lược quản lý nước thải tổng hợp cho KCN, đảm bảo toàn bộ hệ thống
nước thải vận hành hiệu quả và bền vững. Bên cạnh, dự án còn nghiên cứu giải quyết
vấn đề xử lý nước thải tập trung và phi tập trung, sự liên kết giữa lập kế hoạch tài
chính và kỹ thuật, cơ chế tính toán biểu phí và phân bổ chi phí.
Hình 5: Khu công nghiệp Trà Nóc, thành Phố Cần Thơ.
(Nguồn: Ảnh chụp: 04/09/2013)
Dự án tổng thể bao gồm sáu tiểu dự án chính, mỗi tiểu dự án do đối tác Việt
Nam và Đức cùng thực hiện:
Tiểu dự án 1: Điều phối dự án nghiên cứu chung và phát triển chiến lược quản lý tổng
hợp.
Tiểu dự án 2: Thải loại chất độc bằng xử lý hóa – lý.
Tiểu dự án 3: Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí kết hợp thu hồi năng lượng.
Tiểu dự án 4: Tái tạo nguyên liệu có giá trị bằng công nghệ lọc màng.
Tiểu dự án 5: Phát triển và vận hành phòng thí nghiệm trong công-ten-nơ và quan trắc
môi trường.
Tiểu dự án 6: Giải pháp quản lý bùn thải.
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
7
Dự án hợp tác này do Bộ Giáo dục và Nghiên cứu CHLB Đức (BMBF) và Bộ
Khoa học và Công nghệ nước CHXHCN Việt Nam (MOST) cũng như các đối tác
công nghiệp Đức tài trợ. Tổng ngân sách của dự án là hơn 10 triệu EUR.
Hình 6: Logo của dự án AKIZ
(Nguồn: 12/08/2013)
2.6 Sơ lược về quy trình xử lý kỵ khí nước thải nhà máy thủy sản ở Tiểu dự án số
3 – Dự án AKIZ.
Hình 7: Nhà máy thí điểm, tiểu dự án số 3, dự án AKIZ: Mô hình xử lý kỵ
khí nước thải thủy sản.
(Nguồn: Ảnh chụp 07/09/2013)
Nhà máy thí điểm này hiện đang xử lý nước thải thủy sản. Vì nước thải thủy sản
chứa nhiều hợp chất hữu cơ (mỡ, máu cá, và các chất thải trong quá trình chế biến thủy
sản) nên làm nồng độ COD trong nước thải thủy sản cao. Nhà máy thí điểm ở tiểu dự
án số 3 xử lý được đến 75% COD và có thể xử lý đến 1000 lít nước thải/ ngày. Nhà
máy thí điểm này chỉ được xây dựng cho mục đích nghiên cứu, vì vậy không thế xử lý
toàn bộ lượng nước thải ra từ quy trình chế biến thủy sản. Bằng quy trình xử lý kỵ khí,
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
8
khí biogas được sản sinh ra từ những việc phân hủy hợp chất hữu cơ. Khí biogas này
chứa nhiều methane, vì vậy có thể sử dụng để đun nấu.
Quy trình xử lý kỵ khí của nhà máy thí điểm ở tiểu dự án số 3 gồm 2 bước
chính: xử lý cơ học/ hóa học (trung hòa pH, kết cụm, tuyển nổi, lắng đọng); xử lý sinh
học (xử lý kỵ khí, sản sinh biogas)
2.6.1 Xử lý cơ học/ hóa học
Hình 8: Sơ đồ quy trình xử lý cơ học và sinh học.
