ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐÈN LED ĐỎ ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA TẢO

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
-------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

“ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
TRONG ĐIỀU KIỆN ĐÈN LED ĐỎ ĐẾN KHẢ NĂNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA TẢO”
Người thực hiện

: MAI ĐỨC TRUNG

Lớp

: MTD

Khóa

: 57

Chuyên ngành

: Khoa học Môi trường

Giáo viên hướng dẫn

: TS. ĐỖ THỦY NGUYÊN

Ha Nôi – 2016

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
-------------------


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

“ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
TRONG ĐIỀU KIỆN ĐÈN LED ĐỎ ĐẾN KHẢ NĂNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA TẢO”
Người thực hiện
Lớp
Khóa
Chuyên ngành
Giáo viên hướng dẫn
Địa điểm thực tập

: MAI ĐỨC TRUNG
: MTD
: 57
: Khoa học Môi trường
: TS. ĐỖ THỦY NGUYÊN
: Bộ môn Công nghệ môi trường

Hà Nội – 2016

2

2
2


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này tôi đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận
tình và sự động viên của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.
Nhân dịp này, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới
thầyTS. Đỗ Thủy Nguyên, giảng viên bộ môn Công nghệ Môi trường – Học
viện Nông nghiệp Việt Nam, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện khóa
luận cũng như tận tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho
tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể các quý thầy, cô giáo bộ môn Công
nghệ Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ
tôi trong thời gian thực tập tại bộ môn.
Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của anh Trần Minh
Hoàng, bạn Đinh Phương Thảo, Nguyễn Xuân Quỳnh, Nguyễn Thị Mai và
Nguyễn Mai Trang, những người đã luôn quan tâm và đồng hành cùng tôi
trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình và bạn
bè đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 20,tháng 5, năm 2016.
Sinh viên thực hiện

MAI ĐỨC TRUNG

3

3

MỤC LỤC

4

4


DANH MỤC BẢNG

5

5


DANH MỤC HÌNH

6

6


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

7

7

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, công nghệ sinh học đang ngày một phát triển mạnh mẽ do
những hiệu quả vô cùng lớn mà nó mang lạivề kinh tế, xã hội cũng như môi
trường.Giải pháp sử dụng công nghệ sinh học đang được áp dụng trong rất nhiều
lĩnh vực đặc biệt là trong vấn đề xử lý nước thải thì công nghệ sinh họcđang
được các nước vô cùng quan tâm và ưu tiên thực hiện.
Trong số rất nhiều các công nghệ sinh học hiện nay thì gần đâycông nghệ
nuôi tảo hiệu suất cao (HRAPs) đã và đang được sử dụng nhiều cho mục đích xử
lý nước thải tại một số quốc gia phát triển, đặc biệt là sử dụng tảo Chlorella
Vulgaris. Nguyên lý của công nghệ dựa việc tạo điều kiện tối ưu cho tảo nhằm
mục đích tăng sinh khối. Các yếu tố làm tăng hiệu suất sinh học bao gồm: ánh
sáng, nhiệt độ, hàm lượng CO 2 hoà tan trong nước và dinh dưỡng (N và P). Các
yếu tố này luôn có sẵn trong nước thải cho thấy tính khả thi của giải pháp. Và
trong các yếu tố trên thì nhiệt độ đóng một vai trò vô cùng quan trọng cho sự
sinh trưởng và phát triển của tảo.
Nuôi cấy tảo trong điều kiện ánh sáng tự nhiên cho hiệu quả không cao do
ảnh hưởng nhiều của thời tiết và cường độ không ổn định. Sử dụng ánh sáng
nhân tạo từ đèn LED giúp cung cấp ánh sáng một cách chủ động, điều chỉnh
bước sóng và cường độ phù hợp để rút ngắn thời gian sinh trưởng của tảo, từ đó
nâng cao hiệu suất xử lý chất dinh dưỡng. Theo kết quả của nhiều nghiên cứu thì
ánh sáng đỏ với cường độ phù hợp cho khả năng sinh trưởng và phát triển của
tảo cũng như loại bỏ chất dinh dưỡng là cao nhất.
Tuy nhiên, hệ thống xử lý bằng công nghệ sinh học phụ thuộc rất nhiều yếu tố
thời tiết trong đó có yếu tố nhiệt độ. Cho nêntrước khi đưa hệ thống này vào thực
tế cần phải có các nghiên cứu cụ thể. Câu hỏi quan trọng phải đặt ra bây giờ là
8

