luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng loại bỏ các hợp chất của nitơ và phốtpho trong nước thải đô thị bằng chlorella sp trên hệ phản ứng mở

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Hải Yến

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LOẠI BỎ CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ VÀ
PHỐTPHO TRONG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG CHLORELLA SP.
TRÊN HỆ PHẢN ỨNG MỞ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH SINH HỌC

Hà Nội – 06/2020


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Hải Yến

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LOẠI BỎ CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ VÀ
PHỐTPHO TRONG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BẰNG CHLORELLA SP.
TRÊN HỆ PHẢN ỨNG MỞ
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số:

8420114

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH SINH HỌC
Hướng dẫn 1

Hướng dẫn 2

TS. Trần Đăng Thuần

PGS. TS. Lê Thị Phương Quỳnh

Hà Nội – 06/2020


Lời cam đoan

Luận văn của tôi có sử dụng và kế thừa số liệu của đề tài nghiên cứu
khoa học sau tiến sĩ với tên đề tài “Nghiên cứu tận dụng chất dinh dưỡng
trong nước thải đô thị nuôi vi tảo Chlorella sp. và ứng dụng sinh khối vi
tảo thông qua chiết xuất chất kích thích sinh trưởng và sản xuất phân
bón sinh học” với mã số GUST.STS.ĐT2017-ST03 chủ trì bởi Học viện Khoa
học và Công nghệ.
Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu
khả năng loại bỏ các hợp chất của nitơ và phốtpho trong nước thải đô thị

bằng Chlorella sp. trên hệ phản ứng mở” là công trình nghiên cứu của cá
nhân tôi. Các kết quả trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và
chưa được công bố trong các công trình khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực
hiện luận văn này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn đều được ghi rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Học viên

Nguyễn Hải Yến


Lời cảm ơn
Trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp này, tôi đã
nhận được rất nhiều sự động viên, hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo,
đồng nghiệp, bạn bè và gia đình.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, lòng kính trọng đến thầy TS.
Trần Đăng Thuần và cô PGS. TS. Lê Thị Phương Quỳnh đã luôn dành nhiều
thời gian, công sức, sự quan tâm, chỉ bảo tận tình và tạo điều kiện thuận lợi
nhất cho tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban
Quản lý đào tạo và Khoa Công nghệ Sinh học – Học viện Khoa học và Công
nghệ đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn cô PGS. TS. Dương Thị Thủy và các anh
chị Phòng Thủy sinh học môi trường (Viện Công nghệ môi trường), Phòng
Phân tích ứng dụng (Viện Hóa học) và Phòng Hóa môi trường – CTC (Viện
Hóa học các Hợp chất thiên nhiên) cũng như các em sinh viên nghiên cứu
khóa 9, 10 của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội tại các phòng thí nghiệm
trên đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện các thí nghiệm đề tài.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè,
đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2020


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu
BOD
BTNMT
COD
DNA
HARP
PACl
QCVN
RNA
TCVN
TN
TP
TSS
WSP
XLNT

Nghĩa của từ
Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa sinh học
Bộ Tài nguyên và Môi trường
Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa hóa học

Deoxyribonucleic Acid
High rate algal ponds – Hệ thống ao nuôi tảo tốc độ cao
Poly Aluminium Chloride
Quy chuẩn Việt Nam
Ribonucleic Acid
Tiêu chuẩn Việt Nam
Total nitrogen – Tổng nitơ
Total phosphorous – Tổng phốtpho
Total solid suspended – Tổng chất rắn lơ lửng
Waste stabilization pond systems – Hệ thống ao ổn định
Xử lý nước thải


1
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 7
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ.............................................. 7
1.1.1. Khái niệm, thành phần nước thải đô thị ............................................ 7
1.1.2. Đặc điểm nước thải đô thị ................................................................. 7
1.1.3. Hiện trạng nước thải đô thị ở Việt Nam ............................................ 8
1.2. CƠ CHẾ TIÊU THỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI
BỞI VI TẢO.................................................................................................... 10
1.3. TỔNG QUAN VỀ VI TẢO CHLORELLA ........................................... 12
1.3.1. Đặc điểm cấu tạo hình thái, sinh sản ............................................... 12
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của
Chlorella...................................................................................................... 14
1.3.2.1. Nhiệt độ ..................................................................................... 14
1.3.2.2.

Ánh sáng .................................................................................... 14

1.3.2.3.

pH .............................................................................................. 15

1.3.2.4.

Dinh dưỡng ............................................................................... 16

1.3.2.5. Kim loại ..................................................................................... 17
1.3.3. Ứng dụng của vi tảo Chlorella ........................................................ 18
1.3.3.1.

Thức ăn cho người và động vật................................................. 18

1.3.3.2.

Nhiên liệu sinh học .................................................................... 19

1.3.3.3.

Sản xuất phân bón sinh học ...................................................... 19

1.3.3.4.

Sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm ................................................. 19

1.3.4. Một số ứng dụng của vi tảo Chlorella trong xử lý các nguồn nước

thải 20
1.3.4.1.
1.3.4.2.

Xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị .............................. 20
Xử lý nước thải chăn nuôi, ao nuôi trồng thủy sản .................. 21

1.3.4.3.

Xử lý nước thải công nghiệp ..................................................... 22

1.4. TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KẾT HỢP
NUÔI CẤY TẢO ............................................................................................ 23
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25


2
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 25
2.2. NGUYÊN VẬT LIỆU ........................................................................... 26
2.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................... 30
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 31
2.4.1. Phương pháp tổng hợp và kế thừa tài liệu ....................................... 31
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu ...................................................................... 31
2.4.3. Phương pháp thực nghiệm............................................................... 32
2.4.4. Phương pháp phân tích .................................................................... 38
2.4.4.1. Phương pháp phân tích chất lượng nước ................................. 38
2.4.4.2.

Phương pháp xác định mật độ vi tảo ........................................ 38

2.4.4.3.

Phương pháp xác định nồng độ tổng sinh khối ........................ 39

2.4.4.4.

Phương pháp xác định hàm lượng Chlorophyll-a và b ............ 39

2.4.4.5.
2.4.4.6.

Phương pháp đánh giá kết quả ................................................. 40
Phương pháp xử lý số liệu và trình bày kết quả ....................... 42

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 43
3.1. ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ......... 43
3.2. DIỄN BIẾN CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG .................................. 44
3.3. SINH TRƯỞNG CỦA CHLORELLA SP. NUÔI TRONG HỆ PHẢN
ỨNG 50 L VÀ DIỄN BIẾN CÁC THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ..... 48
3.4. SINH TRƯỞNG CỦA CHLORELLA SP. NUÔI TRONG HỆ PHẢN
ỨNG 500 L VÀ DIỄN BIẾN THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC............. 51
3.5. HIỆU SUẤT LOẠI BỎ DINH DƯỠNG N, P VÀ CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ BỞI CHLORELLA SP. NUÔI TRONG HAI
HỆ 50 L VÀ 500 L .......................................................................................... 54
3.6. THU HOẠCH SINH KHỐI VÀ NĂNG SUẤT SINH KHỐI .............. 61
3.6.1. Thu hoạch sinh khối ........................................................................ 61
3.6.2. Năng suất sinh khối ......................................................................... 64
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 66
4.1. KẾT LUẬN............................................................................................ 66
4.2. KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 68


3
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của một số chủng Chlorella .......................... 13
Bảng 2.1: Danh mục hóa chất ......................................................................... 26
Bảng 2.2: Danh mục dụng cụ - thiết bị thí nghiệm ......................................... 29
Bảng 2.3: Thành phần môi trường nhân tạo BG-11 [75] ................................ 33
Bảng 3.1: Đặc tính nước thải đầu vào sử dụng trong nghiên cứu ................... 44
Bảng 3.2: Diễn biến nhiệt độ nước, pH và cường độ ánh sáng đến sự sinh
trưởng của Chlorella sp. nuôi trong hệ 50 L và 500 L ................................... 47
Bảng 3.3: Các thông số tăng trưởng của Chlorella sp. nuôi trong hệ phản ứng
quy mô 50 L (n=2) .......................................................................................... 48
Bảng 3.4: Các thông số tăng trưởng của Chlorella sp. nuôi trong hệ phản ứng
quy mô 500 L (n=2) ........................................................................................ 51
Bảng 3.5: So sánh hiện trạng nước thải đô thị sau xử lý bởi Chlorella sp. trên
hệ 50 L và 500 L theo QCVN 14: 2008/BTNMT ........................................... 58
Bảng 3.6: So sánh khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng N, P và COD bởi các
loài vi tảo Chlorella sp. nuôi trong các nguồn nước thải khác nhau .............. 60
Bảng 3.7: Tổng hợp năng suất sinh khối của hỗn hợp vi tảo-vi sinh vật nuôi
trên hệ thống mương mở ................................................................................. 65


4
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Nước thải đô thị chưa qua xử lý đổ trực tiếp vào sông Tô Lịch ..... 10
Hình 1.2: Mối quan hệ cộng sinh giữa vi tảo và vi khuẩn trong xử lý ........... 11
nước thải .......................................................................................................... 11
Hình 1.3: Chlorella sp. .................................................................................... 12

Hình 2.1: Chlorella phân lập từ hồ Ngọc Khánh, Hà Nội (Chlorella sp.) ..... 25
Hình 2.2: Thực nghiệm lấy nước thải (A), nước thải đô thị được lọc bằng túi
lọc trước khi dùng nuôi vi tảo Chlorella sp. (B) ............................................. 31
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình nghiên cứu ............................................................. 32
Hình 2.4: Mô hình xử lý nước thải đô thị bằng vi tảo quy mô 50 L ............... 35
Hình 2.5: Mô hình xử lý nước thải đô thị bằng vi tảo quy mô 500 L ............. 37
Hình 3.1: Diễn biến thông số dinh dưỡng trong quá trình xử lý nước thải trên
hệ phản ứng quy mô 50 L (n=2)...................................................................... 50
Hình 3.2: Diễn biến thông số dinh dưỡng trong quá trình xử lý nước thải trên
hệ phản ứng quy mô 500 L (n=2) ................................................................... 54
Hình 3.3: Hiệu suất xử lý COD, NH4+-N và PO43--P bởi Chlorella sp. nuôi
trong hai hệ phản ứng 50 L (A) và 500 L (B) (n=2) ....................................... 57
Hình 3.4: Các bước thu hoạch sinh khối vi tảo-vi sinh vật............................. 63