(Nguồn: 07/09/2013)
Mục đích của quá trình tuyển nổi là để tách chất béo, dầu mỡ, và chất rắn lơ
lửng trong nước thải. Nước thải được bơm từ dây chuyền chế biến thủy sản đến bể
đồng nhất, tại đây nước thải được trữ lại và đồng nhất hóa. Sau đó, nước thải được
bơm vào bể trung hòa, khuấy đều và thiết lập các giá trị pH bằng 7, trước khi được
bơm lên bể tạo dòng. Trong bể tạo dòng, nước thải được bơm ngược chiều trọng lực,
để hấp thu được nhiều khí hơn. Tiếp theo, nước thải với áp suất cao này chảy vào bể
tuyển nổi có điều kiện áp suất bình thường. Do đó, không khí hòa tan trong nước thải
được tách ra khỏi nước, tạo ra các bong bóng nhỏ, được kết nối với các vật liệu rắn
(dầu, mỡ, chất rắn lơ lửng) và nổi lên bề mặt . Các chất rắn nổi trên bề mặt này được
loại bỏ. Nước từ bể tuyển nổi chảy vào bể chứa bùn và được sử dụng cho quá trình kỵ
khí tiếp theo.
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
9
2.6.2 Xử lý sinh học
Hình 9: Mô hình xử lý tuyển nổi.
(Nguồn: 07/09/2013)
Nước thải thủy sản được bơm từ bể chứa bùn vào bể tiền acid hóa. Trong bể
tiền axit hóa, bùn được tự động thêm vào, để thiết lập một giá trị pH ổn định, bởi vì
các vi sinh vật trong bể kỵ khí rất nhạy cảm với pH (giá trị pH thường dao động từ 6-
8). Trong bước tiếp theo, nước thải chảy vào lò phản ứng kỵ khí, tạo ra một hỗn hợp
bùn kỵ khí với nước thải. Nước thải được đẩy từ dưới lên phía trên thông qua các lò
phản ứng kỵ khí. Hệ thống có một lớp phủ cách nhiệt để duy trì nhiệt độ ổn định là
35°C - nhiệt độ cần thiết cho quá trình kỵ khí. Khi đạt được mực nước cao nhất, nước
bắt đầu chảy vào bể lắng. Tại đây, sinh khối/bùn kỵ khí trầm tích ở dưới cùng của bể
được bơm trở lại các lò phản ứng kỵ khí, nước sạch đã được xử lý thoát ra ngoài qua
hệ thống thoát nước. Một bể lắng thứ cấp cần thiết để thu hồi lại bùn kỵ khí trong hệ
thống. Nếu bùn kỵ khí bị mất khỏi hệ thống, toàn bộ hệ thống sẽ ngưng hoạt động.
Xử lý kỵ khí là bước tiền xử lý, chỉ quan tâm đến tái tạo năng lượng, sản sinh
biogas bằng cách phân hủy các hợp chất hữu cơ có nồng độ COD cao trong nước thải,
nhưng phương pháp này chưa quan tâm đến loại bỏ đạm, lân trong nước thải. Để xử lý
toàn diện nước thải thủy sản, cần thêm bước xử lý hiếu khí vì xử lý hiếu khí giúp loại
bỏ đạm, lân trong nước thải. (Đạm, lân là những hợp chất chủ yếu gây ra hiện tượng
phú dưỡng, tảo nở hoa trên tầng nước mặt, tổn hại hệ sinh thái).
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
10
2.7 Tình hình nghiên cứu
Theo Maestrini, S.Y. (1986), trong giai đoạn trễ pha, vi tảo Chlorella vulgaris
không phát triển, không có sự hấp thụ cacbon vô cơ, và hàm lượng nitơ được loại bỏ
cũng rất ít từ 7.7±0.19 mg/L xuống 7.6±0.24 mg/L. Trong giai đoạn phát triển nhanh,
nồng độ cacbon vô cơ giảm mạnh, tương ứng, nồng độ nitơ cũng giảm nhanh từ
7.6±0.24 mg/L to 3.4±0.17 mg/L. Tổng sinh khối của vi tảo tăng lên trong suốt thời
gian nuôi cấy tương ứng với tổng lượng cacbon vô cơ và nitơ được loại khỏi môi
trường nuôi cấy.