8

trong môi trường nước thải có tác động của ánh sáng thì vai trò của nhiệt độ đối
với sinh trưởng phát triển của tảo như thế nào và khả năng xử lý chất dinh dưỡng
ra sao. Chính vì các lí do trên, tôi lựa chọn thực hiện đề tài: “Đánh giá sự ảnh
hưởng của nhiệt độ trong điều kiện đèn LED đỏ đến khả năng xử lý nước
thải của tảo”.
2. Mục đích nghiên cứu
-

Khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của các công thứcnhiệt độ cố định khác nhau tới

-

khả năng sinh trưởng của tảo và hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt
Khảo sát đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ mô phỏng 2 mùa đông hè tới khả năng
sinh trưởng của tảo và hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt.

9

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về tảo Chlorella
1.1.1. Đặc điểm phân loại
Giới: Plantae
Ngành: Chlorophyta
Lớp: Chlorophyceae
Bộ: Chlorococales
Họ: Chlorellaceae

Giống: Chlorella (Bold và Wynne, 1978)

Hình 1.1. Tảo Chlorella
1.1.2. Hình thái, cấu tạo
Chlorella là loại tảo đơn bào, không có tiêm mao, không có khả năng di
chuyển 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

10

10


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 học trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến hình thái và chất
lượng của tế bào tảo (Trần Văn Vĩ,1995).
1.1.3. Quá trình sinh sản
Dưới những điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, nước trong, không khí
sạch Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn. Quá trình sinh sản nói chung
được chia thành nhiều bước: Sinh trưởng - trưởng thành - thành thục - phân chia
(Trần Đình Toại và Châu Văn Minh,2005).Tảo Chlorella sinh sản rất nhanh,
trong ba giờ 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 điều 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 xé màng tế bào mẹ. Các tế
bào trẻ này sẽ lớn lên và phát triển đến giai đoạn chín, có khả năng sinh sản, toàn
bộ chu trình lập lại từ đầu (Trần Văn Vĩ, 1995).
1.1.4.Quá trình sinh trưởng, phát triển của tảo
Tamiya, (1963) 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 hợp.
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.
11

11


Theo Trần Thị Thanh Hiền và cộng sự (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 1.2. 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 yếu tố nào đó.
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.
1.1.5. Quá trình quang hợp của tảo
Các sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng sử dụng cho quá trình quang hợp.
Chúng định vị trong các lục lạp của thực vật hoặc phân tán trong chất tế bào của

12

12


sinh vật nhân sơ. Tất cả các sinh vật quang hợp đều chứa chlorophyl và
carotenoid. Một số khác còn chứa phycobilin. Chlorophyll-a là sắc tố chính vì
năng lượng do nó hấp thụ được sử dụng trực tiếp cho các phản ứng sáng của
quang hợp. Các sắc tố còn lại là các sắc tố phụ vì năng lượng ánh sáng mà chúng
hấp thụ được đều phải truyền cho chlorophyll (chất diệp lục). Chất diệp lục hấp
thụ ánh sáng vùng đỏ và vùng xanh tím để lại vùng xanh lục tạo nên màu xanh
lục của lá cây. Phân tử diệp lục gồm có phần đầu thích nước là một vòng
porphyrin chứa nhân Mg và một cái đuôi hydrat carbon dài kỵ nước (rượu
phytol). Nhóm chất diệp lục ở vi khuẩn quang hợp về mặt cấu trúc đều giống với
nhóm chất diệp lục ở thực vật, nhưng hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng dài hơn
và như vậy các vi sinh vật quang hợp đã sử dụng cả ánh sáng đỏ xa và ánh sáng
hồng ngoại trong quá trình quang hợp của mình. Trong dải bước sóng của ánh
sáng nhìn thấy (400-700nm) có 2 vùng hấp thụ của chlorophyll là xanh lam
(430nm) và đỏ (622nm) (Vũ Văn Vụ, Vũ Thanh Tâm, Hoàng Minh Tấn, 2005).
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tảo Chlorella
1.2.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của
thuỷ thực vật, so với các sinh vật trên cạn thì thuỷ sinh vật có khoảng thích nghi
về nhiệt độ hẹp hơn (Dương Trí Dũng, 2003). Hơn nữa, nhiệt độ là nhân tố chính
điều khiển tỉ lệ quang hợp của các loài thực vật trong đó có tảo. Các phản ứng
quang hơp điển hình của tảo tăng khi ta tăng nhiệt độ, với Q 10(tỉ lệ tăng ở 10 °C)
xấp xỉ 2.0. Khi đó phản ứng trao đổi chất của tảo tăng cho đến khi đạt nhiệt độ
tối ưu, ngoài ra nhiệt độ tăng có thể dẫn tới giảm khả năng hoà tan của các khí
đặc biệt là CO2 và O2 trong nước.Theo Payer, (1980) nhiệt độ không chỉ ảnh
hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi chất mà còn tác động lên cấu trúc của tế

