Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải hầm ủ biogas bằng ao thâm canh tảo spirulina sp

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 27 tháng 11 năm 2015
Cán bộ hướng dẫn

Lê Hoàng Việt

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang i


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập suốt ba năm ở trường và 6 tháng thực hiện đề tài luận văn
“Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải hầm ủ Biogas bằng ao thâm canh tảo
Spirulina sp.”. Chúng tôi nhận được sự hướng dẫn tận tình và sự giúp đỡ qúy báu của
thầy cô, các anh chị và các bạn. Qua đó, giúp chúng tôi cũng cố lại được những kiến
thức cần thiết, từ đó đúc kết được rất nhiều kinh nghiệm bổ ích cho công việc sau này.
Bên cạnh đó, chúng tôi cũng gặp không ít khó khăn, nhờ có sự động viên từ gia đình,
thầy cô và bạn bè chúng tôi đã hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Nhân đây, chúng tôi
xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất đến:
Gia đình đã khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp.
Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu
để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn này.
Quý thầy, cô thuộc khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên đã tận tình giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong thời gian qua.
Tất cả bạn bè của lớp Kỹ Thuật Môi Trường khóa 38 đã động viên và giúp đỡ chúng
tôi rất nhiều.
Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt đề tài nhưng do
thời gian và kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cám ơn!
Cần Thơ, tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Ngọc Điệp Lê Nguyễn Bích Như

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang ii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nước thải chăn nuôi sau khi xử lý bằng hầm ủ Biogas vẫn còn chứa nhiều chất hữu cơ
dễ phân hủy sinh học, các dưỡng chất và các mầm bệnh. Loại nước thải này có thể xử
lý bằng ao thâm canh tảo để vừa giảm thiểu các tác động của nó đến môi trường, vừa
tái sử dụng các dưỡng chất tạo ra sản phẩm phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Chính
vì vậy, nghiên cứu “Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải hầm ủ Biogas bằng ao thâm
canh tảo Spirulina sp.” được tiến hành nhằm đánh giá khả năng sử dụng ao thâm canh
quần thể tảo trội Sprulina sp. để làm giảm các chất ô nhiễm và tái sử dụng các dưỡng
chất trong nước thải của hầm ủ Biogas. Do tảo Spirulina có khuynh hướng sử dụng
đạm ni-trát hơn là sử dụng đạm a-môn, trong khi đó nước thải hầm ủ Biogas chứa chủ
yếu là đạm a-môn. Vì vậy, các thí nghiệm của đề tài được tiến hành để xác định hiệu
quả của việc cải thiện tính chất nước thải hầm ủ Biogas (bằng cách sục khí) trước khi
đưa vào ao tảo đến khả năng xử lý nước thải và sinh khối tảo. Các kết quả cho thấy với
nước thải Biogas đã qua sục khí 30 phút, vận hành ở thời gian tồn lưu nước là 3 ngày,
tải nạp nước là 0,1 m3/m2*ngày, tải nạp BOD5 là 0,075 kg/m2*ngày, nước thải sau khi
xử lý đã giảm bớt một phần khá lớn chất ô nhiễm ở các chỉ tiêu theo dõi trong đề tài.
Nồng độ các chỉ tiêu liên quan đến chất lượng nước thải sau xử lý hầu hếtkhông khác
biệt có ý nghĩa (mức 5%). Về mặt sinh khối, nghiệm thức có sục khí 30 phút cho sinh
khối cao hơn hẳn so với nghiệm thức không có sục khí và khác biệt có ý nghĩa (mức
5%) so với nghiệm thức không sục khí. Khi tăng thời gian sục khí lên 45 phút, lượng
sinh khối tạo ra không khác biệt có ý nghĩa (mức 5%) so với thời gian sục khí 30 phút.

Như vậy, nếu chỉ chú trọng đến việc làm giảm chất ô nhiễm trong nước thải thì có thể
vận hành ao tảo với nước thải đầu vào không sục khí; còn nếu chú trọng đến cả hai yếu
tố là hiệu quả xử lý nước thải và lượng sinh khối tảo thu được thì nên vận hành ao tảo
với nước thải đầu vào có sục khí trong 30 phút.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang iii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan luận văn này được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của
chúng tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn nào
trước đây.
Cần Thơ, ngày 27 tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Ngọc Điệp

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Lê Nguyễn Bích Như

Trang iv

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ..............................................................................i
LỜI CÁM ƠN............................................................................................................................. ii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ................................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................................iv
MỤC LỤC ................................................................................................................................... v
DANH SÁCH BẢNG............................................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................................... viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .....................................................................................................ix
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ...................................................................................... 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO VÀ NƯỚC THẢI HẦM Ủ BIOGAS
.................................................................................................................................................. 3
2.1.1 Nước thải từ chăn nuôi heo................................................................................................. 3
2.1.2 Nước thải hầm ủ Biogas ..................................................................................................... 5
2.1.3 Đặc điểm của Ni-tơ trong nước thải ................................................................................... 5
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ..................................................................... 5
2.3 XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG AO THÂM
CANH TẢO................................................................................................................................. 6
2.3.1 Khả năng xử lý nước thải của tảo ....................................................................................... 6
2.3.2 Ưu và nhược điểm của việc xử lý nước thải bằng tảo ........................................................ 6
2.3.3 Cơ chế xử lý nước thải của ao tảo ...................................................................................... 8
2.3.4 Một số loại hình tảo ............................................................................................................ 9
2.3.5 Ao thâm canh tảo .............................................................................................................. 10
2.4 TẢO SPIRULINASP. ........................................................................................................... 12
2.4.1 Đặc điểm sinh trưởng của Spirulina sp. ........................................................................... 12

a) Đặc điểm phân loại ................................................................................................................ 12
b) Các điều kiện nuôi tảo ........................................................................................................... 13
c) Lượng BOD nạp cho ao tảo ................................................................................................... 17
d) Giá trị của tảo Spirulina sp.................................................................................................... 17
2.4.2 Ưu thế của tảo Spirulina sp. ............................................................................................. 17
2.5 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .................................................... 18
2.5.1 Ở ngoài nước .................................................................................................................... 18

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang v


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

2.5.2 Ở trong nước ..................................................................................................................... 18
CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ................................... 19
3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ........................................................................ 19
3.2 ĐỐI TƯỢNG ....................................................................................................................... 19
3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................................................. 20
3.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH .................................................................................................. 21
3.4.1 Chế tạo mô hình................................................................................................................ 21
3.4.2 Bố trí mô hình ................................................................................................................... 23
3.4.3 Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................................ 23
3.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH MẪU .............................................. 26
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 28
4.1 ĐẶC ĐIÊM CỦA NƯỚC THẢI BIOGAS ĐẦU VÀO ...................................................... 28
4.1.1 Đặc tính lý học của nước thải làm thí nghiệm .................................................................. 28

4.1.2 Đặc tính hóa học của nước thải làm thí nghiệm ............................................................... 28
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................................................... 29
4.2.1 Điều kiện môi trường trong các ngày tiến hành thí nghiệm ............................................. 29
a) Ánh sáng ................................................................................................................................ 30
b) Nhiệt độ ................................................................................................................................. 31
c) pH .......................................................................................................................................... 32
d) DO ......................................................................................................................................... 33
4.2.2 Các thông số vận hành ...................................................................................................... 34
4.2.3 Khả năng làm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của ao thâm canh tảo
................................................................................................................................................ 34
4.3 Kết quả thí nghiệm 2 ........................................................................................................... 41
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 43
5.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 43
5.2 KIẾN NGHỊ......................................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 44
PHỤ LỤC .................................................................................................................................. 49