Theo nghiên cứu “Các chất dinh dưỡng trong nước thải được loại bỏ bởi vi tảo
Chlorella pyrenoidosa và Scenedesmus sp.” của Tam, N.F.Y. và Wong, Y.S. vào
09/1988 ở Hồng Kong. Ban đầu, vi tảo Chlorella pyrenoidosa được chủng vào nước
thải với 2 nồng độ: nồng độ cao 1,16 x 10
7
tế bào/ml, nồng độ thấp 1,06 x 10
5
tế
bào/ml. Tương tự, Scenedesmus sp. cũng được chủng vào nước thải với 2 nồng độ
khác nhau: nồng độ cao 6,06 x 10
5
tế bào/ml, nồng độ thấp: 1,02 x 10
5
tế bào/ml. Với
nồng độ cao, 91,5 % NH
4
+
-N được loại bỏ bởi vi tảo Chlorella và 96,5 % NH
4
+
-N
trong nước thải được loại bỏ bởi vi tảo Scenedesmus sau 3 ngày xử lý. Khả năng loại
bỏ nitơ của vi tảo, đặc biệt là NH
4
+
-N ảnh hưởng bởi hai nhân tố: sự hấp thụ trực tiếp
nitơ bởi vi tảo, và sự hấp thụ nitơ dưới dạng NH
3
. Sự loại bỏ nitơ trong NH
3
diễn ra
dưới điều kiện hiếu khí. Vi tảo ưu tiên sử dụng NH
4
+
và các dạng khử khác của nitơ
trong nước thải hơn là NO
3
-
và NO
2
-
(Matusiak et al., 1976). Nghiên cứu khác chứng
minh là NO
3
-
chỉ được vi tảo sử dụng khi nồng độ NH
4
+
-N trong nước thải giảm đi,
không còn cung cấp đủ mức cần thiết cho vi tảo tăng sinh khối.
Theo Wong, Y.S. (1988), trong ba dạng của phospho: phospho được hoạt hóa
(PO
4
3-
), phospho thủy phân, phospho hữu cơ, thì vi tảo ưu tiên sử dụng PO
4
3-
hơn hai
loại phospho còn lại. Khi so sánh hai dòng vi tảo, Chlorella có khả năng xử lý
phospho trong nước thải tốt hơn Scenedesmus. Nồng độ PO
4
3-
trong nước thải giảm từ
6,179 xuống 0,572mg/l sau 13 ngày xử lý bởi Chlorella, trong khi nồng độ PO
4
3-
trong
nước thải giảm từ 6,179 xuống 2,018 mg/l sau 13 ngày được xử lý bởi Scenedesmus.
Tổng quát, khi vi tảo được chủng vào nước thải với mật số cao, vi tảo có khả
năng xử lý nước thải tốt hơn so với khi được chủng với mật độ thấp. Bên cạnh,
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
11
Chlorella sp. có khả năng xử lý nước thải tốt hơn Scenedesmus. Kết quả trên chỉ ra
rằng, nuối cấy Chlorella sp. là một phương pháp tốt để loại bỏ đạm, lân trong nước
thải, góp phần ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng (Matusiak, K. 1976).
Theo nghiên cứu của Eny, D.M. (1951), trong quá trình chuyển hóa, vi tảo có thể
sử dụng các hợp chất hữu cơ như là nguồn cung cấp carbon chủ yếu thay vì CO
2
. Điều
này có nghĩa là, bên cạnh quá trình tự dưỡng, vi tảo còn biểu hiện quá trình dị dưỡng.
Các hợp chất hữu cơ có thể đóng vai trò nhưng nguồn cung cấp carbon chính, hay
nhân tố cần thiết thúc đẩy vi tảo phát triển nhanh hơn.
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
12
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Phương tiện thí nghiệm
3.1.1 Địa điểm nghiên cứu
Phòng thí nghiệm Vi sinh vật đất, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ
sinh học, Trường Đại học Cần Thơ. Công ty thủy sản An Khang – Nam Mỹ (Trà Nóc,
Cần Thơ). Tiểu dự án số 3 - Dự án AKIZ (Trà Nóc, Cần Thơ).