bào tảo (Payer, 1980).
13

13


Đối với tảo thì mỗi loài tảo cần nuôi ở một khoảng nhiệt độ nước thích
hợp, ngoài ngưỡng nhiệt độ đó tảo sẽ không phát triển và có thể bị chết. Nhiệt độ
tăng làm tăng sự phát triển của tảo cho đến khi đạt nhiệt độ tối ưu(Soeder,
1981).Theo Karin và cộng sự., (2006), các loài vi tảo thường phát triển tốt trong
khoảng nhiệt độ từ 15 – 25 oC. Còn theo Richmond, (1986) nhiệt độ tốt nhất cho
sự phát triển của tảo nằm trong khoảng 23 – 30 0C tùy loài và môi trường sống, ở
400C tế bào tảo sẽ bị tổn hại. Tăng nhiệt độ vượt quá mức tối ưu làm giảm tổng
hợp protein trong tế bào và do đó dẫn đến giảm tốc độ tăng trưởng (Konopka và
cộng sự., 1978), theo Liao (1983) thì

nhiệt độ tối ưu cho tảo Chlorella

Vulgarislà 250C, nhưng có thể chịu đựng được nhiệt độ 370C. Tuy nhiên ở các
môi trường khác nhau thì nhiệt độ tối ưu cho tảo Chlorella Vulgarislà khác nhau,
phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như ánh sáng, dinh dưỡng, hàm lượng oxy
hòa tan…
1.2.2. Ánh sáng
Ánh sáng là nguồn năng lượng chính trong giai đoạn tăng trưởng quang tự
dưỡng của vi tảo. Để cho tảo phát triển cần một mức độ nhất định về cường độ
ánh sáng, tuy nhiên nếu ánh sáng quá mạnh vượt mức độ bão hòa sẽ gây ra hiện
tượng photoinhibition - hiện tượng ức chế ánh sáng. Điều này có thể làm bất hoạt
các enzym tham gia vào quá trình cố định CO 2, dẫn đến sẽ hạn chế sự phát triển
của tảo (Iqbal và cộng sự, 2001). Ở điều kiện thiếu ánh sáng trong thời gian dài
chúng sẽ thích nghi bằng cách tăng hàm lượng chlorophyll trong cơ thể. Đặc tính

ánh sáng khác nhau sẽ tạo ra chlorophyll khác nhau và cũng ảnh hưởng đến
quang hợp của tảo, mặt khác nó còn ảnh hưởng đến sinh trưởng và tỷ lệ sinh
khối (Hu, 2003). 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 lớn khoảng 5.000 – 10.000
14