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang vi


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Lượng phân heo thải ra trong 24h ................................................................... 3
Bảng 2.2 Thành phần hoá học cơ bản phân gia súc, gia cầm ......................................... 4
Bảng 2.3 Thành phần nước thải chăn nuôi heo ............................................................... 4

Bảng 3.1 Các phương pháp phân tích mẫu ................................................................... 26
Bảng 3.2 Các phương pháp và phương tiện phân tích mẫu tại khoa ............................ 26
Bảng 4.1 Thành phần hoá học của nước thải Biogas .................................................... 28
Bảng 4.2 Thành phần hoá học của nước thải Biogas sau khi lắng và lọc ..................... 29
Bảng 4.3 Các thông số vận hành ao thâm canh tảo ở Thí nghiệm 1 ............................. 34
Bảng 4.4 Nồng độ pH, DO trong nước thải Biogas trước và sau khi xử lý .................. 34
Bảng 4.5 Nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý ............................................... 34
Bảng 4.6 Nồng độ SS, VSS và Chlorophyll ở thí nghiệm 1 ......................................... 39
Bảng 4.7 Các thông số vận hành ao thâm canh tảo ở Thí nghiệm 2 ............................. 41
Bảng 4.8 Nồng độ SS, VSS và Chlorophyll ở thí nghiệm 2 ......................................... 42

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang vii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 So sánh năng lượng sử dụng của một số hệ thống xử lý nước thải ................. 7
Hình 2.2 Chu trình cộng sinh vi khuẩn - tảo trong hệ thống xử lý nước thải ................. 9
Hình 2.3 Ao thâm canh tảo ........................................................................................... 11
Hình 2.4 Tảo Spirulina sp. ............................................................................................ 12
Hình 3.1 Vị trí lấy nước thải đầu ra của túi ủ Biogas ................................................... 19
Hình 3.2 Ảnh chụp tảo Spirulina sp. ở vật kính X4 ..................................................... 20
Hình 3.3 Kích thước mô hình ao thâm canh tảo ........................................................... 21
Hình 3.4 Mô hình ao thâm canh tảo sau khi chế tạo..................................................... 22
Hình 3.5 Bố trí mô hình ................................................................................................ 23

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm .................................................................................. 25
Hình 4.1 Diễn biến cường độ ánh sáng theo thời gian (n = 3 ngày) ............................. 30
Hình 4.2 Diễn biến nhiệt độ theo thời gian (n = 3 ngày) .............................................. 31
Hình 4.3 Diễn biến nồng độ pH theo thời gian (n = 3 ngày) ........................................ 32
Hình 4.4 Diễn biến nồng độ DO theo thời gian (n = 3 ngày) ....................................... 33
Hình 4.5 Nồng độ BOD5, COD trong nước thải Biogas trước và sau khi xử lý .......... 36
Hình 4.6 Nồng độ TKN, N-NH4+, N-NO3-, TP trong nước thải Biogas trước và sau xử
lý .................................................................................................................................... 37
Hình 4.7 Nồng độ Coliform trong nước thải Biogastrước và sau khi xử lý ................. 38
Hình 4.8 Nồng độ SS, VSS và Chlorophyll ở thí nghiệm 1 ......................................... 39
Hình 4.9 Ảnh chụp tảo Spirulina sp. ở vật kính X10 ................................................... 40
Hình 4.10 Ảnh chụp các đoạn tảo Spirulina sp. đang phân chia ở vật kính X10 ......... 40
Hình 4.11 Tảo Spirulina kết cụm khi không có khuấy trộn ......................................... 41
Hình 4.12 Nồng độ SS, VSS và Chlorophyll ở thí nghiệm 2 ....................................... 42

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang viii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA

Phân tích phương sai

BOD

Nhu cầu ô – xy sinh hoá

BNN-PTNT

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

BTNMT

Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

COD

Nhu cầu ô – xy hoá học

DO

Ô – xy hoà tan

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

ĐHCT

Đại Học Cần Thơ

HRT

Thời gian lưu

MT & TNTN

Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên

N-NH4+

A – môn

N-NO3-

Ni – trát

PTN

Phòng thí nghiệm

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SS

Chất rắn lơ lửng

TKN

Tổng Ni – tơ Kjeldahl

TN

Tổng Ni-tơ

TP

Tổng Phốt-pho

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang ix


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU
Chăn nuôi là một trong những ngành kinh tế quan trọng của nông dân Việt Nam ở
Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). Đây cũng là ngành kinh tế giúp cho nông dân
tăng thu nhập, giải quyết được công ăn việc làm cho người lao động, góp phần thúc
đẩy nền kinh tế nước ta ngày càng phát triển. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị
trường, ngành chăn nuôi cũng ngày càng phát triển ổn định, đạt tốc độ tăng trưởng
5,3%/năm và chiếm tỷ trọng cao trong nông nghiệp là 24,6% vào năm 2013 (Bộ Nông
nghiệp và PTNT, 2013). Theo Tổng cục Thống kê (2014), giá trị sản xuất ngành chăn
nuôi theo nhóm gia súc đạt 102.590 tỷ đồng, tăng gần một nghìn tỷ đồng so với năm
2012.
Song song với những lợi ích đạt được thì vấn đề ô nhiễm do lượng nước thải phát sinh
trong quá trình chăn nuôi cũng ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường tự nhiên. Theo
BNN-PTNT (2013), cả nước có 4,13 triệu hộ chăn nuôi lợn quy mô nhỏ. Trước thực

trạng đó, việc sử dụng hầm ủ Biogas qui mô hộ gia đình để xử lý chất thải chăn nuôi
được xem là giải pháp hữu hiệu cho phép kết hợp hài hòa giữa cung cấp năng lượng
với giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở nước ta. Theo thống kê sơ bộ của Trung tâm Hợp
tác Công nghệ Môi trường (Swedish Centec Vietnam, 2012), cho đến năm 2012 đã có
khoảng 500.000 hầm ủ Biogas ở qui mô hộ gia đình, hầu hết có quy mô nhỏ (dưới
10m3). Riêng chương trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, do chính phủ
Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây được 15.678 hầm quy mô nhỏ. Mặc dù không
có con số chính thức, nhưng người ta ước tính rằng có chưa đến 100 hầm Biogas
thương mại, với dung tích từ 100–200 m3 (Swedish Centec Vietnam, 2012).
Nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng các chất gây ô nhiễm hữu cơ cao. Vấn đề này
được khắc phục bằng nhiều biện pháp: sinh học, hóa lý, cơ học. Trong đó, biện pháp
sinh học được sử dụng rộng rãi do có nhiều ưu điểm nhưan toàn, dễ thực hiện, giá
thành rẻ… Đặc biệt là biện pháp ủ yếm khí (Biogas) được nhiều người áp dụng, ngoài
việc cải thiện tình trạng ô nhiễm còn có thể thu khí mê-tan làm nhiên liệu. Những lợi
ích do công nghệ yếm khí ủ Biogas đem lại là không thể phủ nhận, tuy nhiên các chỉ
tiêu ô nhiễm vẫn còn ở mức khá cao (Hồ Thanh Tâm & Cao Ngọc Điệp, 2014). Vì vậy,
việc tiếp tục xử lý nước thải sinh ra từ hầm ủ Biogas trước khi thải ra môi trường là rất
cần thiết. Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, nước thải Biogas thường
được tái sử dụng cho mục đích trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản nhằm để vừa
giảm bớt nồng độ chất gây ô nhiễm thải vào môi trường và tận dụng lại các giá trị về
dưỡng chất của nó (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015). Một trong các
biện pháp xử lý sinh học vừa đáp ứng được yêu cầu trên vừa tận dụng được cácdưỡng
chất còn lại trong nước thải là ao thâm canh tảo; do tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh,
chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có
giá trị dinh dưỡng và hàm lượng prô-tê-in cao. Các hoạt động sinh học trong các ao
nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất
dinh dưỡng trong tế bào tảo thông qua quá trình quang hợp, nước thải sau khi xử lý và
Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 1

