nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

ĐC

Đối chứng

NT

Nước thải

TN

Total Nitrogen

Tổng nitơ

TP

Total Phosphorus

Tổng photpho

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

iii


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý biogas khu chuồng lợn nái
Bảng 1.2 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý biogas khu chuồng lợn thịt
Bảng 1.3 Thành phần hóa học của Scenedesmus
Bảng 1.4 Hàm lượng vitamin của Scenedesmus so với trứng (mg/g P khô)
Bảng 1.5 Thành phần sinh khối khô của vi tảo
Bảng 1.6 Thành phần chất vô cơ trong sinh khối tảo Scenedesmus.sp
Bảng 2.1 Các thành phần dinh dưỡng trong môi trường BG – 11
Bảng 2.2 Các thành phần dinh dưỡng trong BG – 11 Trace Metals Solution

Bảng 2.3 Kết quả phân tích các thông số ô nhiễm trong nước thải sau hầm biogas của
trại heo Gia Phát
Bảng 2.4 Bảng so sánh giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước
thải sau hầm biogas của trại heo Gia Phát
Bảng 2.5 Các phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu
Bảng 2.6 Thời gian phân tích mẫu trong thí nghiệm 1
Bảng 3.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD, BOD5 ở các nghiệm thức (mg/l)
Bảng 3.2 Nhiệt độ trung bình của 5 nghiệm thức
Bảng 3.3 pH trung bình của 5 nghiệm thức
Bảng 3.4 Hiệu xuất xử lý COD (%) ở các nghiệm thức
Bảng 3.5 Hiệu xuất xử lý COD (%) của vi tảo
Bảng 3.6 Tỉ lệ BOD/COD ở các nghiệm thức
Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý (%) ở các nghiệm thức

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

iv


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1

Nước thải chăn nuôi sau hầm biogas

Hình 1.2

Hồ sinh học kết hợp nuôi cá

Hình 1.3

Bể biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi

Hình 1.4

Cấu tạo bể kỵ khí UASB

Hình 1.5

Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể aerotank

Hình 1.6

Bể lọc sinh học

Hình 1.7

Hồ sinh học tại khu xử lý nước thải ở Đà Lạt

Hình 1.8

Xử lý nước thải chăn nuôi bằng lục bình

Hình 1.9

Bãi lọc xử lý nước thải

Hình 1.10

Ứng dụng của vi tảo trong sản xuất nhiên liệu sinh học

Hình 1.11

Các giai đoạn phát triển đặc trưng của vi tảo

Hình 1.12

Mối liên hệ giữa sự chuyển hóa các dạng cacbon vô cơ và giá trị pH

Hình 1.13

Một số hình thức nuôi tảo

Hình 1.14

Vi tảo Scenedesmus dimorphus

Hình 1.15

Quá trình chính trong hệ thống xử lý nước thải bằng tảo – vi khuẩn

Hình 2.1

Một số hình ảnh trong quá trình phân lập

Hình 2.2

Vi tảo nuôi trong ống nghiệm

Hình 2.3

Nuôi cây vi tảo ở thể tích lớn

Hình 2.4

Hầm biogas dạng HDPE

Hình 2.5

Lấy mẫu nước thải sau biogas tại bể lắng

Hình 2.6

Các bể nuôi tảo bằng nước thải

Hình 2.7

Mô hình nuôi tảo bằng nước thải

Hình 2.8

Lấy mẫu nước thải tại bể lắng

Hình 2.9

Nước thải lắng tại thùng sau khi lấy về

Hình 2.10

Dụng cụ lấy mẫu

Hình 2.11

Đo pH, nhiệt độ tại phòng thí nghiệm Môi Trường

Hình 2.12

Máy đo cường độ ánh sáng

Hình 2.13

Máy đo DO

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

v


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Hình 2.14

Các ô trong buồng đếm Neubauer

Hình 2.15

Buồng đếm Neubauer và máy đếm cầm tay

Hình 2.16

Sử dụng kính hiển vị để theo dõi và đếm vi tảo

Hình 2.17

Phân tích Tổng Nito bằng máy chưng cất đạm và chuẩn độ tự động

Hình 2.18

Thí nghiệm thay đổi mật độ vi tảo

Hình 3.1

Diễn biến nhiệt độ ở các nghiệm thức

Hình 3.2

Biểu đồ diễn biến pH trung bình của các nghiệm thức

Hình 3.3

Diễn biến pH ở các nghiệm thức

Hình 3.4

Cường độ ánh sáng trong các ngày thí nghiệm

Hình 3.5

Diễn biến lượng oxy hòa tan theo giờ ở các nghiệm thức

Hình 3.6

Sự thay đổi hàm lượng COD trong các nghiệm thức

Hình 3.7

Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong các nghiệm thức

Hình 3.8

Sự biến động hàm lượng TN trong các nghiệm thức nước thải

Hình 3.9

Sự biến động hàm lượng TP trong các nghiệm thức nước thải

Hình 3.10

Diễn biến mật độ vi tảo trong các nghiệm thức

Hình 3.11

Diễn biến mật độ vi tảo trong các nghiệm thức nước thải

Hình 3.12

Diễn biến mật độ vi tảo trong thí nghiệm 2

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

vi


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Với lợi thế về địa hình, điều kiện tự nhiên, chăn nuôi luôn đóng vai trò quan
trọng trong sự phát triển nông nghiệp ở Việt Nam. Trong những năm 2001 - 2006 chăn
nuôi lợn phát triển với tốc độ tương đối cao 10%/năm, số lượng trạng trại chăn nuôi
tăng nhanh