14


lux. Sử dụng ánh sáng nhân tạo thì thời gian chiếu sáng ít nhất 18 giờ/ngày. Nuôi
tảo Chlorella trong quy trình nước xanh cải tiến bằng cá rô phi, cường độ ánh
sáng cần khoảng 4.000 – 30.000 lux (Nguyễn Thanh Phương và cộng sự, 2003).
Ngoài cường độ ánh sáng, chu kỳ ánh sáng và các thành phần quang phổ của ánh
sáng cũng tác động tới sự phát triển của tảo. Trong điều kiện cường độ ánh sáng
cao, hiệu quả sử dụng ánh sáng có thể được tối ưu hóa bằng cách kéo dài thời
gian tối. Điều này cho phép bộ máy quang hợp trong tế bào tảo sử dụng được hết
các photon hấp thụ được và chuyển chúng thành năng lượng hóa học, do vậy
tránh được ảnh hưởng của photoinhibition. Theo Emerson và cộng sự , (1943),
ánh sáng màu xanh lam (456 nm) và ánh sáng màu đỏ(660 nm) có hiệu quả nhất
đối với sự quang hợp của tảo Chlorella Vulgaris.
1.2.3. Dinh dưỡng
Qúa trình quang hợp tảo cần nhiều vật chất dinh dưỡng để tổng hợp chất
hữu cơ và sinh trưởng, trong số các nguyên tố cần thiết cho tảo thì trong nước
chỉ có vài nguyên tố có thể đáp ứng đủ nhu cầu (O 2 và H2), các nguyên tố còn lại
đều có hàm luợng rất thấp so với nhu cầu của tảo. Do đó, tảo 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 cacbon, nito và photpho là 2 nguồn dinh
dưỡng cần thiết cho quá trình phát triển của tảo (Valero, 1981).
a. Nito

Đối với Chlorella nguồn nito sử dụng là muối amoni, nitrat và urea trong
đó amoni cho kết quả tốt nhất (Iriarte, 1991). Trường hợp nguồn nito có đồng
thời amoni, nitrat và urea thì Chlorella sẽ sử dụng amoni trước còn nitrat và urea
sẽ được tảo chuyển hóa thành amoni trước khi kết hợp vào thành phần hữu cơ.
Việc bổ sung amoni vào tế bào tảo khi đang hấp thu nitrat thì lập tức hạn chế
hoàn toàn quá trình này. Sự hấp thu amoni là nguyên nhân kìm chế enzym hấp
15

15


thu nitrat. Amoni không ảnh hưởng đến sự tổng hợp tiền thể của enzym nitrat
nhưng amoni 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 cộng sự, 1986). Chlorella có
thể sử dụng nguồn urea khi nó là nguồn cung cấp nito duy nhất (Roon, 1968).
Khi chuyển N – NO3- thành N – NH4+ đòi hỏi nguồn năng lượng và enzym khử
nitrat. 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 nitrat là urea trong khi
Chlorella có tốc độ phát triển cao giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng amoni. Tùy
loài Chlorella mà có sự tích lũy acid béo hoặc tinh bột khác nhau:
ChlorellaEllipsoideaSK và ChlorellaPyrenoidosa sẽ tăng acid béo trong khi
Chlorella chỉ tăng về carbonhydrate và ChlorellaVulgaris 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).
b. Photpho
Photpho là một trong những nhân tố chính trong thành phần của tảo.
Photpho có vai trò chính trong đa số các quá trình xảy ra trong tế bào đặt biệt là
quá trình chuyển hoá năng lượng và tổng hợp acid nucleic. Giống như nito,

photpho cũng là yếu tố giới hạn sinh trưởng của tảo. Tảo sử dụng chủ yếu là
photpho vô cơ. Photpho hữu cơ thường được thuỷ phân bởi các enzym ngoại bào
như phosphoesterase, phosphatase để chuyển sang dạng photpho vô cơ dễ tiêu.
Việc hấp thu photpho ở tảo được kích thích bởi ánh sáng. Photpho thường tồn tại
ở hai dạng photpho hữu cơ (DIP) hoặc photpho vô cơ hoà tan (DOP).Hầu hết
photpho hoà tan là DOP. DIP thường ở dạng Orthophosphat (PO4 3-) và một ít
Monophosphat (HPO42-) và Dihydrogen phosphat (H2PO4-). Tảo chỉ có thể sử
16