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

tách tảo thường có nồng độ các chất ô nhiễm thấp (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu
Ngân, 2015). Những loại tảo có khả năng xử lý và tái sử dụng chất dinh dưỡng trong
nước thải là Spirulina sp., Chlorella sp..Trong đó, tảo Spirulina sp. với những ưu điểm
vượt trội đã được sử dụng rộng rãi để làm thực phẩm chức năng, nguồn dinh dưỡng bổ
sung thiết yếu, thuốc chữa bệnh, mỹ phẩm, thức ăn chăn nuôi (Belay, 2002; Ahsan et
al., 2008; Dương Thị Hoàng Oanh et al., 2002; Falquet, 1997; Richmond, 1986).
Theo Đỗ Thị Thanh Hương (2006), tảo Spirulina sp. thường sử dụng đạm ni-trát hơn
đạm a-môn, trong khi đó nước thải của hầm ủ Biogas chứa chủ yếu là đạm a-môn. Do
đó, đề tài "Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải hầm ủ Biogas bằng ao thâm canh tảo
Spirulina sp." được tiến hành trên mô hình ao thâm canh tảo qui mô phòng thí nghiệm
nuôi quần thể tảo trội là Spirulina sp. nhằm xác định khả năng sử dụng nước thải từ
hầm ủ Biogas để nuôi loại tảo này cũng như hiệu quả của việc cải thiện tính chất của
nước thải trước khi đưa vào ao nuôi tảo và khả năng làm giảm nồng độ các chất gây ô
nhiễm trong nước thải của hầm ủ Biogas. Đây là một trong những tiền đề để thiết lập
quy trình công nghệ nuôi sinh khối loài tảo này để xử lý nước thải ở quy mô hộ gia
đình.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 2


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG II
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO VÀ NƯỚC THẢI HẦM
Ủ BIOGAS
2.1.1 Nước thải từ chăn nuôi heo
Một khảo sát trên gần 1.000 trại chăn nuôi heo quy mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh phía
Nam cho thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho
gia súc. Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do heo thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49kg
nước. Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để
vệ sinh chuồng nuôi hàng ngày. Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay vệ sinh chuồng
đã làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước
thải sau này (Trương Thanh Cảnh, 2010).
Trong các chuồng trại phân gia súc, gia cầm thường tồn tại ở dạng phân lỏng hay trung
gian giữa lỏng và rắn hay tương đối rắn. Các dạng này chứa các chất dinh dưỡng, đặc
biệt là các hợp chất giàu ni-tơ và phốt-pho, là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây
trồng và làm tăng độ màu mỡ của đất. Do đó, trước khi dùng để bón cho cây trồng
phân được đem ủ, vừa tận dụng được nguồn dinh dưỡng, vừa làm giảm lượng chất thải
phát tán trong môi trường. Tùy theo từng chuồng, trại và phương thức chăn nuôi mà
phân gia súc, gia cầm có thành phần vật lý và hoá học khác nhau. Thành phần hoá học
cơ bản của một số loại phân gia súc, gia cầm không lẫn tạp chất được trình bày trong
bảng sau:
Bảng 2.1 Lượng phân heo thải ra trong 24h
Trọng lượng heo (kg)

Phân (kg)

Nước tiểu (kg)

< 10

0,5 ÷ 1

0,3 ÷ 0,7

15 ÷ 45

1÷3

0,7 ÷ 2

45 ÷ 100

3÷5

2÷4
(Lăng Ngọc Quỳnh, 2003)

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 3


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Bảng 2.2 Thành phần hoá học cơ bản phân gia súc, gia cầm
Mức

Hàm lượng

Hàm lượng

Hàm lượng

Tỷ lệ

Tối đa

Ni-tơ (%)
1,200

P2O5 (%)
0,900

K2O (%)
0,600

C/N
22

Tối thiểu

0,450

0,450

0,350

20

Trung bình

0,840

0,850

0,580

21

Tối đa

0,38

0,294

0,992

19

Tối thiểu

0,302

0,164

0,424

17

Trung bình

0,341

0,227

0,958

18

Tối đa

2,0

0,950

1,72

17

Tối thiểu

1,8

0,450

1,21

15

Trung bình

1,9

0,850

1,421

16

Tên gia
súc

Heo

Bò

Gà

(Nguyễn Đức Lượng & Trương Thị Thuỳ Dương, 2003)

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng.
Theo Ngô Kế Sương & Nguyễn Lân Dũng (1997), nước thải từ các trại chăn nuôi là
một trong các loại nước thải đặc trưng giàu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng như ni-tơ và
phốt-pho. Trong thành phần chất rắn của nước thải chăn nuôi heo chất hữu cơ chiếm
70-80% gồm các chất carbohydrat, a-xít amin, chất béo và các dẫn xuất của chúng có
trong phân, nước tiểu và thức ăn thừa. Chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối

clorua, SO42-…, đặc biệt là hàm lượng đạm trong nước thải rất cao do hệ tiêu hóa của
heo hấp thu kém thành phần ni-tơ (Nguyễn Thị Thu Hà, 2008). Thành phần nước thải
chăn nuôi heo được thể hiện trong bảng 2.3.
Bảng 2.3 Thành phần nước thải chăn nuôi heo
Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

Độ màu

Pt-Co

350 - 870

Độ đục

mg/L

420 - 550

BOD5

mg/L

3500 - 9800

COD

mg/L

5000 - 12000

SS

mg/L

680 - 1200

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 4


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Ptổng

mg/L

36 - 72

Ntổng

mg/L

220 - 460

Dầu mở

mg/L

5 - 58
(Trương Thanh Cảnh, 2010)