[1]

và tăng đều ở những năm về sau khoảng 3%/năm [2]. Theo Báo cáo của

Bộ NNPTNT năm 2015, quy mô chăn nuôi có sự chuyển dịch rõ rệt từ chăn nuôi nhỏ lẻ,
phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, trại gia nhằm tăng hiệu quả
kinh tế. [3]
Tuy nhiên, với quy mô chăn nuôi lớn kéo theo hàng loạt các vấn đề, trong đó
phải kể đến vấn đề chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường. Lượng chất thải phát
sinh tương đối lớn với nồng độ các chất ô nhiễm rất cao, chủ yếu là các khí sinh học,
chất hữu cơ, vô cơ và chứa nhiều mầm bệnh trong môi trường nước và phân. Những

chất thải này gây ô nhiễm bầu không khí, nguồn nước mặt, môi trường đất, dễ đi sâu
vào mạch nước ngầm và gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của người dân và
năng suất chăn nuôi [3]. Do đó, nhiều nghiên cứu về việc xử lý chất thải chăn nuôi bằng
hệ thống biogas được tiến hành và đã được áp dụng rộng rãi. Theo đánh giá của Viện
khoa học và công nghệ Việt Nam, hàm lượng BOD5 và COD giảm 30 lần khi qua hệ
thống biogas cũng như hàm lượng chất rắn lơ lửng, tổng Nitơ, tổng Coliform cũng
giảm đáng kể. Tuy nhiên, nồng độ các chất ô nhiễm sau khi xử lý qua hầm biogas vẫn
còn cao hơn tiêu chuẩn xả thải cho phép rất nhiều. Việc đầu tư hệ thống xử lý nước
thải đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 62-MT:2016/BTNMT) rất tốn kém, dẫn đến tình
trạng thải bỏ trực tiếp ra môi trường thường xuyên gây ô nhiễm môi trường nghiêm
trọng.
Đối với một số trang trại cam kết bảo vệ môi trường, hầu hết đều xử lý nước
thải sau hầm biogas bằng hồ sinh học tự nhiên kết hợp nuôi cá. Tuy vậy, hồ sinh học
xử lý nước thải trong thời gian dài, hiệu quả xử lý không cao. Do đó, việc ứng dụng vi
tảo với mật độ lớn làm tăng hiệu quả xử lý và thu sinh khối . Thành phần sinh khối của
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

1


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

vi tảo chứa hàm lượng dinh dưỡng cao, là nguồn thức ăn tự nhiên rất tốt cho thủy sản;
sản xuất kháng sinh cũng như sản xuất dầu diesel sinh học từ nguồn lipid trong vi tảo.
Với những vấn đề nêu trên đòi hỏi phải có quy trình xử lý nước thải phù hợp
với điều kiện môi trường, hiệu quả kinh tế và phát triển lâu dài. Đề tài “Nghiên cứu
khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí
nghiệm” được đề ra – Là tiền đề cho việc xây dựng mô hình xử lý nước thải sau hầm

biogas nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm chi phí xử lý môi trường và tạo
nguồn lợi kinh tế từ việc sử dụng sinh khối tảo.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
2.1

Mục tiêu chung
Nghiên cứu khả năng xử lý các chất ô nhiễm của vi tảo Scenedesmus trong

nước thải sau hầm biogas, làm tiền đề cho việc xây dựng mô hình xử lý nước thải sau
hầm biogas kết hợp thu sinh khối vi tảo tạo lợi nhuận kinh tế.
2.2

Mục tiêu cụ thể
Xác định nồng độ nước thải đầu vào và mật độ tảo phù hợp cho sự phát triển

của vi tảo, từ đó đánh giá khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas thông qua quá trình
sử dụng chất ô nhiễm làm nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển sinh khối vi tảo.
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus
dimorphus quy mô phòng thí nghiệm (dạng mẻ).
Địa điểm thí nghiệm : Phòng thí nghiệm Khoa Môi Trường và Phòng thực
hành Cấp Thoát Nước thuộc Trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường TP. Hồ Chí
Minh.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung 1: Tổng quan tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu
1- Thu thập các bài báo khoa học trong và ngoài nước về khả năng xử lý nước thải
của vi tảo.
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

2


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

2- Tìm hiểu các ứng dụng của vi tảo.

3- Tìm hiểu hiện trạng môi trường khu chăn nuôi heo và đặc điểm của nước thải
sau chăn nuôi sau hầm biogas.
4- Tìm hiểu các quy chuẩn xả thải cho phép đối với nước thải sau hầm biogas.
Nội dung 2: Bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của
vi tảo với nước thải sau hầm biogas, vi tảo giống và vật liệu thí nghiệm.
Nội dung 3: Tiến hành thí nghiệm
1-

Thí nghiệm 1: Xác định nồng độ nước thải phù hợp cho sự phát triển của vi tảo

2-

Thí nghiệm 2: Xác định mật độ vi tảo thích hợp

Nội dung 4: Thu thập kết quả, xử lý số liệu
1-

Ghi nhận kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu.