5
MỞ ĐẦU
Ngày nay các vấn đề ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm lớn của
xã hội. Quá trình gia tăng dân số nhanh chóng, cách mạng công nghiệp và đô
thị hóa dẫn đến các hình thức ô nhiễm môi trường khác nhau như ô nhiễm
nước, đất, không khí. Trong đó ô nhiễm nguồn nước đã và đang ngày càng trở
nên nghiêm trọng hơn. Nước thải không qua xử lý từ các hoạt động của con
người trong sinh hoạt hằng ngày và nước thải công nghiệp, dịch vụ từ các nhà
máy, khu sản xuất, nhà hàng đã đổ trực tiếp lượng lớn chất ô nhiễm vào các
nguồn tiếp nhận như sông, hồ, đại dương. Các chất ô nhiễm này bao gồm
cacbon vô cơ, hữu cơ, chất dinh dưỡng (N, P) và kim loại nặng gây suy giảm
chất lượng nước, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ động, thực vật sống thủy sinh và
nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe của con người thông qua chuỗi thức ăn. Vì
vây, xử lý nước thải đang là nhiệm vụ quan trọng trong việc giảm thiểu ô
nhiễm, duy trì hệ sinh thái đáp ứng nhu cầu dân số ngày càng tăng về nước

sạch và các vấn đề môi trường tối thiểu. Các phương pháp xử lý hóa lý và
sinh học dùng vi sinh vật (bùn hoạt tính và/hoặc xử lý yếm khí) được sử dụng
trong xử lý nước thải có thể đạt được chất lượng nước trước khi xả vào môi
trường hoặc tái sử dụng. Tuy nhiên, phương pháp này tạo ra một lượng bùn
thải lớn và yêu cầu phải có diện tích phát sinh để tập kết và qui trình xử lý
bùn phù hợp nhằm tránh gây ra ô nhiễm thứ cấp (phát sinh mùi hôi thối). Do
vậy, hiện nay phương pháp xử lý nước thải dùng vi tảo được phát triển nhằm
khắc phục những hạn chế của các phương pháp xử lý nước thải truyền thống.
Các chất dinh dưỡng (các hợp chất của các bon, nitơ và phốtpho) trong
nước thải đô thị là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi tảo. Vì
vậy, sự loại bỏ các chất ô nhiễm thông qua quá trình tiêu thụ chúng bởi vi tảo
sẽ tạo ra sinh khối. Trong khi đó, sinh khối vi tảo thu được có hàm lượng cao
các hợp chất cao phân tử như chất béo, proteins, carbohydrate có giá trị tiềm
năng để sản xuất nhiên liệu sinh học, thức ăn chăn nuôi, phân bón cây trồng,
phụ gia thực phẩm, hoạt tính sinh học trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và
dược phẩm. Vi tảo lục đơn bào Chlorella sp. là một trong những loại vi tảo
được áp dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý nước thải do tốc độ tăng trưởng


6
nhanh, hàm lượng lipids cao và đã được chứng minh khả năng loại bỏ các
bon, nitơ và phốtpho. Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện để đánh giá hiệu
suất loại bỏ chất dinh dưỡng khi sử dụng vi tảo này trong nước thải đô thị khu
vực quận Cầu Giấy (Hà Nội) trên hệ phản ứng mở quy mô thử nghiệm (500
L) với tên đề tài “Nghiên cứu khả năng loại bỏ các hợp chất của nitơ,
phốtpho trong nước thải đô thị bằng vi tảo Chlorella sp. trên hệ phản ứng
mở”.
Mục tiêu nghiên cứu:
(1) Nghiên cứu đặc tính của nước thải đô thị Quận Cầu Giấy, Hà Nội;
(2) Nghiên cứu sự sinh trưởng và năng suất sinh khối của Chlorella sp.

nuôi trong nước thải đô thị Quận Cầu Giấy trên hệ phản ứng mở;
(3) Đánh giá về khả năng loại bỏ N, P trong nước thải đô thị Quận Cầu
Giấy bởi Chlorella sp. và các thông số nước thải sau xử lý theo QCVN
14:2008/BTNMT.