16


dụng photphat hữu cơ hoà tan. Khi môi trường thiếu photphat hữu cơ hoà tan, tảo
có thể tiết ra enzym alkaline phosphatase, đây là một loại enzym ngoại bào có
khả năng giải phóng photphat trong phạm vi chất hữu cơ. Hơn nữa, khi hàm
lượng photphat hữu cơ hoà tan biến động trong khoảng thời gian ngắn thì tảo có
thể hấp thu và dự trữ photphat trong tế bào. Trong thời gian biến động, một tế
bào tảo có thể dự trữ photphat đủ cho sự phân chia 20 tế bào (Graham, 2000).
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong môi trường tự nhiên, photpho là yếu tố
giới hạn đối với sự phát triển của tảo (Borchardt và cộng sự, 1968).
c. Cacbon
Cacbon cũng là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng cần phải được
cung cấp trong quá trình sinh trưởng của tảo. Nó là yếu tố cần thiết cho quang
hợp và sinh sản. Tỷ lệ cố định cacbon thấp sẽ làm giảm tốc độ tăng trưởng của
tảo. Cacbon có thể được sử dụng dưới các hình thức của cacbonat hoặc
bicacbonat. CO2 trong nước có thể có mặt ở bất kỳ hình thức nào tùy thuộc vào
pH, nhiệt độ và hàm lượng dinh dưỡng. Ở những giá trị pH cao, lượng cacbonat
tăng và bicacbonat giảm (Chen và cộng sự, 1994). Ở những giá trị pH trung bình
(pH=8.2), 90% cacbon hiện diện trong HCO3-, chỉ có 1% tồn tại như CO2 phân tử
và phần còn lại là bicacbonat. (Eshaq và cộng sự, 2010). Khi hàm lượng CO 2 quá

cao có thể làm giảm nồng độ tương đối của protein và các sắc tố trong tế bào
nhưng làm gia tăng hàm lượng carbohydrate. Sự thay đổi trong thành phần tế bào
này làm giảm năng suất sinh khối tối đa (Gordillo và cộng sự, 1998).
1.3. Các nghiên cứu vềảnh hưởng nhiệt độ tới sự sinh trưởng phát triển của
tảo Chlorella Vulgarisvà hệ thống xử lý sử dụng tảo
Đã có những nghiên cứu tương tự tìm hiểu về ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh
khối và sinh trưởng phát triển của tảo Chlorella sp ở trong các môi trường khác
17

17


nhau. Alain Dauta,(1990)đã thực hiện nghiên cứu so sánh sự phát triển của 2 giống
tảo Chlorella Vulgaris Beiger và Synechocystis minima bout trong các dải nhiệt
độ (10°C-15°C-20°C-25°C-30°C-35°C) và bức xạ khác nhau (5-800 µEm-2s1).

Hình 1.3: Tỉ lệ phát triển tảo ở các mức bức xạ và nhiệt độ khác nhau với 2
loài tảo Chlorella Vulgarisvà Fragilaria Crotonensis
Kết quả thí nghiên cứu cho thấy sự phát triển của các loại tảo là khác nhau
ở các mức nhiệt độ và ở từng mức nhiệt độ là khác nhau giữa các mức độ bức xạ.
Các nhóm nhiệt độ khSác nhau cho thấy sự khác nhau trongnhạy cảm với nhiệt
độ và bức xạ. Đối với mỗi điều kiện nhiệt độ, ta có thể xác định một tỷ lệ tăng
trưởng tối đa(Pmax) và các liên kết cường độ ánh sáng tối ưu (Iopt). Ở nhiệt độ
cao, các loại tảo thường chịu đựng được cường độ ánh sáng cao hơn nhiều so với
ở nhiệt độ thấp hơn. Tảo Chlorella có phản ứng tăng về tốc độ tăng trưởng và