2-

Đánh giá khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus và

đề xuất hướng phát triển cho đề tài.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Đưa ra hướng mới trong kỹ thuật xử lý nước thải bằng vi tảo kết hợp thu hồi năng
lượng thông qua nguồn sinh khối từ vi tảo.
Xử lý nước thải sau biogas đạt chuẩn xả thải, giảm thiểu những tác hại của nước
thải đến con người và môi trường xung quanh. Sinh khối tảo tạo nguồn lợi kinh tế
cũng như giảm chi phí xử lý môi trường.
6. TÍNH MỚI CỦA NGHIÊN CỨU
Sử dụng vi tảo Scenedesmus dimorphus được phân lập từ tự nhiên để xử lý nước
thải kết hợp thu sinh khối vi tảo, mở ra hướng tiếp cận mới trong kỹ thuật xử lý nước
thải phù hợp với xu hướng phát triển bền vững.

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

3


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU HẦM BIOGAS
1.1.1 Tình hình ô nhiễm nước thải sau hầm biogas ở trại chăn nuôi heo
Chăn nuôi là một trong những lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp Việt
Nam, phát triển nhanh chóng, dần chiếm tỉ lệ lớn trong nền kinh tế nước nhà. Năm
2013, Việt Nam đã vươn lên đứng thứ 3 Châu Á sau Trung Quốc và Philiphin về sản

lượng thịt lợn. Theo báo cáo của Bộ NNPTNT, năm 2015, ngành chăn nuôi đã có
những bước chuyển dịch rõ ràng từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập
trung theo mô hình trang trại, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật, tăng hiệu quả
kinh tế

[4]

.Tuy nhiên, với sự phát triển đạt được, ngành chăn nuôi phải đối mặt với

nhiều thách thức, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm môi trường khu vực chăn nuôi. Theo
điều tra năm 2013 của Viện Chăn Nuôi về tình hình quản lý nước thải chăn nuôi ở một
số huyện thuộc TP Hồ Chí Minh và một số tỉnh lân cận cho thấy: Nước thải dùng cho
mục đích nông nghiệp (15% số trang trại), 45% số trang trại không có đất trồng trọt thì
nước thải chỉ xử lý sơ bộ sau đó thải ra môi trường, còn lại 40% số trang trại sử dụng
hầm biogas xử lý nước thải.

Hình 1. 1 Nước thải chăn nuôi sau hầm biogas
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

4


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống biogas được sử dụng rộng rãi

với hàm lượng BOD5, COD giảm gần 30 lần và lượng oxy hòa tan tăng hơn 10 lần so
với đầu vào trước khi xử lý. Lượng chất thải như phân, nước tiểu, nước rửa chuồng

được thu gom và chuyển đến hệ thống biogas để xử lý nhưng chất lượng nước đầu ra
vẫn không đạt điều kiện xả thải trực tiếp được quy định trong QCVN
62-MT:2016/BTNMT. Hàm lượng cặn lơ lửng, nồng độ Nitơ tổng và Photpho tổng
còn rất cao trong nước thải sau hầm biogas. Nguồn nước thải giàu nito và photpho, khi
thải trực tiếp ra môi trường gây ra quá trình phú dưỡng hóa nghiêm trọng, gây ô nhiễm
nguồn nước mặt, có mùi hôi thối và nhiều mầm bệnh gây ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Ngoài ra, nước thải dễ dàng đi vào đất, một phần ô nhiễm sẽ ngấm vào mạch
nước ngầm và phần còn lại gây tác động xấu đến môi trường đất, ảnh hưởng đến cây
trồng.
Đối với những trại chăn nuôi sử dụng nước thải sau biogas để tưới cây hoặc kết
hợp xử lý với hồ sinh học, nồng độ chất ô nhiễm giảm thông qua quá trình biến đổi
trong cây trồng hoặc của thủy sinh vật trong ao hồ.

Hình 1.2 Hồ sinh học kết hợp nuôi cá
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

5


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Tuy nhiên, quá trình này diễn ra chậm trong khi lượng nước thải mỗi ngày rất lớn.

Còn với những trại chăn nuôi không có đất trồng hoặc ao hồ, thì nước thải sau biogas
trở thành mối lo ngại lớn cho môi trường xung quanh cũng như sức khỏe người dân tại
khu vực đó.
1.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải sau hầm biogas
Nước thải sau hầm biogas thuộc loại dễ phân hủy sinh học vì thành phần chủ yếu

là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy, các dạng hợp chất của Nito, Photpho, chứa nhiều
vi sinh vật gây bệnh và hàm lượng cặn lơ lửng rất cao.
Tùy vào quy mô từng trại chăn nuôi, giống heo, chế độ cho ăn cũng như khâu tắm
heo và dọn dẹp vệ sinh chuồng trại mà nước thải sau hầm biogas khác nhau. Hơn nữa,
hệ thống biogas dễ chịu ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nên hiệu quả xử lý
cũng thay đổi. Trong nghiên cứu “Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải bằng bể biogas
của một số trang trại chăn nuôi lợn vùng Đồng bằng Sông Hồng” tiến hành phân tích
một số chỉ tiêu hóa học của nước thải trước và sau hầm biogas cho thấy các chỉ tiêu ô
nhiễm ở hai khu chuồng lợn thịt và lợn nái khác nhau. [5]
Bảng 1.1 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý biogas
khu chuồng lợn nái [5]
Chỉ

Đơn

Hải Dương

Tiêu

vị

Trước XL

Sau XL

Trước XL

Sau XL

Trước XL

Sau XL

BOD5

mg/l

1150,8

287,8

1231,6

246,1

1250,7

290,7

COD

mg/l

2348,4

780,5

2527,7

849,3

2140,5

698,3

NH4-N

mg/l

28,48

29,54

31,31

32,78

26,25

28,57

TN

mg/l

230,8

187,6

232,3

168,5

241,6

178,1

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

Hưng yên

Bắc Ninh

6


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Bảng 1.2 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý biogas
khu chuồng lợn thịt [5]
Chỉ