2.1.2 Nước thải hầm ủ Biogas
Nước thải từ hầm ủ Biogas chứa các thành phần COD, N,… rất cao, do đó không thể
thải vào nguồn tiếp nhận. Ở các nông hộ nước thải từ hầm ủ Biogas sẽ tiếp tục được xử
lý và tái sử dụng cho các hoạt động sản xuất khác; ở các xí nghiệp nước thải từ hầm ủ
Biogas sẽ được tiếp tục xử lý bằng các qui trình hiếu khí và các công đoạn khác (lắng,
khử trùng), để đạt tiêu chuẩn xả thải vào môi trường tiếp nhận. Theo các nghiên cứu
của Trung tâm Năng Lượng Mới - Đại học Cần Thơ, một hầm ủ cỡ 3m3 với thời gian ủ
20 ngày, trung bình cho ra một lượng nước thải là 100 lít/ngày tương đương với
khoảng 80 kg N, 120 kg P2O5 và 45 kg K2O trong một năm (Lê Hoàng Việt & Nguyễn
Võ Châu Ngân, 2014b).Vì vậy, nước thải từ hầm ủ Biogas chứa một hàm lượng ni-tơ
cao là nguồn dinh dưỡng chủ yếu của nhiều loài tảo.
2.1.3 Đặc điểm của Ni-tơ trong nước thải
Ni-tơ là nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của sinh vật nguyên sinh và thực vật thủy
sinh trong môi trường nước. Trong thủy vực, ni-tơ vô cơ bao gồm các dạng chủ yếu
như NH3, NH4+, NO2-, NO3-,... chúng là sản phẩm của quá trình khoáng hoá các hợp
chất ni-tơ dưới vai trò vi sinh vật (Đặng Kim Chi, 1998).
Đạm ni-trát (N-NO3-) là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa ni-tơ, nếu
nước chứa chủ yếu các chất ni-tơ ở dạng ni-trát chứng tỏ quá trình ô-xy hóa đã kết thúc
(Đặng Kim Chi, 1998). Ni-trát chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, trong điều kiện thiếu khí
ni-trát nhanh chóng bị khử thành ni-tơ tự do và tách ra khỏi nước. Hàm lượng NH4+
phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, khi pH và nhiệt độ giảm thì hàm lượng NH4+ tăng và
ngược lại. Hàm lượng NH4+ cũng biến đổi theo chu kỳ ngày đêm, vào ban ngày khi pH

và nhiệt độ tăng thì hàm lượng NH4+ giảm và giảm đến mức thấp nhất khi pH và nhiệt
độ đạt cực đại lúc 14h - 16h, hàm lượng NH4+ đạt giá trị cao nhất khi pH và nhiệt độ
giảm đến mức thấp nhất vào lúc 6h (Trương Quốc Phú, 2007).
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Dựa vào bản chất của phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành
phương pháp lý học, hóa học và sinh học. Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường hợp
đủ ba thành phần kể trên. Tuy nhiên, tùy theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính
và yêu cầu xử lý mà người ta chọn phương pháp xử lý thích hợp (Lê Hoàng Việt &
Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014a).
Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 5


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Trong đó, phương pháp sinh học là phương pháp xử lý thứ cấp được tiến hành sau giai
đoạn xử lý lý học, phương pháp này chủ yếu dựa vào hoạt động phân hủy các chất hữu
cơ của vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí hay yếm khí. Các quá trình sinh học có thể
diễn ra trong các khu vực tự nhiên hoặc các ao được thiết kế và xây dựng để phục vụ
cho việc xử lý nước thải (Trần Đức Hạ, 2002).
2.3 XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG
AO THÂM CANH TẢO
2.3.1 Khả năng xử lý nước thải của tảo
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2015), tảo có tốc độ sinh trưởng
nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước
thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng prô-tê-in cao, do đó người ta đã lợi dụng các
đặc điểm này của tảo để xử lý và tái sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải.

Tương tự, theoPromya (2000), tảo Spirulina đã làm giảm bớt N, P trong nước thải
Biogas. Ông đã tiến hành thí nghiệm xử lý nước thải bằng tảo với thời gian lưu 3 ngày
trong 30 ngày và kết quả thu được là hơn 98,99% NH3-N đã được loại bỏ khỏi nước
thải, COD giảm 97,113% trong nước thải đã được pha loãng 30%.
2.3.2 Ưu và nhược điểm của việc xử lý nước thải bằng tảo
 Ưu điểm:
- Xử lý và tái sử dụng chất dinh dưỡng: khi nuôi tảo, các hoạt động sinh học trong ao
sẽ làm giảm các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải thông qua quá trình phân hủy
của các vi khuẩn, và sau đó chuyển hóa các sản phẩm này thành chất dinh dưỡng trong
tế bào tảo thông qua quá trình quang hợp. Thêm vào đó quá trình quang hợp của tảo
làm cho pH nước ao tăng dẫn đến tăng sự chuyển hóa NH4+ thành NH3 bay ra khỏi
nước thải, và pH cao cũng góp phần kết tủa phốt-pho, kim loại nặng trong nước thải tốt
hơn. Một số loài tảo còn có khả năng hấp thu kim loại nặng trong nước thải
(Larsdotter, 2006). Qui trình xử lý nước thải bằng tảo cũng ít phóng thích N2O vào khí
quyển hơn các qui trình xử lý truyền thống (Demirbas & Demirbas, 2010). Qui trình xử
lý nước thải bằng tảo cũng sử dụng ít năng lượng và tạo ít bùn hơn các qui trình xử lý
truyền thống (Oilgae, 2009).

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 6


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Hình 2.1 So sánh năng lượng sử dụng của một số hệ thống xử lý nước thải
(Noue et al., 1992)
- Tiêu diệt các mầm bệnh: Thông qua việc xử lý nước thải bằng cách nuôi tảo các

mầm bệnh có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt do các yếu tố sau đây:
+ Sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo diễn ra do ảnh hưởng của quá trình quang hợp.
Theo cơ chế này, ban ngày tảo quang hợp lấy CO2 trong nước làm cho pH của nước
tăng, ban đêm tảo hô hấp thải ra CO2 hòa tan vào trong nước làm cho pH nước giảm.
Nhiều vi sinh vật gây bệnh không thể tồn tại ở pH cao, thêm vào đó sự thay đổi pH
theo chu kì ngày và đêm làm cho các vi sinh vật gây bệnh chết đi do không kịp thích
nghi.
+ Các độc tố tiết ra từ một số loài tảo tiêu diệt các mầm bệnh.
+ Sự tiếp xúc của các mầm bệnh với bức xạ mặt trời (UV) chiếu xuống ao.
- Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật: Năng lượng
mặt trời là nguồn năng lượng sơ cấp cho các cơ thể sống. Thực vật dùng năng lượng
mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột, chất béo... Tảo có tỉ lệ diện tích bề mặt
trên một đơn vị thể tích cao hơn thực vật trên cạn, thêm vào đó tảo có cấu trúc tế bào
đơn giản và nằm trong nước, CO2 và các dưỡng chất. Vì vậy, việc chuyển hóa năng
lượng mặt trời bằng sinh khối của tảo hiệu quả hơn thực vật trên cạn.
Sinh khối chứa ba thành phần chính là các-bon-hi-đờ-rát, prô-tê-in và chất béo. Một số
loại tảo có thể cho ra nhiều biodiesel hơn những loại hạt cho dầu khác. Việc sản xuất từ
tảo sẽ đảm bảo an ninh năng lượng trong tương lai (khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch
đang dần cạn kiệt). Người ta ước tính rằng 1 ha diện tích nuôi tảo có thể tạo ra lượng
cao từ 10 - 100 lần lượng tạo ra từ 1 ha các loại cây cho dầu khác. Ngoài ra, tảo có thể
dùng sản xuất Biogas sử dụng để sản xuất một số loại nhựa sinh học. Các sinh khối tảo
thừa từ các qui trình trên có thể sử dụng để làm phân bón, cải tạo đất, nuôi cá hay gia
súc.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 7