7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ
1.1.1. Khái niệm, thành phần nước thải đô thị

Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống
thoát của một thành phố, đó là hỗn hợp của các loại nước thải bao gồm nước
thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước mưa thấm qua [1].
Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu,
tính chất đặc trưng của thành phố. Lưu lượng và hàm lượng của nước thải
thường dao động trong phạm vi rất lớn, tính chất nước thải thay đổi theo mùa,
theo ngày làm việc, ngày nghỉ trong tuần [2].
1.1.2. Đặc điểm nước thải đô thị
Nước thải sinh hoạt chiếm đến 50% nước thải đô thị, là nước đã được
sử dụng và thải ra từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, khu
vui chơi giải trí, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con
người [1-3]. Khoảng 65-85% lượng nước cung cấp cho một người thường trở
thành nước thải. Lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn
cấp thoát nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước của mỗi khu dân cư [4].
Nước thải sinh hoạt thường có màu xám hoặc hơi vàng do chứa các hàm
lượng lớn chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học bao gồm các hợp chất protein
(40-50%), hydrat cacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường, xenluozo và chất

béo (5-10%), ngoài ra còn có các thành phần vô cơ dinh dưỡng (phốtpho,
nitơ), vi sinh vật, vi trùng gây bệnh nguy hiểm [4, 5]. Hàm lượng các chất gây
ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, thói quen
sinh hoạt, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải [1].
Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất) là nước thải sau quá trình
sản xuất đến từ các xí nghiệp công nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vận
tải và chiếm 36% trong nước thải đô thị. Nước thải công nghiệp không có đặc
điểm chung mà phụ thuộc vào từng ngành sản xuất, quy trình công nghệ của
từng loại sản phẩm. Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp
vì thế rất khác nhau tùy thuộc vào loại hình, chế độ công nghiệp lựa chọn


8
cũng như quy mô doanh nghiệp. Thành phần nước thải công nghiệp cũng rất
đa dạng, thậm chí ngay trong một ngành công nghiệp, số liệu có thể thay đổi
đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi
trường, vì vậy độ độc hại gây ô nhiễm cũng khác nhau [2, 4]. Trong nước thải
công nghiệp chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ như protein, các dạng
cacbonhydrat, dầu mỡ (công nghiệp chế biến thực phẩm), hemuxenluloza,
lignin (công nghiệp sản xuất giấy). Ngoài ra nước thải từ các nhà máy thuộc
da thường chứa nhiều kim loại nặng và sulfua. Nước thải từ nhà máy sản xuất
acquy có nồng độ axit và chì cao. Nước thải của các cơ sở xi mạ chứa hàm
lượng kim loại nặng cao và pH thấp [1, 6].
Nước thải là nước mưa (hay nước thấm): là nước mưa chảy tràn trên
mặt đất và kéo theo các chất cặn bã, dầu mỡ…đi vào hệ thống thoát nước
(chiếm khoảng 14% nước thải đô thị) [3, 4]. Hiện nay, tại các quốc gia phát
triển đã sử dụng mạng lưới cống thoát riêng biệt giữa nước thải và nước mưa.
Do vậy, lượng nước thải đi về các nhà máy xử lý sẽ chỉ bao gồm: nước thải
sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước ngầm thâm nhập. Tuy nhiên, hầu hết
các thị trấn, thị xã và thành phố ở nước ta thường sử dụng mạng lưới cống,

kênh mương chung cho thoát nước thải và nước mưa. Vì vậy, lượng nước
chảy về nhà máy gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm
thâm nhập và một phần nhỏ là nước mưa.
1.1.3. Hiện trạng nước thải đô thị ở Việt Nam
Theo báo cáo đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị Việt Nam
năm 2013 của ngân hàng thế giới, tình trạng ô nhiễm môi trường ở Việt Nam
ngày càng gia tăng đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ
Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương…Một phần
nguyên nhân do tốc độ đô thị hóa ở nước ta diễn ra khá nhanh nhưng không
phát triển cân xứng với cơ sở hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống xử lý nước
thải [2]. Hệ thống thoát nước thải đô thị dùng chung cho thoát nước mưa,
nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải y tế, rác thải nhưng
không có hệ thống xử lý nước thải tập trung và phân tán qua nhiều thời kỳ
khác nhau. Đa số các nguồn thải đều được xả thẳng xuống các kênh, mương,


9
sông, hồ. Bên cạnh đó, sự gia tăng dân số, các hoạt động phát triển kinh tế xã hội đã và đang làm phát sinh một lượng không nhỏ các loại nước thải gây
ảnh hưởng đến các nguồn tiếp nhận [6].
Theo số liệu của Bộ Xây dựng, tính đến năm 2017, trên cả nước đã có
39 nhà máy/trạm xử lý nước thải (XLNT) tập trung được xây dựng tại các đô
thị từ loại III trở lên đã đi vào hoạt động với công suất thiết kế 907.950
m3/ngày đêm. Tuy nhiên, do mạng lưới cấp thoát nước thiếu đồng bộ nên một
số nhà máy XLNT không hoạt động hết công suất do không đủ nước thải đầu
vào. Tại Hà Nội, khoảng 20,62% tổng lượng nước thải thành phố được xử lý,
trong khi tại Thành phố Hồ Chí Minh, tỷ lệ nước thải xử lý chỉ là 13% [7].
Theo thống kê, lượng nước thải công nghiệp phát sinh tại một số khu công
nghiệp lớn như thành phố Hồ Chí Minh là 278.000 m3/ngày đêm trong đó
82,5% nguồn thải trên 50 m3/ngày đêm có hệ thống xử lý, 69,5% nguồn nước
thải lưu lượng từ 30-50 m3/ngày đêm được xử lý, lưu lượng nước thải từ 1030 m3/ngày đêm khả năng xử lý đạt 60,5%; lượng nước thải công nghiệp ở