Đơn

Hải Dương

Hưng yên

Bắc Ninh

Tiêu

vị

Trước XL

Sau XL

Trước XL

Sau XL

Trước XL

Sau XL

BOD5

mg/l

863

169,5

799,8

161,8

831,7

207,8

COD

mg/l

1576,1

552,7

1472,7

445,8

1656,4

524,9

NH4-N

mg/l

24,48

29,82

21,22

26,51

23,16

27,72

TN

mg/l

172,6

149,7

150,8

135,6

162,8

139,2

1.1.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi được áp dụng
a. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học kết hợp hóa lý
Sử dụng phương pháp cơ học nhằm tách cặn rắn ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng
cách thu gom bằng song chắn rác hay dùng bể lắng cặn. Cặn sau khi tách khỏi nước
thải được đưa đến các công trình xử lý kế tiếp, vừa giảm bớt lượng chất rắn gây cản
trở quá trình xử lý sau đồng thời lượng chất rắn tách được có thể chế biến thành phân
bón.
Sau quá trình xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ dưới

dạng hạt có kích thước rất nhỏ, khó lắng hoặc khó tách được bằng phương pháp cơ học.
Dùng các chất keo tụ thông dụng như phèn nhôm, phèn sắt, … kết hợp với chất trợ keo
tụ polymer để tăng hiệu quả quá trình keo tụ. Với nước thải chăn nuôi heo, phương
pháp cơ học và keo tụ có thể tách được 80 - 90% hàm lượng cặn trong nước thải, tuy
nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí, kỹ thuật cao nên khó sử dụng trong các cơ sở
chăn nuôi. [6]

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

7


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

b. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí
Bể biogas

Đây là phương pháp xử lý kỵ khí đơn giản, chi phí đầu tư thấp và được áp dụng
hầu hết các trại chăn nuôi heo từ hộ gia đình đến quy mô công nghiệp vừa và lớn. Bể
hoạt động dựa vào vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ từ chất thải chăn nuôi.
Thông thường, chất thải sẽ được phối trộn với nước, lượng vi sinh một tỉ lệ phù hợp,
thời gian lưu nước từ 15 - 30 ngày.

Hình 1.3 Bể biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi
Mực nước trong bể thường chiếm 2/3 chiều cao bể và phần còn lại ở phía trên để
chứa các khí biogas sinh ra trong quá trình xử lý bao gồm CH4, CO2, H2S và các khí
khác. Phía trên bể biogas có hệ thống thu hồi khí thải tận dụng làm khí đốt hoặc chạy
máy phát điện. Dưới đáy bể là lớp bùn đáy tương đối ổn định, thường được tháo ra

định kỳ và có thể tận dụng làm phân bón.
Đối với nước thải chăn nuôi, bể biogas được coi là bước xử lý quan trọng đầu
tiên bởi hiệu quả xử lý COD, BOD5, SS và Coliform rất lớn trước khi đi vào các công
trình xử lý tiếp theo. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý, nước thải chăn nuôi
sau khi qua biogas, BOD giảm khoảng 79 - 87%, Coliform giảm 98 - 99.7%, trứng
giun sán giảm 95.6 - 97%. [7]
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

8


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Tuy nhiên, nước thải đầu ra vẫn còn chứa hàm lượng nito, photpho rất cao. Hơn

nữa, hiệu quả xử lý của bể biogas phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật, nên yếu tố
môi trường gián tiếp gây ảnh hưởng đến khả năng xử lý của bể.
Bể kỵ khí UASB
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là công trình xử lý sinh học kỵ khí có
dòng nước thải chuyển động thẳng đứng từ dưới lên trên và đi qua lớp đệm bùn. Lớp
đệm này được hình thành dưới dạng hạt lớn hoặc nhỏ lơ lửng. Trong điều kiện kỵ khí,
các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với lớp bùn này và diễn ra quá trình phân hủy
kỵ khí. Hỗn hợp khí sinh ra bao gồm CH4, CO2, H2S và các khí khác, một phần sẽ kết
dính với bông bùn hình thành bùn lơ lửng giúp quá trình khuấy trộn bùn và nước trong
bể tốt hơn. Phần khí còn lại sẽ đi lên đến đỉnh bể, va chạm vào các tấm chắn hình nón
thoát ra ngoài và bùn sẽ rơi xuống. Để tăng độ tiếp xúc giữa nước thải và bùn, lượng
khí tự do sau khí thoát ra khỏi bể được tuần hoàn lại hệ thống.

Hình 1.4 Cấu tạo bể kỵ khí UASB

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

9


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Ở Thái Lan, hầu hết các trại nuôi heo đều áp dụng công trình xử lý sinh học UASB.