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Việc sản xuất tảo có các ưu điểm như không đòi hỏi về chất lượng đất (như vậy nó sẽ
không cạnh tranh quỹ đất nông nghiệp), sinh khối tảo được sản xuất liên tục và thu
hoạch hàng ngày, tảo có thể nuôi cả trong môi trường nước mặn hay nước ngọt, nguồn
cung cấp cho quá trình nuôi tảo có thể lấy từ chất thải (Rosch et al., 2009).
Việc sản xuất tảo cũng là một giải pháp làm giảm thiểu các tác động của biến đổi khí
hậu do tảo cố định CO2 trong khí quyển vào trong sinh khối của chúng. Người ta ước
tính rằng việc sản xuất 100 tấn sinh khối tảo có thể cố định khoảng 183 tấn CO2
(Demirbas & Demirbas, 2010).
 Nhược điểm:
- Tảo cần ánh sáng mặt trời để quang hợp và tăng trưởng, do đó để tối ưu năng suất của
tảo, các ao tảo phải là các ao cạn và khuấy trộn tốt, vì vậy cần một diện tích khá lớn
cho các ao này (Borowitzka, 1998).
- Thời gian nhân đôi của tảo khá dài, do đó các ao nuôi tảo phải lớn để đảm bảo thời
gian lưu của tảo trong ao, điều này cũng dẫn đến việc cần diện tích lớn cho ao tảo.
- Tảo có kích thước rất nhỏ, và mật độ tảo trong nước thấp, do đó các công nghệ thu
hoạch tảo rất phức tạp và đắt tiền.
- Ngoại trừ Spirulina, các loại tảo có thành tế bào rất dày, do đó các động vật (trừ động
vật nhai lại) rất khó tiêu hóa chúng. Vì vậy, trước khi sử dụng chúng phải được xử lý
bằng nhiệt, cơ học hoặc hóa học. A-xít nucleic trong tế bào tảo (4 - 6%) có thể gây hại
cho người (Becker, 1981). Do các yếu tố trên, tảo Spirulina thường được nuôi để làm
thực phẩm cho người và động vật.
- Khi nuôi trong môi trường nước thải, tảo thu được thường bị nhiễm bẩn bởi kim loại
nặng, thuốc trừ sâu, các mầm bệnh trong nước thải.
- Việc sản xuất tảo từ nước thải thường dùng các hệ thống hở (open system), do đó khó
khống chế các loài tảo trong quần thể (Chaumont, 1993). Sự hiện diện của một số sinh
vật ăn tảo trong hệ thống nuôi tảo hở có thể làm giảm lượng tảo thu hoạch (Rawat et
al., 2011).

2.3.3 Cơ chế xử lý nước thải của ao tảo
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2015), ở các hệ thống tự nhiên tảo sẽ
cùng với vi khuẩn tạo thành hệ cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn, trong đó vi khuẩn sử
dụng ô-xy cung cấp của tảo để phân huỷ chất hữu cơ, tảo sử dụng các hợp chất từ quá
trình phân huỷ của vi khuẩn để quang hợp tạo thành tế bào tảo mới và giải phóng ô-xy
cho vi khuẩn sử dụng. Vào ban ngày tảo quang hợp để tạo ô-xy làm hàm lượng DO
của nước thải tăng lên và pH giảm xuống, vào ban đêm tảo hô hấp chúng sẽ làm DO
của nước thải giảm thấp đồng thời pH sẽ tăng lên.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 8


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Hình 2.2 Chu trình cộng sinh vi khuẩn - tảo trong hệ thống xử lý nước thải
(Oswald & Gotaas, 1953)
Quá trình cộng sinh được mô tả như sau: khi chất thải hữu cơ được đưa vào trong các
ao tảo, hệ vi khuẩn hiếu khí trong ao sẽ sử dụng ô-xy để ô-xy hóa một phần các chất
hữu cơ, tạo ra các chất chủ yếu là CO2, H2O, NH4+,... Trong đó, CO2 và NH4+ là nguồn
các-bon và ni-tơ chủ yếu để cho tảo sử dụng sắc tố (Chlorophyll) để hoàn thành quá
trình quang hợp, tổng hợp nên các tế bào tảo mới. Một sản phẩm khác của quá trình
quang hợp là O2, nguồn O2 này sẽ được vi khuẩn sử dụng để phân hủy chất hữu cơ
trong nước thải (Oswald & Gotaas, 1953).
2.3.4 Một số loại hình nuôi tảo
Theo (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014b), để nuôi tảo và việc có 3 hệ
thống nuôi tảo và chế biến tảo chính tuỳ theo nguyên liệu để nuôi tảo và việc sử dụng

sinh khối tảo đạt được:
- Hệ thống nuôi các dòng tảo được chọn lọc sử dụng các nguồn nước tự nhiên, chất
khoáng, dinh dưỡng, CO2. Tảo do hệ thống này sản xuất được sử dụng để làm thực
phẩm cho người.
- Hệ thống nuôi tảo bằng nước cống rãnh hoặc nước thải công nghiệp. Trong hệ thống
này, quần thể tảo gồm nhiều loài khác nhau và có sự hiện diện của một số lớn vi khuẩn.
Hệ thống này được dùng để xử lý nước thải, tảo sản xuất được dùng để làm thức ăn
cho gia súc hoặc sản xuất năng lượng.
- Hệ thống nuôi tảo trong một hệ thống kín bằng ánh sáng tự nhiên hoặc nhân tạo.
Hệ thống nuôi tảo bằng nước cống rãnh hoặc nước thải công nghiệp phù hợp với mục
tiêu xử lý nước thải. Các chất hữu cơ trong nước thải hay bùn đưa vào hệ thống được
phân huỷ bởi vi khuẩn, nguồn ô-xy cho hệ thống phân huỷ này được sản sinh từ quá
trình quang hợp của tảo. Tảo sử dụng năng lượng mặt trời và các chất dinh dưỡng sản

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 9


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

sinh từ quá trình phân huỷ chất hữu cơ của vi khuẩn để tổng hợp sinh khối tảo bằng
quá trình quang hợp.
2.3.5 Ao thâm canh tảo
Ao thâm canh tảo là một ao chia ra làm nhiều rãnh dài có trang bị hệ thống sục khí và
khuấy trộn. Nó có tỉ lệ diện tích/thể tích lớn, độ sâu chỉ từ 0,2 - 0,6 m để cho ánh sáng
có thể khuếch tán tới đáy ao. Hệ thống này có thể được nạp nước thải liên tục trong
vòng 12 tiếng đồng hồ (khoảng thời gian có ánh sáng mặt trời). Nước chảy ra từ hệ