Bình Dương cũng tương đối lớn với lượng thải 136.700 m3/ngày đêm; tại Hà
Nội, trung bình mỗi ngày đêm, lượng nước thải công nghiệp mà thành phố
tiếp nhận là 75.000 m3 trong đó lượng nước thải được xử lý chỉ chiếm một
phần nhỏ [7]. Báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Đà Nẵng
năm 2015 có 37 cơ sở doanh nghiệp đang hoạt động sản xuất chế biến thủy
hải sản với tổng lượng nước thải đạt 3.000 m3/ngày đêm, cao điểm 4.0005.000 m3/ngày đêm. Tuy nhiên hiện nay hệ thống XLNT của khu công nghiệp
dịch vụ hải sản Đà Nẵng đã bị quá tải gây ô nhiễm môi trường khu vực xung
quanh [7].
Tại Hà Nội, thực tế các kênh mương, sông, hồ nội thành từ lâu đã trở
thành nơi chứa nước thải của thành phố. Sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông
Sét, sông Lừ là các con sông chính tiếp nhận lượng nước thải sinh hoạt chưa
qua xử lý khu vực nội đô Hà Nội. Tính đến năm 2013, lượng nước thải sinh
hoạt chưa qua xử lý mà sông Tô Lịch tiếp nhận chiếm tới 48,1% tổng lưu
lượng nước thải (lượng xả vào sông Kim Ngưu là 31,9%, sông Sét là 12,7%
và sông Lừ là 3,0%) [8, 9]. Hiện nay, nước ở các con sông này có màu đen và


10
mùi gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân xung quanh và cảnh quan đô
thị [10]. Năm 2016 thành phố Hà Nội chỉ có 30/43 cụm công nghiệp tập trung
đi vào hoạt động không có trạm XLNT. Trung bình mỗi ngày đêm, lượng
nước thải công nghiệp chưa qua xử lý mà thành phố tiếp nhận là 45.000 m3.
Ngoài ra, vấn đề XLNT ở các cụm công nghiệp, khu công nghiệp và cơ sở sản
xuất nhỏ lẻ trong nội thành Hà Nội gặp nhiều khó khăn do nằm xen kẽ trong
các khu dân cư, khu đô thị. Các doanh nghiệp vừa và nhỏ còn gặp nhiều vấn
đề trong việc thiếu hụt kinh phí xây dựng hệ thống XLNT đạt tiêu chuẩn cũng
như không tiếp cận được công nghệ xử lý chất thải mới [6, 7].

Hình 1.1: Nước thải đô thị chưa qua xử lý đổ trực tiếp vào sông Tô Lịch
(Nguồn: baotainguyenmoitruong)

1.2. CƠ CHẾ TIÊU THỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI
BỞI VI TẢO
Vi tảo được biết đến là vi sinh vật quang hợp có khả năng chuyển động,
kích thước nhỏ từ vài µm đến 100 µm phát triển nhanh chóng nhờ quá trình
quang hợp quang tự dưỡng hoặc dị dưỡng, hoặc cả hai hình thức. Mặt khác, vi
tảo có thể sống trong điều kiện khắc nghiệt do cấu trúc đơn bào hoặc đa bào
của chúng. Tảo gồm các ngành chính: Chlorophyta, Euglenophyta,
Dinophyta, Bacilariophyta, Cyanophyta. Khả năng phát triển của vi tảo phụ
thuộc vào nguồn dinh dưỡng (N, P), cơ chất (cacbon vô cơ, CO2, HCO3-,
cacbon hữu cơ như đường…), ánh sáng, nhiệt độ [11]. Vi tảo sinh trưởng và
phát triển trong nước thải thông qua ba quá trình: (1) quá trình quang tự
dưỡng: vi tảo tiệu thụ các chất gồm cacbon vô cơ (CO2, HCO3-), nitơ, phốtpho


11
và sử dụng sáng làm nguồn năng lượng; (2) quá trình dị dưỡng: vi tảo chỉ tiêu
thụ các chất cacbon hữu cơ (đường, acetate), nitơ và phốtpho; (3) quá trình
tạp dưỡng: vi tảo đồng thời tiêu thụ cacbon vô cơ và hữu cơ, nitơ và phốtpho
và sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng [12]. Cacbon được tảo tiêu thụ để
hình thành các hợp chất cao phân tử như cacbonhydrate và lipids. Nitơ được
tiêu thụ để hình thành các phân tử protein và vật liệu di truyền
deoxyribonucleic acid (DNA) và axit ribonucleic (ARN), còn phốtpho được
tiêu thụ để hình thành các phân tử dự trữ năng lượng hóa học adenosine
triphosphate (ATP). Như vậy quá trình tiêu thụ các chất ô nhiễm của vi tảo để
xây dựng lên tế bào và phát triển sinh khối có hàm lượng protein trong vi tảo
khô có thể lên tới 50-60% (8-20% N) [11, 13].
Thực tế, trong nước thải tồn tại rất nhiều vi sinh vật và thực tế xử lý
nước thải với lượng thể tích lớn hoàn toàn không thể tiệt trùng để nuôi vi tảo.
Sự sinh trưởng của vi tảo chính là sự cộng sinh với hệ vi sinh vật có trong