Ở Việt Nam, bể UASB được áp dụng xử lý nước thải chăn nuôi heo Vĩnh An cho thấy
ở tải trọng 2 - 5 KgCOD/m3.ngày với hiệu quả xử lý đạt 70 - 72% còn tải trọng 5 - 6
KgCOD/m3.ngày với hiệu quả xử lý đạt 48%

[8]

. Tuy nhiên, khi vận hành bể UASB,

hiện tượng bùn nổi cần được kiểm soát tốt tức là phải đảm bảo sự tiếp xúc giữa bùn và
nước thải để nâng cao hiệu quả xử lý của bể.
c. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Aerotank
Quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí bám lên các hạt cặn trong nước
thải, phát triển sinh khối và tạo thành bông bùn lơ lửng có hoạt tính phân hủy chất hữu
cơ. Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà ở trại chăn nuôi heo 3/2 TP.HCM, ứng với
tải trọng 0,6 - 1,5 Kg COD/m3.ngày, nồng độ COD đầu vào từ 200 - 500 mg/l, thời
gian lưu nước 8 -10 giờ thì hiệu quả xử lý của bể aerotank đạt 80 - 85% và khi tăng

thời gian lưu nước thì hiệu quả xử lý không tăng nữa [8].

Hình 1.5 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể aerotank
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

10


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể aerotank có hiệu quả xử lý cao, ổn định nhưng

chi phí đầu tư và vận hành tốn kém so với các phương pháp hiếu khí khác và chỉ phù
hợp khi quỹ đất ít và điều kiện kinh tế tốt.
Lọc sinh học hiếu khí
Bể lọc sinh học trong xử lý nước thải là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó
các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một
lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu
này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó.

Hình 1.6 Bể lọc sinh học
Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc hoặc khối vật liệu lọc có hình thù khác nhau.
Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 0,5 -2,5 m,
trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn. Nước thải được
phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất
dẻo có thể có dạng tròn, vuông, hoặc nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ 4 – 12
m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng,
(2) vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng.

Chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc.
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

11


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2
mm và bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển,
bề dày lớp màng tăng lên, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày
lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường kị khí được hình thành ngay sát bề mặt vật
liệu lọc.
Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hoá chất hữu cơ xảy ra trước khi
chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật ở đây bị
phân huỷ nội bào, không còn khả năng dính bám lên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa trôi.
d. Xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học
Cơ chế của quá trình xử lý dựa trên sự phân hủy chất bẩn của các vi sinh vật có
sẵn trong các thủy vực. Do đó, môi trường thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển là
điều kiện quan trọng nhất. Ngoài nguồn dinh dưỡng dồi dào trong nước thải thì một số
yếu tố gây độc, ức chế hoạt động của vi sinh vật, vi lượng cần thiết phải nằm trong
giới hạn cho phép và tuyệt đối không có sự hiện diện của những kim loại nặng như Cd,
As, Hg ...

Hình 1.7 Hồ sinh học tại khu xử lý nước thải ở Đà Lạt
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

12


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Ao hồ hiếu khí

Ao có độ sâu nhỏ 0,3 - 0,5m và quá trình oxy hóa xảy ra chủ yếu nhờ các vi sinh
vật hiếu khí và quá trình cung cấp oxy có thể làm thoáng tự nhiên hay nhân tạo.


Hồ hiếu khí tự nhiên: oxy từ không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước mặt
cùng với lượng ánh sáng mặt trời giúp tảo phát triển mạnh, nhả oxy cung cấp
cho các vi sinh vật hiếu khí hoạt động. Để đảm bảo lượng oxy hòa tan đồng
đều thì chiều sâu của hồ nhỏ, diện tích mặt thoáng lớn.Tải trọng của hồ
khoảng 250 - 300 KgBOD5/ha.ngày, thời gian lưu nước từ 3 - 12 ngày, hiệu
quả làm sạch lên đến 80 - 90% BOD5 và màu nước dần chuyển thành màu
xanh lục của tảo.



Hồ sục khí nhân tạo: oxy được cung cấp nhờ hoạt động của các thiết bị
khuấy cơ học hoặc khí nén, nhờ đó mà nguồn oxy nhiều hơn và độ sâu của
hồ cũng tăng khoảng 2 - 4,5m. Tải trọng của hồ khoảng 400
KgBOD5/ha.ngày, thời gian lưu nước từ 1 - 3 ngày hoặc có khi dài hơn.

Ao hồ kỵ khí
Ao kỵ khí thuộc dạng ao sâu, ít có hoặc không có điều kiện hiếu khí xảy ra. Các vi
sinh vật kỵ khí sử dụng các hợp chất nitrat, sulfat ... để oxy hóa các chất hữu cơ sinh

khí và nước. Ao hồ kỵ khí thường dùng để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy, có
thể tiếp nhận nước thải có độ nhiễm bẩn lớn, tải trọng BOD cao và không cần vai trò
quang hợp của tảo và nước lưu trong hồ sinh khí có mùi hôi thối khó chịu.
Khi xây dựng hồ kỵ khí thường có chiều sâu khá lớn từ 2,5 - 3,5m, nhưng để duy
trì điều kiện kỵ khí và giữ ấm nước trong hồ trong những ngày đông lạnh thì chiều sâu
hồ có thể tăng lên đến 6m. Thời gian lưu nước khoảng 1,5 - 2 ngày vào mùa hè và
khoảng 5 ngày vào mùa đông, diện tích mặt thoáng không cần lớn. Hiệu suất khử
BOD của hồ khoảng 65 - 89% vào mùa hè và giảm vào mùa đông (45 - 65%).
Ao hồ tùy tiện
Ao hồ tùy tiện thuộc dạng kết hợp của cả hai quá trình phân hủy hiếu khí và phân
hủy kỵ khí và rất phổ biến trong thực tế. Xét theo chiều sâu từ trên xuống dưới, hồ
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