thống này chứa hàm lượng tảo cao thường được đưa vào một hệ thống tách tảo. Nước
thải sau khi xử lý và tách tảo thường có nồng độ các chỉ tiêu thấp. Thời gian lưu tồn
(HRT) tối thiểu của nước thải trong hệ thống nên lớn hơn 1,8 ngày vì đây là tuổi thọ tối
thiểu của một thế hệ tảo trong hệ thống. Thời gian lưu tối đa của nước thải trong hệ
thống phải nhỏ hơn 8 ngày vì nếu HRT quá 8 ngày thì hệ thống sẽ hoạt động dưới tải
(thiếu chất dinh dưỡng), đưa đến năng suất tảo thấp (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ
Châu Ngân, 2015).
Mặc dù các nhân tố chính ảnh hưởng đến hệ thống nuôi tảo thâm canh là cường độ ánh
sáng và nhiệt độ, nhưng thông số kỹ thuật dùng để điều chỉnh môi trường tối ưu cho hệ
thống là kích thước của ao (mà chủ yếu là diện tích và độ sâu). Thông số này dùng để
thiết kế HRT của ao tảo theo 3 phương pháp sau:
- Thời gian lưu tồn cố định (thích hợp cho khu vực nhiệt đới vì trong điều kiện khí hậu
nhiệt đới: bức xạ mặt trời và nhiệt độ biến động rất ít). Phương pháp này giúp tiết kiệm
được diện tích.
- Thời gian lưu tồn hoặc độ sâu của ao thay đổi (thích hợp cho khu vực ôn đới). Vào
mùa hè, nhiệt độ cao thì HRT và độ sâu của ao nhỏ hơn vào mùa đông. Phương pháp
này đòi hỏi diện tích hơn phương pháp một 25%.
- Thời gian lưu tồn thay đổi bằng cách sử dụng ao làm đồng thời 2 nhiệm vụ: xử lý
nước thải vào mùa đông và nuôi cá vào mùa hè.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 10


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Hình 2.3 Ao thâm canh tảo

(Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014b)
Hệ thống ao nuôi tảo hở phù hợp cho mục đích xử lý nước thải và tái sử dụng chất thải
hữu cơ. Do đó, hệ thống sẽ được giới thiệu sâu hơn ở phần này:
Trong xử lý nước thải có 2 loại ao nuôi tảo thường được sử dụng đó là ao tùy nghi
(facultative pond) và ao thâm canh tảo (high rate algal pond).
- Ao tùy nghi thường có độ sâu ngập nước hơn 1m và tảo thường phát triển ở lớp nước
mặt của ao nơi có đầy đủ ánh sáng, phần dưới đáy ao thường có điều kiện thiếu khí.
- Ao thâm canh tảo được triển khai từ những năm 1950 với mục đích đầu tiên là tạo
điều kiện hiếu khí trong ao mà không cần đến khuấy trộn nhiều (Rawat et al., 2011).
Ao thâm canh tảo thường có độ sâu ngập nước dưới 1m và được khuấy trộn vừa phải,
điều kiện hiếu khí được duy trì từ mặt ao xuống tới đáy ao (Larsdotter, 2006). Ao thâm
canh tảo được bố trí dòng chảy theo đường vòng, trong ao có thiết bị khuấy để khuấy
trộn hỗn hợp nuôi cấy và duy trì dòng chảy trong ao. Trong các loại ao này có sự cộng
sinh giữa tảo và vi khuẩn.
Theo một số tác giả nếu các ao thâm canh tảo được thiết kế và vận hành tốt có thể loại
bỏ được 90% BOD và 80% N và P.
Hệ thống hở có nhược điểm là không thể nuôi tảo thuần, sản phẩm dễ bị nhiễm bẩn do
các chất ô nhiễm được gió đưa đến, nước trong ao nuôi bị thất thoát nhiều do bay hơi.
Để giải quyết vấn đề này Chaumont (1993) đã đưa ra 3 phương án:
- Điều khiển môi trường trong ao nuôi tảo để tạo điều kiện thuận lợi cho các dòng tảo
mong muốn chiếm ưu thế trội. Ví dụ, Spirulina phát triển trong môi trường có
ankalinity cao, môi trường có hàm lượng muối cao có Dunaliella phát triển mạnh. Các
loài tảo thường được sản xuất trong ao hở là Spirulina, Chlorella, Haematococus,
Dunaliella, Anabaena và Nostoc.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 11

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

- Tập trung vào nuôi những dòng tảo thường chiếm ưu thế ở các ao nuôi tảo hở (có thể
những loài này không đạt hiệu quả biến dưỡng cao).
- Duy trì điều kiện vô trùng cho mẻ nuôi ở giai đoạn đầu để sản phẩm không bị nhiễm

bởi các dòng tảo khác và tạo điều kiện cho các dòng tảo nuôi phát triển chiếm ưu thế
ngay từ đầu.
2.4 TẢO SPIRULINA SP.
2.4.1 Đặc điểm sinh trưởng của Spirulina sp.
a) Đặc điểm phân loại
Spirilina sp. là một loài vi tảo có dạng xoắn hình lò xo (nhìn qua kính hiển vi), màu
xanh lam với kích thước chỉ khoảng 0,25 mm, mắt thường không thể nhìn thấy.
Theo Nguyễn Đức Lượng (2002), tảo Spirulina thuộc:
Ngành: Cyanobeateria (tảo lam)
Lớp: Cyanophyceae
Bộ: Oscillatoriales
Họ: Oscillatoriaceae
Chi: Spirulina

Hình 2.4 Tảo Spirulina sp.
(Jourdan, 2001)
Spirulina có nhiều loài (hơn 35 loài), sự thay đổi về hình thái của chi tảo này đã làm
cho việc phân loại khó khăn. Trong đó có 2 loài quan trọng là:
- Spirulina platensis đồng nghĩa với nó là Spirulina jenneri và Arthrospira platensis.
- Spirulina geitleri đồng nghĩa với nó là Spirulina maxima và Oscillatoria platensis
(Richmond, 1986).

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 12


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Spirulina là tảo lam hay còn gọi là vi khuẩn lam, dạng sợi, đa bào. Dạng xoắn ốc của
sợi hoặc các tảo bào đoạn là đặc trưng của chi và được duy trì trong môi trường lỏng
hoặc môi trường nuôi trồng (Trần Văn Nhị et al., 1982).
Theo Vonshak (1997), Spirulina có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ có đường
kính cỡ 70 nm và được cấu tạo bằng các sợi prô-tê-in bện lại. Không bào khí sẽ nạp
đầy khi sợi Spirulina muốn nổi lên trên bề mặt để nhận ánh sáng cho quá trình quang
hợp. Đến cuối ngày là lúc tế bào tạo ra một lượng lớn các-bon-hi-đờ-rát, lúc đó các tế
bào sẽ tụ tập lại và tạo ra một áp suất thẩm thấu cao bên trong cơ thể, sau đó các không
bào khí sẽ không thể duy trì áp suất thẩm thấu lâu bên trong tế bào và chúng sẽ vỡ, giải
phóng ra các khí làm cho sợi tảo chìm xuống đáy và tại đây xảy ra quá trình chuyển
hoá các-bon-hi-đờ-rát thành prô-tê-in.
Sợi tảo có độ dài từ 50 – 500 µm và chiều rộng từ 3 – 8 µm. Sợi tảo không được bao
phủ bằng bao nhầy như ở tảo lam nói chung. Điều này giải thích sự không bám chặt
của vi khuẩn hoặc các vi sinh vật khác với tế bào Spirulina (Trương Văn Lung, 2004).
b) Các điều kiện nuôi tảo
Tảo Spirulina platensis là một loài tảo lam có giá trị dinh dưỡng rất cao, đặc biệt là
hàm lượng prô-tê-in chiếm tới 56 - 77% khối lượng khô, giàu vitamin, chất khoáng,
axít amin và các axít béo thiết yếu (Belay, 2002; Falquet, 1997). Ngoài ra, khả năng
thích ứng tốt với các yếu tố môi trường, điều kiện và kỹ thuật nuôi khá đơn giản cũng
là một trong những lợi thế khi nuôi sinh khối loài tảo này (Ahsan et al., 2008). Các yếu
tố môi trường, ngoài ni-tơ, được duy trì trong phạm vi thích hợp với sinh trưởng của