3.1.2. Thời gian thực hiện
Đề tài được thực hiện từ tháng 07 năm 2013 đến tháng 12 năm 2013
3.1.3. Nguyên vật liệu
Dòng vi tảo Chlorella sp. do Bộ môn Công nghệ Sinh học Vi sinh vật cung cấp.
Hai loại nước thải: Nước thải sau khi xử lý kỵ khí (nước thải kỵ khí), nước thải sau khi
xử lý tuyển nổi (nước thải tuyển nổi) bằng hệ thống xử lý kỵ khí của tiểu dự án số 3,
dự án AKIZ, đặt tại nhà máy thủy sản An Khang – Nam Mỹ (Trà Nóc, Cần Thơ)
(Hình 10).
Hình 10. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải kết hợp thu hồi năng lượng bằng
phương pháp kỵ khí. (Địa điểm thu mẫu)
(Nguồn: ngày 07/09/2013)
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
13
3.1.4. Hóa chất
Môi trường BBM cải tiến
Bảng 1. Thành phần hóa chất trong môi trường BBM cải tiến (Stein, 1973)
Dung dịch stock (g/L)
Thể tích sử dụng cho 1 lít môi
trường (mL)
1. KH
2
PO
4
17,5
10
2. CaCl
2
.2H
2
O
2,5
10
3. MgSO
4
.7H
2
O
7,5
10
4. NaNO
3
25
10
5. K
2
HPO
4
7,5
10
6. NaCl
2,5
10
7. Na
2
EDTA
10
1
KOH
6,2
8. FeSO
4
.7H
2
O
4,98
1
H
2
SO
4
đặc
1 mL
9. Dung dịch vi lượng
H
3
BO
3
2,86
1
MnCl
2
.4H
2
O
1,81
ZnSO
4
.7H
2
O
0,222
Na
2
MoO
4
.5H
2
O
0,390
CuSO
4
.5H
2
O
0,079
Co(NO
3
)
2
.6H
2
O
0,0494
10. H
3
BO
3
8,05
1
(Nguồn: ngày 1/7/2011)
3.1.5. Thiết bị - dụng cụ
- Máy vortex (HEIPOLPH, Đức)
- Bộ micropipet Gibson (Đức)
- Máy quang phổ Spectrophotometer
- Cân điện tử Sartorius (Đức)
- pH kế 3510 Jenway
- Nồi khử trùng nhiệt ướt Pbinternational (Đức)
- Tủ cấy vi sinh vật
- Kính hiển vi quang học (Olympus Optical, BH–2, Nhật)
- Bộ micropipet Gibson P10, P20, P200, P1000 (Đức)
- Tủ lạnh -20
o
C Electrolux Confor Plus (Thụy Điển)
- Máy ly tâm lạnh Hettich (rotanta 460 R) (Đức)
Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35- 2013 Trường ĐHCT
Chuyên ngành công nghệ sinh học Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học
14
- Tủ cấy vi sinh vật biosafe.
- Tủ sấy EHRET (Đức)
- Buồng đếm hồng cầu
- Các dụng cụ thông dụng như: tỉ trọng kế, ống nghiệm có nắp, pipet, kính lúp,
lam, lamen, dao, đầu col, bình tam giác, máy sục khí, bình nuôi tảo 1 lít.
3.2. Phương pháp thí nghiệm
3.2.1 Nuôi tăng sinh
a. Mục đích
Nhân mật số tảo và trữ giống tảo thuần. Tăng sinh khối vi tảo Chlorella sp. để
chuẩn bị cho thí nghiệm 2
b. Bố trí thí nghiệm
Hình 11. Quá trình nhân giống tảo: (a) 5ml vi tảo trong ống nghiệm, (b)
150ml vi tảo trong bình tam giác có thể tích 250 ml, (c) 500ml vi tảo trong bình
tam giác có thể tích 1000ml.
(Nguồn: Ảnh chụp ngày 16/08/2013)