13


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

phân chia thành 3 vùng: vùng hiếu khí (VSV hiếu khí hoạt động), vùng kỵ khí tùy tiện
(VSV tùy tiện hoạt động) và vùng kỵ khí (vi khuẩn lên men Metan hoạt động). Nguồn
oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước khuếch tán qua mặt
nước nhờ sóng gió và quá trình quang hợp của tảo dưới tác dụng của ánh sáng mặt
trời.
Vùng hiếu khí chủ yếu ở lớp nước mặt có độ sâu 1m, tầng nước này luôn có nhiệt
độ cao hơn tầng nước bên dưới. Tại đây, tảo tiêu thụ CO2 và phát triển, làm pH của
nước có tính kiềm và có khi pH lên đến 9. Khi tảo phát triển mạnh thành lớp dày rồi
chết và tự phân hủy làm nước thiếu oxy hòa tan, hoạt động của VSV hiếu khí giảm và
các VSV kỵ khí tùy tiện hoạt động mạnh hơn. Khi đó, nên khuấy đảo nước hồ để tránh

hồ bị quá tải chất hữu cơ. Tại vùng kỵ khí ở đáy hồ, các chất hữu cơ bị phân hủy và
sinh ra các khí CH4, H2S, H2, N2, CO2… Quá trình này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ,
khi nhiệt độ tăng cao quá trình lên men xảy ra nhanh hơn. Tuy nhiên, khí sinh ra là khí
có mùi hôi, gây ô nhiễm không khí thậm chí có thể gây cháy nổ, ngoài ra, nếu con
người hít phải hỗn hợp khí thoát ra từ bể kỵ khí với nồng độ cao có thể ảnh hưởng đến
tính mạng.
Xây dựng hồ nên chọn chiều sâu khoảng 1 - 1,5m, tỉ lệ chiều rộng và chiều dài là
1:1 hoặc 1:2. Những nơi nhiều gió diện tích hồ nên rộng hơn, những nơi ít gió thì nên
xây hồ nhiều ngăn. Đáy hồ cần phải chèn thêm lớp đất sét dày 15cm để chống thấm,
bờ hồ nên gia cố chắn chắn để tránh xói lở.
e. Xử lý nước thải bằng thủy sinh thực vật
Thực vật thủy sinh giữ vai trò quan trọng trong việc tham gia quá trình loại bỏ các
chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nito, photpho, các vi sinh vật gây bệnh và kể cả kim
loại nặng. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa thực vậy thủy sinh như lục
bình, bèo tấm, sậy ... và các sinh vật khác như tảo, vi khuẩn, động vật phù du, ấu
trùng…. Chúng tham gia trực tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ do sử
dụng nguồn dinh dưỡng từ nước thải để tái tạo thành nguyên liệu dinh dưỡng cho
chúng sử dụng. Đó chính là cơ chế quan trọng để loại bỏ các chất bẩn trong nước thải.

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

14


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.8 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng lục bình
Để giảm lượng ô nhiễm từ nước thải, các vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên sẽ phân

hủy các hợp chất hữu cơ. Nhờ vào hệ thống các loại vật liệu tự nhiên, xử lý theo các
phương thức khác nhau để tạo nên môi trường sống phù hợp cho các vi sinh vật với
chức năng phân hủy các chất ô nhiễm có trong nước thải. Phương pháp không sử dụng
hóa chất trong quá trình xử lý, hiệu suất và cường độ phân hủy các chất ô nhiễm rất
cao, hệ thống vận hành đơn giản và giảm chi phí xử lý.
Ngày nay, việc sử dụng thực vật thủy sinh trong việc xử lý môi trường được quan
tâm nhiều hơn vì những ưu điểm nổi trội : xử lý được nhiều tác nhân gây ô nhiễm, thân
thiện với môi trường, giá thành xử lý thấp hơn các phương pháp khác, không tạo ra
bùn cần xử lý mà tạo ra lượng sinh khối lớn có nhiều ứng dụng trong thực tiễn như
làm thức ăn chăn nuôi - thủy sản, sản xuất phân bón, sản xuất khí metan ….
f. Xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, bãi lọc
Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn
nước tiếp nhận. Quá trình xử lý nước thải là tổng hợp kết quả của các quá trình hóa lý
và sinh học phức tạp xảy ra bên trong lớp đất bề mặt.
Khi nước thải thấm qua lớp đất bề mặt, cặn được giữ lại trong các mao quản đất
đá, nhờ có oxy và các vi khuẩn hiếu khí có sẵn mà quá trình oxy hóa chất bẩn được
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

15


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

diễn ra. Càng xuống sâu lớp đất phía dưới, lượng oxy càng ít, quá trình oxy hóa giảm
dần cho đến khi quá trình khử Nitrat xảy ra. Thực tế cho thấy, quá trình xử lý nước
thải qua lớp đất bề mặt chỉ diễn ra ở độ sâu 1,5m trở lại nên chỉ xây dựng cánh đồng
tưới ở nơi đất xốp, mực nước ngầm thấp hơn 1,5m tính từ mặt đất. Nước thải được
phân bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới phân phối bao gồm : mương chính, máng

phân phối và hệ thống tưới trong các ô.