tảo Spirulina sp.: nhiệt độ, pH, chế độ chiếu sáng, sục khí, cường độ ánh sáng.
Trong nuôi tảo nói chung, nguồn tảo giống, chất dinh dưỡng và điều kiện môi trường
nuôi là những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng và thành phần sinh hóa của tảo.
Các thành phần dinh dưỡng đa lượng (các-bon, ni-tơ, phốt-pho) và vi lượng ảnh hưởng
rất lớn đến sinh trưởng của tảo, đặc biệt trong điều kiện nuôi với mật độ cao (Vonshak
et al., 1996; Richmond et al., 1986).


Ánh sáng

Ánh sáng là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của
tảo, tảo ít bị chi phối bởi chu kỳ sáng tối.
Theo Trương Sĩ Kỳ (2004), cũng như các loài thực vật khác, tảo cũng cần ánh sáng cho
quá trình quang hợp vật chất hữu cơ từ CO2. Cường độ ánh sáng thích hợp cho sự thay
đổi rất lớn tùy theo điều kiện nuôi. Nếu nuôi trong bình thủy tinh, dung tích nhỏ cần
cường độ ánh sáng khoảng 1.000 lux, với ao nuôi lớn cường độ ánh sáng cũng lớn
khoảng 5.000 – 10.000 lux. Ngoài ra, quá trình quang hợp của tảo sẽ gia tăng lên khi
cường độ bức xạ mặt trời tăng và sẽ giảm khi cường độ bức xạ mặt trời giảm (Trương
Quốc Phú, 2004).
Theo Vonshak (1997), nghiên cứu đầu tiên về phản ứng với ánh sáng của tảo Spirulina
đã được thực hiện. Trong thí nghiệm khá đơn giản của mình, ông đi đến kết luận rằng
Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 13


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

cường độ ánh sáng thích hợp nhất cho Spirulina nằm trong khoảng 25.000 – 30.000
lux.


Nhiệt độ

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2015), nhiệt độ tăng sẽ làm cho tốc độ
sinh trưởng của tảo tăng, tuy nhiên khi nhiệt độ tăng quá ngưỡng giới hạn trên thì tốc
độ sinh trưởng của tảo sẽ giảm nhanh. Nhiệt độ là một trong những nhân tố chủ yếu
kiểm soát quá trình nhân đôi của các loài tảo Spirulina (Tomaselli et al., 1993).
Spirulina chỉ bắt đầu phát triển đáng kể trên 200C. Tốc độ tăng trưởng nhanh nhất là
khoảng 35–370C. Trên nhiệt độ đó, tế bào có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng (việc đó là
không thể tránh khỏi sau vài giờ trên 43 – 440C) (Jourdan, 2001). Theo Lê Văn Khoa
(1995), nguồn nhiệt làm cho môi trường nước ấm lên được cung cấp chủ yếu cho nước
là bức xạ mặt trời, ngoài ra còn có thể do năng lượng sinh ra trong các quá trình ô-xy
hoá các hợp chất hữu cơ, vô cơ trong nước. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu cho tảo
Spirulina platensis từ 35-370C dưới điều kiện phòng thí nghiệm. Ở ngoài trời, nếu nhiệt
độ tăng tới 390C trong vài giờ cũng không làm hại đến tảo và khả năng quang hợp của
nó. Những dòng tảo Spirulina ưa nhiệt và chịu nhiệt có thể nuôi trồng ở 35 - 400C. Đặc
điểm đó có lợi là thải loại vi khuẩn ưa nhiệt trung bình tạp nhiễm. Nhiệt độ tối thiểu
đối với sinh trưởng của Spirulina là khoảng 150C vào ban ngày. Ban đêm, Spirulina có
thể chịu được nhiệt độ tương đối thấp (Richmond, 1986). Tương tự, theo Gershiwin &
Belay (2008), nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của tảo Spirulina là 35 - 380C, trong khi
nhiệt độ tối thiểu cần thiết để duy trì tốc độ tăng trưởng là 15 - 200C. Và theo Oliveira
et al. (1999), sinh khối tảo Spirulina sp. phát triển cực đại ở mức nhiệt độ từ 25 - 300C
còn đối với tảo Spirulina maxima là từ 30 - 350C.


pH

Hầu hết các loài tảo nuôi có thể sống trong phạm vi pH dao động từ 7 – 9. Ngưỡng pH
tối ưu dao động từ 8,2 – 8,7. Trong trường hợp nuôi với mật độ cao có thể bổ sung CO2
để tăng pH trong ao nuôi (Theo Trương Sĩ Kỳ, 2004).
Theo Richmon (1986), tảo Spirulina thuộc nhóm tảo hấp thu chủ yếu HCO3- cho quá
trình quang hợp, nên phát triển mạnh ở môi trường pH cao và pH của thí nghiệm. pH
từ 9,8 – 10,3 nằm trong khoảng thích hợp cho tảo phát triển.
Tảo Spirulina sống trong môi trường giàu bi-các-bon-nát (HCO3-) và theo (Trương Văn
Lung, 2004) độ kiềm pH từ 8,3 – 10,3 nhưng lại có một số tài liệu khác thì pH nằm
trong khoảng 8,5 - 11 (Zarrouk, 1966) và có thể chịu đựng được sự tăng pH. Lưu ý
rằng các giá trị pH của nước có xu hướng gia tăng khi Spirulina phát triển. Từ khoảng
8,5 tảo bắt đầu giai đoạn phát triển, pH có thể tăng lên đến 10 hoặc thậm chí 11
(Jourdan, 2001).


Vòng đời phát triển (sinh sản)

Các sợi tảo trưởng thành bị cắt ra thành vài đoạn tảo (hormogonia), mỗi đoạn tảo có từ
2 – 4 tế bào, nhờ sự thành lập của vài tế bào đặc biệt, gọi là hoại bào. Hoại bào có màu

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 14


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

vàng, dễ nhuộm đỏ với congo và bị thuỷ giải để cho các tế bào hình đãi tách rời có hai
mặt lỏm (Phạm Hoàng Hộ, 1972).

Theo Boussiba (1989), các đoạn tảo con, sau khi tách rời, trượt nhẹ khỏi sợi cha mẹ.
Hai đầu xa của đoạn tảo, mất đi phần dính của hoại bào, trở nên tròn với vách mỏng.
Số tế bào trong các đoạn tảo gia tăng bởi sự cắt đôi tế bào, hay chính xác hơn là sự
phân chia xen giữa. Qua quá trình này, các sợi kéo dài tới mức trưởng thành và có dạng
xoắn kiểu mẫu. Trong các điều kiện tăng trưởng tốt nhất, thời gian tăng gấp đôi của
Spirulina là 9,3 giờ.