18

18

QiJ khi nhiệt độ môi trường tăng. Khi nhiệt độ cao hơn so với mức tối nhận thấy
sự giảmđi đáng kể trong tốc độ tăng trưởng. Tảo phát triển tốt nhất ở độ bức xạ
110 µEm-2s-1, và ở độ bức xạ này tỉ lệ phát triển cao nhất của tạo được chứng
kiến tại 30°C với tỉ lệ phát triển đạt xấp xỉ 1.1 ngày-1. Tiếp đến là 25°C, 35°C,
20°C, 15°C và 10°C với tỉ lệ phát triển giảm dần. Tuy nhiên ở các độ bức xạ
khác thì tảo phát triển tốt ở các nhiệt độ khác nhau.
Senthil Chinnasamy và cộng sự (2009),khi nghiên cứu về sinh khối của tảo
Chlorella Vulgaris ở các mức nhiệt độ và nồng độ CO 2 khác nhau ở nồng độ đã
cho kết luận rằng tại CO2 cao (6%) nhiệt độ tối ưu cho sản xuất sinh khối là
30°C. Khi nhiệt độ tăng ở nồng độ này thì các phản ứng tăng trưởng của tảo
giảm, còn với độ CO2 giảm thì các tác dụng phụ này cũng giảm theo. Kết được
trình bày ở Hình 1.4và Hình 1.5

Hình 1.4: Tỉ lệ phát triển và sinh khối ở các nhiệt độ và nồng độ CO2
khác nhau

19

19


Hình 1.5: Diễn biến Chlorophyll - a ở các công thức nhiệt độ và nồng độ
CO2 khác nhau
Đối với công nghệ xử lý có rất nhiều hệ thống xử lý có áp dụng công
nghê sinh học đặc biệt là công nghệ sinh học sử dụng tảo. Đối với các hệ thống
này, nhiệt độ là 1 yếu tố khó kiểm soát nhưng lại vô cùng quan trọng. Kết quả
cho thấy, các hệ thông có điều chỉnh nhiệt độ có hiệu qua cao hơn hẳn so với các
hệ thống để cho nhiệt độ tự do dao động theo môi trường ngoài. Hơn nữa với các
hệ thống tương tự nhưng nằm ở các khu vực có nhiệt độ thay đổi mạnh trong

ngày cũng như trong năm thì hiệu quả xử lý thì hiệu quả xử lý đạt thấp hơn so
với các hệ thống ở vùng có khí hậu ôn hòa, ít biến động. Từ điều này cho thấy sự
quan trong của việc phải nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ đến hiệu quả xử
lý và phát triển của sinh vật.
1.4. Ứng dụngđèn LED trong xử lý nước thải sử dụng tảo
Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu về
việc ứng dụng đèn LED để xử lý nước thông qua hoạt động của thực vật nổi

20

20


(vi tảo). Các nghiên cứu đó đã cho thấy sử dụng đèn LED có khả năng làm
thay đổi chất lượng nước hồ thông qua hoạt động của tảo, thể hiện ở hiệu quả
loại bỏ dinh dưỡng, loại bỏ chất hữu cơ cũng như cải thiện oxy hòa tan trong
nước.
Trong các nghiên cứu ứng dụng đèn LED để xử lý nước, khả năng loại
bỏ các chất nhiễm bẩn trong nước rất khả quan. Hiệu quả loại bỏ COD trong
nước của tảo Chlorella Vulgaris khi sử dụng đèn LED đỏ đạt 82.19 ± 6.71%
với nước thải giàu C và đạt 74.82 ± 5.26% đối với nước thải giàu N (Chen
Yan et al, 2013).
Chen Yan và cộng sự(2013) đã kết luận rằng hiệu quả loại bỏ chất dinh
dưỡng của tảo đạt cao nhất tại bước sóng ánh sảng đỏ, bước sóng đỏ là bước
sóng tối ưu cho sự phát triển của tảo Chlorella Vulgaris. Sinh khối khô đạt mức
cao nhất ở công thức sử dụng đèn LED đỏ, đèn LED xanh lục đạt thấp nhất . Tảo
Chlorella Vulgarisđạt hiệu quả cao khi hấp thụ ánh sáng đỏ nhờ chlorophyll khi
quang hợp, trong khi khả năng hấp thụ của nó đối với các bước sóng khác chỉ ở
mức tiềm năng (Matthijs et al, 1996). Kết quả này cũng phù hợp với một số
nghiên cứu tương tự khác: Saha và cộng sự (2013) xác định rằng điều kiện ánh