Hình 1.9 Bãi lọc xử lý nước thải
Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế
giới bởi những ưu điểm của công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân
thiện với môi trường, chi phí đầu tư thấp, hệ thống dễ vận hành với mức độ xử lý ô
nhiễm cao. Sinh khối thực vật và bùn phân hủy có giá trị kinh tế cao.
Bãi lọc trồng cây là những khu vực có mức nước cao hơn hoặc bằng so với mặt đất
trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi
sinh vật, thực vật sống trong môi trường đó. Những vùng đất ngập tự nhiên có thể sử
dụng để làm sạch nước thải nhưng có những hạn chế trong quá trình vận hành như khó
kiếm soát được chế độ thủy lực, gây ảnh hưởng xấu bởi thành phần nước thải tới môi
trường xung quanh. Công nghệ xử lý đất ngập nước nhân tạo sẽ khắc phục những
nhược điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên. Hình dạng của bãi lọc thường là những
kênh dài và hẹp, chiều sâu lớp nước nhỏ, vận tốc dòng chảy chậm và thân cây trồng
nhô lên khỏi bãi lọc để tạo chế độ thủy lực dòng chảy tầng.
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

16


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

1.2 TỔNG QUAN VỀ VI TẢO VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.2.1

Giới thiệu chung về vi tảo

a. Khái niệm
Vi tảo (Microalgae) là tất cả các tảo (Algae) có kích thước hiển vi. Muốn quan sát
chúng phải sử dụng tới kính hiển vi. Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì
vi tảo chiếm đến khoảng 2/3.
Có rất nhiều hệ thống phân loại của các nhà nghiên cứu như hệ thống của Harvey
(1836) chia thành 4 ngành theo hình thái và màu sắc : Tảo Silic, tảo Lục, tảo Đỏ, tảo
Nâu; hệ thống của Smith (1933, 1950, 1962) dựa vào số lượng tế bào, sắc tố, roi, cấu
trúc tế bào để phân loại thành 8 ngành: tảo Lục, tảo Mắt, tảo Vàng Ánh, tảo Nâu, tảo
Giáp, tảo Lam, tảo Đỏ và Chloromonadaphyta. Theo hệ thống phân loại của Peter
Pancik thì vi tảo chủ yếu thuộc về các chi trong các ngành sau đây:


Ngành

Tảo

lục

(Chlorophyta):

Các

chi

Closterium,

Coelastrum,

Dyctyosphaerium, Scenedesmus, Pediastrum, Staurastrum, Dunaliella,
Chlamydomonas, Haematococcus, Tetraselmis, Chlorella,...



Ngành Tảo lông roi lệch (Heterokontophyta) : Các chi Melosira, Asterionella,
Cymatopleurra,
Malomonas,

Somphonema,
Dinobryon,

Fragilaria,
Peridinium,

Stephanodiscus,
Isochrysis,

Navicula,

Chaetoceros,

Phaeodactylum, Skeletonema, Nitzschia......


Ngành Tảo mắt (Euglenophyta): Các chi Phacus, Trachelomonas,
Ceratium...



Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta): Các chi Porphyridium, Rhodella...

Phương thức dinh dưỡng của tảo được phần thành hai loại chính là quang tự

dưỡng (photoautotrophy) và dị dưỡng (heterotrophy). Dạng trung gian của hai hình
thức trên là tạp dưỡng (mixotrophy). Vi tảo sử dụng CO2 và ánh sáng để tổng hợp các
chất hữu cơ cho quá trình sinh trưởng và phát triển.

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

17


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Hình thức sinh sản của vi tảo nói chung bao gồm 3 phương thức sinh sản :


Sinh sản sinh dưỡng: thực hiện bằng cách phân chia tế bào hoặc các tập đoàn
phân chia thành các tập đoàn mới. Đây là hình thức sinh sản chủ yếu của các
vi tảo đơn bào.



Sinh sản vô tính: là hình thức sinh sản phổ biến ở tảo thông qua sự hình
thành các bào tử chuyên hóa, các bào tử này có khả năng chuyển động và
được gọi là động bào tử.



Sinh sản hữu tính: những bào tử chuyên hóa gọi là giao tử thực hiện quá trình
sinh sản hữu tính.

Vi tảo vai trò rất quan trọng trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại. Trong các
thủy vực nước ngọt tảo cung cấp ôxy và hầu hết là thức ăn sơ cấp cho cá và các động
vật thủy sinh khác. Tảo góp phần bảo vệ môi trường nuôi thủy sản bằng cách tiêu thụ
bớt lượng muối khoáng dư thừa cũng như xử lý nước thải bằng cách biến đổi chất ô
nhiễm thành chất dinh dưỡng cho vi tảo. Nhiều tảo đơn bào được nuôi trồng công
nghiệp để tạo ra những nguồn thức ăn cho ngành nuôi tôm hay thuốc bổ trợ giàu
protein , vitamin và vi khoáng dùng cho người. Một số vi tảo được dùng để sản xuất
carotenoid, astaxanthin, các acid béo không bão hòa... Tảo silic tạo ra các mỏ diatomid,
đó là loại nguyên liệu xốp, nhẹ, mịn được dùng trong nhiều ngành công nghiệp.
Sinh khối vi tảo được xem là nguồn thức ăn tự nhiên giàu chất dinh dưỡng, mà có
những loại thức ăn nhân tạo không thể đáp ứng được. Với hàm lượng protein, vitamin,
vi lượng dồi dào, sinh khối vi tảo được sử dụng làm thức ăn cho tu hài, ngọc trai, ấu
trùng tôm, cá giống. Tảo còn có thể sử dụng làm thức ăn gia súc hoặc phân bón.
Sinh khối vi tảo được dùng để sản xuất dược phẩm bởi chứa các axit amin quan
trọng, các protein quan trọng, có liên quan đến quá trình trao đổi chất hoặc có caragen
- một chất ổn định hóa được sử dụng trong mỹ phẩm.
Đặc biệt, vi tảo được xem là nguồn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3 với hàm lượng
lipid trong tế bào khi quang hợp với khả năng tạo ra năng lượng gấp 7 - 30 lần so với
các thế hệ nhiên liệu sinh học trước trên cùng một diện tích nuôi trồng.[9]
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