nước thải. Trong hệ thống nuôi vi tảo sử dụng nước thải khuấy trộn, vi sinh
vật hiếu khí chiếm ưu thế và thực hiện vai trò phân hủy chất hữu cơ phức tạp
(quá trình ôxy hóa dùng O2) và tạo ra các chất đơn giản như NO3-, NO2-, PO43và CO2 và những chất này nhanh chóng được tiêu thụ bởi vi tảo để phát triển
sinh khối (Hình 1.2).

Chất hữu cơ
O2

Sinh khối

Vi sinh vật

Vi tảo

Tế bào mới

Ánh sáng

Hình 1.2: Mối quan hệ cộng sinh giữa vi tảo và vi khuẩn trong xử lý
nước thải
Nguồn: www.thepoultrysite.com


12
1.3.

TỔNG QUAN VỀ VI TẢO CHLORELLA
1.3.1. Đặc điểm cấu tạo hình thái, sinh sản

Giới: Plantae

Ngành: Chlorophyta
Bộ: Chlorellales
Họ: Chlorellaceae
Loài: Chlorella sp.

Hình 1.3: Chlorella sp.
(Nguồn: Sarawak biodiversity centre)

Chlorella là một chi của tảo đơn bào, nhân thực, thuộc ngành tảo Lục
(Chlorophyta). Tế bào có dạng hình cầu hoặc hình ovan (đường kính 2-10
µm). Màng tế bào mỏng, đôi khi phủ chất nhầy, có vách xenlulozo bao bọc và
chịu được các tác động cơ học nhẹ. Chlorella có thể sống ở môi trường cạn
hoặc nước, phát triển trong điều kiện nhiệt độ từ 15 đến 35oC. Chlorella có
các sắc tố quang hợp là chlorophyll a và b trong lục lạp; có khả năng lấy
nước, các khoáng chất thiết yếu và biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời
thành hợp chất hữu cơ đơn giản để sinh trưởng và phát triển. Chlorella có tốc
độ tăng trưởng nhanh, trong ba giờ có khả năng tăng gấp đôi mật độ, sinh sản
vô tính bằng tự bào tử. Tùy theo loài và điều kiện môi trường mà số lượng các
loại bào tử có thể là 2, 4, 8, 16, 32 (thậm chí có thể lên tới 64) tự bào tử bằng
cách đi qua lỗ nứt của màng tế bào mẹ. Những tế bào con mới hình thành có
vòng phát triển sau 4-6 tiếng đến giai đoạn trưởng thành, có khả năng sinh


13
trưởng, toàn bộ chu trình lặp lại từ đầu [12]. Chlorella được xem là nguồn
dinh dưỡng có giá trị cao với hàm lượng protein khoảng 60% (đối với sinh
khối khô), lipit 12-15%, polysacarit (10-15%) chứa hầu hết các axit amin thiết
yếu như lysin, ethionie, arginine, histidin…và các axit béo không no,
carotenoid (phần lớn là lutein). Chlorella có chứa hầu hết các vitamin: A, B1,
B2, B6, B12, C, D, K đặc biệt giàu vitamin C [14, 15].

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của một số chủng Chlorella
Chlorella
Chlorella
(Đài Loan)
(Yeayarna)
Thành phần chung (g trong 100g sinh khối khô)
Protein
63,5
67,5
Chất béo
14,5
13,4
Cacbohydrat
11,1
10,4
Axit amin (g trong 100 g sinh khối khô)
Arginine
3,54
3,9
Lysin
3,44
5,03
Histidin
1,26
1,33
Leuxin
5
5,27
Methionin
1,57

1,35
Valin
3,57
3,47
Alanin
4,78
4,75
Glyxin
3,52
3,51
Serin
2,41
2,4
Trytophan
1,19
1,23
Cystin
0,76
0,8
Các vitamin (mg trong 100g sinh khối khô)
Vitamin A
11,8
8,3
Vitamin B1
1,77
1,63
Vitamin B2
4,82
5,68
Vitamin B6

2,03
2,34
Bitamin B12
0,8
Vitamin C
49
Vitamin E
22,6
Axit Folic
1,2
2,4
Sắc tố (mg trong 100g sinh khối khô)
Chlorophyll
2770
3710
Caroten
77,9
113,2
Lutein
220
449

Chlorella regularis
61,8
12,1
14,8
6,35
4,51
1,11
4,46

1,23
2,88
4,06
2,83
1,98
9,95
0,78
1,7
5,1
2,2
26,1
23,2
1,2
3600
112
368


14
Khoáng chất (mg trong 100g sinh khối khô)
Natri
17,8
115
Kali
929
1030
Caxi
650
205
Magie

336
279
Sắt
147
164
Mangan
Kẽm
7,7
-

57
1420
128
380
73
18
2

Nguồn: Richmond, Hu và cs., 2013 [16]