Dưỡng chất cần thiết

Tảo là sinh vật tự dưỡng, tức là chúng có thể tự tổng hợp các chất hữu cơ, các phân tử
từ các chất vô cơ. Một trong những công thức đại diện cho các yếu tố phổ biến nhất
trong một tế bào tảo trung bình là C106H181O45N16P, và các yếu tố nên có mặt trong các
tỉ lệ trong các phương tiện truyền cho sự phát triển tối ưu (Oswald, 1988).
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2015) a-môn là nguồn đạm chính cho
tảo tổng hợp nên prô-tê-in của tế bào thông qua quá trình quang hợp. Phốt-pho,
Mangan và Kali cũng là các dưỡng chất ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. Tỉ lệ P,
Mg và K trong các tế bào tảo là 1,5: 1 : 0,5.
● Nguồn Các-bon: chủ yếu là CO2 và NaHCO3. Môi trường có NaHCO3 thuận lợi cho
tảo phát triển hơn Na2CO3. Trong quá trình nuôi cấy, khi thổi CO2 phải kết hợp đồng
thời với việc cung cấp muối bi-các-bon-nát tạo ra pH thích hợp cho tảo phát triển. Vì
nếu chỉ thổi CO2 mà môi trường không có muối các-bon-nát nào khác thì pH sẽ giảm,
khi đó tảo sẽ chết rất nhanh. Như vậy nguồn các-bon chủ yếu là NaHCO3, còn CO2 chỉ
là nguồn bổ sung phụ. Nguồn các-bon để nuôi dưỡng Spirulina ở khoảng 1,2 – 16,8
NaHCO3/L (Nguyễn Thị Thanh Hiền, 2010). Theo Trương Văn Lung (2004), lại cho
rằng: Spirulina cũng như đa số loại tảo lam khác, là loài quang tự dưỡng bắt buộc,
nghĩa là nó không thể sinh trưởng trong tối trên môi trường chứa các hợp chất các-bon
hữu cơ. Sản phẩm quang hợp đồng hóa chủ yếu của Spirulina là glycogen.
● Nguồn Ni-tơ: trong quá trình phát triển của tảo Spirulina, ni-tơ đóng vai trò rất quan

trọng, nó là nguyên liệu quan trọng để sinh tổng hợp prô-tê-in. Spirulina không có khả
năng sử dụng ni-tơ dạng khí N2 mà sử dụng dưới dạng ni-trát (NO3-), với ngưỡng 3010mg N/L, trung bình 4-12mg N/L (theo môi trường Zarrouk C). Nếu thiếu ni-trát, sinh
khối tảo sẽ giảm đi rất nhanh và khi hàm lượng ni-trát quá cao sẽ tạo hiện tượng tảo nở
hoa từ đó sẽ làm thay đổi chất lượng nước (Boyd et al, 2002).Spirulina cố định và khử
N khí quyển thông qua phản ứng do enzyme nitrogenase xúc tác (Trương Văn Lung,
2004).
Các mức ni-tơ khác nhau ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của tảo nói chung và tảo
Spirulina sp. đã được đề cập trong nhiều nghiên cứu. Dư thừa hay thiếu hụt ni-tơ đều
làm giảm sinh trưởng, khả năng trao đổi chất, chất lượng dinh dưỡng của nhiều loài tảo
trong đó có tảo Spirulina sp. (Hu, 2004; Bulut, 2009; Azov & Goldman, 1982; Zhila et
al., 2005; Pruvost et al., 2009).
Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 15


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Ngoài ra, môi trường nuôi (nước ngọt hay nước mặn) và nguồn ni-tơ khác nhau (NO3-,
NO2-, NH4+…) cũng ảnh hưởng đến nhu cầu ni-tơ của tảo (Prabakaran & Ravindran,
2012; Li et al. 2008).
● Nguồn Phốt-pho: phốt-pho cũng là yếu tố không thể thiếu trong nhu cầu của tảo.

Tảo yêu cầu về phốt-pho với hàm lượng rất thấp so với đạm, nhưng lân vẫn là yếu tố
bắt buộc và cần thiết (Trần Văn Vỹ, 1995). Tảo sử dụng lân chủ yếu ở dạng phốt-phát
để tổng hợp ATP, a-xít nucleic, các hợp chất cấu tạo khác.
● Dinh dưỡng khác: sắt cần thiết cho quá trình tạo diệp lục, song với là vai trò của
nguyên tố vi lượng. Fe cần cho phát triển của tảo nhưng ở hàm lượng thấp chỉ vài

mg/L, khi hàm lượng quá cao muối Fe có thể gây ra độc cho thuỷ sinh vật (Đặng Ngọc
Thanh, 1974), với Spirulina sắt thích hợp là 0,56 – 50 mg/L. Ngoài ra, nhu cầu về các
chất dinh dưỡng khác như K là 5 g/L, Na là 5 g/L.
● Chế độ thổi khí: chế độ thổi khí CO2 với liều lượng 2% liên tục dưới một chế độ ánh
sáng mạnh và có mặt của HCO3- sẽ là điều kiện tối ưu cho tảo phát triển. Nó là điều
cần thiết, ít nhất là từ 2 - 4 lần một ngày, để khuấy trộn trong quá trình nuôi spirulina
sp. Điều này giúp đảm bảo các cá thể Spirulina có thể được tiếp xúc đều với chất lỏng
và ánh nắng. Nếu sự khuấy trộn quá lớn, sẽ gây đứt đoạn Spirulina và gây ra bọt xuất
hiện. Đối với thể tích nhỏ nuôi cấy có thể khuấy trộn với một máy nén nhỏ sử dụng
cho các ao nuôi cá (Jourdan, 2001). Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân
(2014b) quá trình khuấy trộn trong các ao tảo rất cần thiết nhằm ngăn không cho các tế
bào tảo lắng xuống đáy và tạo điều kiện cho các dinh dưỡng tiếp xúc với tảo thúc đẩy
quá trình quang hợp. Trong các ao tảo lớn khuấy trộn còn ngăn được quá trình phân
tầng nhiệt độ trong ao tảo và yếm khí ở đáy ao tảo. Nhưng việc khuấy trộn cũng tạo
nên bất lợi vì nó làm cho các cặn lắng nổi lên và ngăn cản quá trình khuếch tán ánh
sáng vào ao tảo.
Theo Vũ Thành Lâm (2006), ao nuôi cấy Spirulina phải được khuấy trộn liên tục trong
suốt quá trình nuôi (vào lúc có ánh sáng) vì:
- Để đảm bảo rằng dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy được cung cấp thường xuyên
và đầy đủ cho tảo.
- Để di chuyển các sợi tảo từ dưới lên trên giúp cho chúng tiếp xúc được với ánh sáng
mặt trời và tiến hành quang hợp.
- Cũng để di chuyển các sợi tảo nằm bên dưới cột nước vì tại đó không gây ra quang
phân giải sắc tố của sợi tảo.
- Để tảo không bện thành đám dày đặc vì như vậy chúng không tiếp xúc được với ánh

sáng và chất dinh dưỡng dẫn đến tiêu hoá một lượng lớn chất đường đã tích luỹ, từ đó
chúng sẽ chết. Đây lại là nguyên nhân khiến cho vi khuẩn phát triển trong môi trường
nuôi.

Đỗ Thị Ngọc Điệp_Lê Nguyễn Bích Như

Trang 16