18


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.10 Ứng dụng của vi tảo trong sản xuất nhiên liệu sinh học

Qua các nghiên cứu, vi tảo được đánh giá là nguồn sinh khối cho hiệu suất thu
dầu cao, trong quá trình canh tác vi tảo không chiếm dụng đất nông nghiệp, lại có khả
năng thích ứng cao với nhiều loại môi trường, dễ nuôi trồng trong các môi trường
nước ngọt, nước mặn, nước lợ đồng thời có khả năng hấp thụ khí CO2. Các loại nhiên
liệu điều chế từ sinh khối vi tảo có thể là ethanol sinh học, methane sinh học, diesel
sinh học, dầu sinh học, hydro sinh học. Quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu vi
tảo còn tạo ra các phụ phẩm là bã rắn dùng để làm thức ăn chăn nuôi, làm phân bón, ủ
để tạo thành khí biogas.
Trong số các loại tảo xanh chúng được biết đến như loại vi tảo có năng suất sinh
khối cao, được các nhà khoa học tích cực nghiên cứu trong việc sản xuất dầu diesel
sinh học. Scenedesmus và các loài vi tảo khác như Chlorella, Dunaliella,
Chlamydomonas và Spirulina chứa lượng lớn carbohydrate (> 50% trọng lượng khô).
b. Các giai đoạn phát triển đặc trưng của vi tảo
Sự tăng trưởng của tảo nuôi trong điều kiện vô trùng được đặc trưng bới 5 pha
được thể hiện ở hình bên dưới.

SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

19


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.11

Các giai đoạn phát triển đặc trưng của vi tảo
1- Pha chậm
2- Pha tăng trưởng

3- Pha tăng trưởng chậm
4- Pha ổn định
5- Pha suy tàn

1- Pha chậm: Vi tảo sinh trưởng chậm, mật độ tế bào tăng ít do phải thích nghi
dần với môi trường sống mới.
2- Pha tăng trưởng: Mật độ tế bào tăng nhanh theo hàm số mũ.
3- Pha tăng trưởng chậm: Tốc độ phân chia tế bào chậm lại khi chất dinh
dưỡng, ánh sáng, pH, CO2 hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh
trưởng.
4- Pha ổn định: Mật độ tế bào ổn định, ít thay đổi do các yếu tố gây hạn chế và
tốc độ sinh trưởng ở trạng thái cân bằng.
5- Pha suy tàn: Chất lượng môi trường xấu đi, các chất dinh dưỡng suy kiệt
đến mức không thể duy trì được sự sinh trường, mật độ tế bào giảm mạnh.
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

20


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau hầm biogas của vi tảo Scenedesmus quy mô phòng thí nghiệm

c. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi tảo
Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi tảo thông qua hai cơ chế: (1) nhiệt
độ tác động lên cấu trúc tế bào và (2) Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng trao đổi
chất [16]. Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy theo
loài. Chính vì vậy, việc chọn các chủng loại tảo chịu nhiệt có ý nghĩa lớn đến năng

suất tảo. Nhiệt độ thấp ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của tảo.
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nuôi tảo trong khoảng từ 18 oC – 25 oC, có thể thay
đổi tùy theo thành phần môi trường nuôi, loài nuôi và dòng nuôi. Nhìn chung các loài
tảo nuôi thường chịu được nhiệt độ trong khoảng 16 oC – 30 oC. Nhiệt độ thấp hơn
16oC sẽ làm chậm sự tăng trưởng

[17,18],

trong khi đó nhiệt độ tăng cao hơn 35 oC sẽ

gây bất lợi cho một số loài.
pH
Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của CO2
và muối khoáng ảnh hưởng tới khả năng phân ly muối và các phức chất, tính hòa tan
của các muối kim loại. Như vậy, pH gián tiếp ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi tảo.
Thông số này lại phụ thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhiệt độ
cũng như hoạt tính trao đổi chất của tế bào tảo. Hầu hết các giống tảo được nuôi trong
môi trường đều có giá trị pH nhất định. Thông thường khoảng pH cho phép là 7 – 9 và
theo nhiều tài liệu pH tối ưu là 8,2 – 8,7.
Ở điều kiện pH cao hay thấp đều ức chế sinh trưởng của vi tảo, nên pH phải được
điều chỉnh tới giá trị tối ưu nhưng đảm bảo hạn chế sự thất thoát cacbon bằng cách bổ
sung vào môi trường CO2 hoặc NaHCO3.
Sự hấp thu các dạng nitơ của vi tảo cũng ảnh hưởng đến pH trong môi trường. Quá
trình đồng hóa các ion nitrat sẽ làm tăng pH, gây ra kết tủa photphat trong môi trường
và cần phải giảm pH để tránh xảy ra hiện tượng trên. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH
đến sự phát triển của vi tảo, Hodaifa và cộng sự

[19]

thấy rằng, tốc độ sinh trưởng của

vi tảo Scenedesmus obliquus là tối ưu khi pH trung bình không đổi.
SVTH: Lê Hiền Minh Tâm
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà
ThS. Lê Thị Hồng Tuyết

21