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của
Chlorella
1.3.2.1.
Nhiệt độ
Nhiệt độ là một trong những yếu tố môi trường ảnh hưởng đến tốc độ
tăng trưởng, kích thước tế bào, thành phần sinh hóa của vi tảo. Nhiệt độ có tác
động mạnh mẽ lên tất cả các quá trình enzyme của tế bào vi tảo, ảnh hưởng
đến quá trình trao đổi chất. Nhiệt độ cao gây ra sự thoái hóa protein do đó
giảm khả năng phát triển và gây chết tế bào vi tảo [15]. Khi nhiệt độ môi
trường thấp làm thay đổi cơ chế tế bào do đó giảm tính lưu động của màng tế

bào. Ngoài ra, nhiệt độ thấp còn hạn chế tốc độ tăng trưởng của tế bào dẫn
đến giảm năng suất sinh khối. Chlorella có thể phát triển tối ưu trong khoảng
nhiệt độ từ 25oC đến 35oC, khi nhiệt độ tăng cao (trên 38oC) có thể gây chết tế
bào [17].
1.3.2.2.

Ánh sáng

Ánh sáng rất quan trọng đối với sự phát triển của các sinh vật quang
hợp. Vi tảo có thể hấp thụ ánh sáng tốt nhờ chất diệp lục có trong tế bào và
chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học (ATP), quá trình
này được gọi là quang hợp [18]. Trong quá trình này, vi tảo sử dụng năng
lượng ánh sáng để chuyển đổi CO2 thành các chất hữu cơ có trong tế bào như
cacbonhidrat, protein, giải phóng O2 và sử dụng như nguồn năng lượng chính
để xây dựng cấu trúc tế bào và sinh sản. Trong điều kiện chiếu sáng giới hạn,
vi tảo tiến hành tổng hợp các amino axit và các hợp chất cần thiết khác cho tế
bào. Khi điều kiện chiếu sáng bão hòa, sản xuất đường và tinh bột trong tế


15
bào tăng lên và tốc độ tăng trưởng tối đa của vi tảo được ổn định [17]. Cường
độ ánh sáng quá cao vượt qua mức độ bão hòa sẽ gây ra hiện tượng ức chế
quang (photoinhibition) và điều này có thể làm bất hoạt enzyme tham gia vào
quá trình cố định CO2. Ngoài cường độ ánh sáng, sự phát triển của vi tảo còn
phụ thuộc rất nhiều vào nguồn sáng, chu kỳ chiếu sáng và các thành phần
quang phổ [19]. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng tốc độ tăng trưởng vẫn cao
khi không được chiếu sáng liên tục. Do sự phân chia tế bào trong nuôi cấy
quang hợp đơn bào thường xảy ra trong điều kiện tối [17]. Mặt khác, 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 hấp thụ được hết các photon và chuyển chúng thành năng
lượng hóa học và tránh ảnh hưởng của photoinhibiton. Nếu thiếu ánh sáng
trong một khoảng thời gian dài, vi tảo sẽ thích nghi bằng cách tăng hàm lượng
chlorophyll trong tế bào. Đặc tính ánh sáng khác nhau sẽ tạo ra chlorophyll
khác nhau và ảnh hưởng đến quang hợp dẫn đến sự thay đổi về sinh trưởng
cũng như sinh khối của tảo [20]. Theo Daliry và cộng sự (2017), vi tảo có sự
phân chia tế bào ở cả pha sáng và pha tối, tuy nhiên sự phân chia tế bào nhiều
hơn sau khi dừng pha sáng. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng, thời gian chiếu
sáng là 16:8 (sáng: tối) cùng với cường độ ánh sáng là 5000 lux thì đạt hiệu
quả tối đa về sinh khối vi tảo khi nuôi trong các bể lớn [17]. Vi tảo thường sử
dụng các bước sóng trong khoảng 400-700 nm cho quang hợp. Ánh sáng xanh
(430-465 nm) và ánh sáng đỏ (630-665 nm) có hiệu quả tốt nhất cho sự quang
hợp của Chlorella vulgaris. Nghiên cứu của Mathy và cộng sự (1997) cũng
chỉ ra rằng việc sử dụng ánh sáng đỏ làm tăng sắc tố diệp lục trong khi ánh
sáng xanh sẽ làm tăng trưởng các tế bào trong vi tảo Chlorella [17, 19, 21].
1.3.2.3.

pH

pH đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình của tế bào vi tảo, bao
gồm chuyển hóa năng lượng, tác động đến cấu trúc, chức năng của bào quan,
enzyme và protein. Đối với hầu hết các loài vi tảo, phạm vi pH trong môi
trường nuôi cấy dao động từ 7 đến 9. Khi pH quá cao có thể làm ức chế và
gây chết tế bào [18]. Nghiên cứu của Khalil và cộng sự (2010) đã chỉ ra rằng