sáng đỏ phù hợp cho sự phát triển của tảo Haematococcus pluvialis; Wang và
cộng sự (2007) khẳng định rằng ánh sáng đỏ là tối ưu cho sự phát triển của
Spirulina platensis; Matthijs HCP và cộng sự (1996) cho rằng bước sóng đỏ (659
nm) là tối ưu cho sự phát triển của tảo Chlorella Pyrenoidosa.
Sự kết hợp giữa ánh sáng xanh lục và đỏ cho phép tảo phát triển trong cường
độ cao hơn và đem lại hiệu quả sinh trưởng tốt hơn (Fu W et al, 2012). Trong
nghiên cứu của mình, Kim và cộng sự (2012) cũng chỉ ra rằng kết hợp ánh sáng đèn
21

21


LED đỏ và xanh lam cho hiệu quả phát triển của tảo cao hơn 50% so với sử dụng
ánh sáng trắng.
Thay đổi cường độ chiếu sáng cũng ảnh hưởng tới khả năng sinh trưởng
và xử lý chất nhiễm bẩn trong nước của tảo. Tang và cộng sự (2010) cho rằng
việc tăng cường độ ánh sáng đỏ dẫn tới phát triển đột biến của tảo, dẫn tới sinh
khối tảo tăng lên. Cường độ ánh sáng đỏ từ 800 – 2000 μmol/m2/s đạt hiệu quả
xử lý cao đối với cả hai loại nước thải giàu N và giàu C, trong khi đó cường độ
40 và 2400 μmol/m2/s cho hiệu quả xử lý ở mức thấp (Chen Yan et al, 2013).
Điều này được giải thích là do cường độ ánh sáng quá mức gây ra hiện tượng
quang oxy hóa (photo-oxidation) và ức chế quang hợp (photo-inhibition) (Ana P.
Carvalho et al, 2010), trong khi cường độ thấp không đủ duy trì sự phát triển của
tảo. Tuy nhiên, trong một nghiên cứu khác Kedebe et al (1996) lại cho rằng
cường độ 330μmol photon/m2/s là tối ưu cho sự phát triển của Spirulina
Platensis.

22

22

(Nguồn: Chen Yan et al, 2013)
Hình 1.6. Hiệu quả loại bỏ COD và dinh dưỡng ở đèn LED đỏ tại các cường
độ chiếu sáng 2000μmol/m2/s. a: Nước thải giàu C; b: nước thải giàu N.

23

23


(Nguồn: Chen Yan et al, 2013)
Hình 1.7. Hiệu quả loại bỏ dinh dưỡng ở đèn LED đỏ tại các cường độ chiếu
sáng. a: Nước thải giàu C; b: nước thải giàu N.
Phạm Đình Nghĩa, (2015) khi nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt
sử dụng tảo Chlorella Vulgaris ở 3 loại ánh sáng đỏ, lục, lam vớicác cường độ ánh
sáng khác nhau đã khẳng định rằng: hiệu quả xử lý đạt cao nhất ở bước sóng ánh
sáng đỏ, đặc biệt ở cường độ 120 µmol/m2/s (6400 lux) . Hiệu suất loại bỏ của tất cả
các thông số dinh dưỡng với hiệu quả xử lý NH4+, NO3- đạt trên 95% sau 9 ngày
nghiên cứu, hiệu quả xử lý PO43- cũng đạt gần 80%. Còn ở các công thức bước sóng
ánh sáng khác hiệu hiệu suất chỉ đạt tầm 80% trở xuống. Kết quả này vượt trội hơn
so với các nghiên cứu ở trên vê hiệu quả xử lý. Có thể cho thấy sự tối ưu của ánh
sáng LED đỏ đặc biệt cường độ 120 µmol/m2/s (6400lux).
24

24


Hình 1.8: Hiệu suất loại bỏ NH4+

Hình 1.9: Hiệu suất loại bỏ NO3-

Hình 1.10: Hiệu suất loại bỏ N tổng

Hình 1.11: Hiệu suất loại bỏ PO43-

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

25

25