16
Chlorella vulgaris có thể phát triển trong phạm vi pH rộng (4-10). Chlorella
vulgaris khi nuôi trong môi trường kiềm (giá trị pH từ 9 đến 10) sẽ cho hiệu
suất tăng trưởng tốt nhất [22]. Độ pH cũng tác động đến sự hấp thu các chất

dinh dưỡng. Theo Liang và cộng sự (2013) để loại bỏ amoniac thì giá trị pH
tối ưu nhất là 7, trong khi đó loại bỏ phốtpho thì tác động của pH là không
đáng kể [23]. Ngược lại, nồng độ chất dinh dưỡng cũng có thể bị ảnh hưởng
bởi pH. Giá trị pH cao có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ amoniac tự do và
gây kết tủa phốtpho ở dạng canxi phốtphát ảnh hưởng đến quang hợp ở vi tảo
cũng như làm suy giảm sự phát triển của chúng [22]. Ngược lại, khi pH giảm
cũng có tác dụng không mong muốn đến sự sinh tế bào [24, 25]. Theo nghiên
cứu của Kong và cộng sự (2011) ảnh hưởng của các nguồn nitơ khác nhau
trong môi trường nuôi cấy Chlorella vulgaris cũng dẫn tới sự thay đổi của
pH; giá trị pH giảm (pH=3) khi môi trường nuôi cấy có ammonium, ngược lại
giá trị pH sẽ tăng (pH=7,2) khi bổ sung kali nitrat và urê [26].
1.3.2.4.

Dinh dưỡng

Cacbon, nitơ và phốtpho là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho quá trình
phát triển của vi tảo. Trong đó nitơ, phốtpho là hai chất dinh dưỡng đa lượng
quan trọng cho sự tăng trưởng và trao đổi chất của các tế bào vi tảo [27].
Nitơ là một trong các yếu tố cơ bản để hình thành protein và axit
nucleic. Bên cạnh đó, nitơ còn là thành phần thiết yếu tạo nên các cấu trúc
protein và chức năng của tế bào vi tảo [20]. Hầu hết các loài vi tảo có khả
năng sử dụng nhiều nguồn nitơ khác nhau như nitơ hữu cơ (urê, glutamin,
glyxin…) và nitơ vô cơ (amoni, nitrat, nitrit). Nitơ vô cơ được vi tảo hấp thụ
nhanh chóng và đồng hóa thành các hợp chất sinh hóa trong cơ thể nhằm mục
đích đáp ứng các thay đổi nhu cầu sinh lý khi tế bào vi tảo sử dụng [28, 29].
Những ảnh hưởng chính của thiếu hụt nitơ làm thay đổi sự cân bằng enzyme
dẫn đến tăng cường tổng hợp, tích lũy lipid, triglyceride và giảm tổng hợp
chất diệp lục tạo nên lượng carotenoid dư thừa trong các tế bào tảo [30-32].
Phốtpho cũng là một thành phần thiết yếu trong quá trình quang hợp
của vi tảo [33]. Phốtpho là thành phần dinh dưỡng chính có vai trò quan trọng

trong quá trình trao đổi chất của tế bào cũng như chuyển giao năng lượng,


17
sinh tổng hợp phốtpho lipid, axit nucleic, DNA, RNA [27, 34]. Phốtpho
chiếm 1% trọng lượng khô của tế bào tảo [35]. Sự tích tụ lipid trong tế bào sẽ
xảy ra khi có sự hạn chế về nguồn dinh dưỡng phốtpho.
Cacbon, hydro, oxy là ba chất dinh dưỡng phi khoáng chất thiết yếu cần
cho sự tăng trưởng tế bào và trao đổi chất của vi tảo. Trong khi hydro, oxy
luôn có sẵn trong môi trường thì ngược lại cacbon là chất dinh dưỡng cần
phải cung cấp trong quá trình sinh trưởng của vi tảo [27]. Nguồn cacbon vô
cơ là cần thiết để thực hiện quá trình quang hợp do đó tác động đến sự phát
triển và sinh sản của vi tảo. Tốc độ tăng trưởng của vi tảo giảm khi cacbon
trong môi trường nuôi cấy giảm. Cacbon có thể được sử dụng ở dạng CO2,
cacbonat hoặc bicacbonat để tăng trưởng tự dưỡng và ở dạng acetate hoặc
glucose cho sự tăng trưởng dị dưỡng. Cacbon trong nước có thể có mặt ở bất
cứ hình thức nào tùy thuộc vào pH, nhiệt độ và hàm lượng dinh dưỡng. Khi
tăng pH, lượng cacbonat tăng trong khi CO2 và biocarbonate giảm. Các
nghiên cứu của Tsuzukiet và cộng sự (1990), Gordillo và cộng sự (1998) cho
thấy khi tăng nồng độ CO2 sẽ làm tăng lượng axit béo không bão hòa và hàm
lượng cacbonhydrate; tuy nhiên sẽ làm giảm nồng độ protein, sắc tố tế bào và
năng suất sinh khối vi tảo [36, 37].
1.3.2.5.

Kim loại

Hàm lượng kim loại trong các tế bào vi tảo là cực nhỏ (<4 ppm) nhưng
là thành phần thiết yếu của quá trình sinh lý học. Sắt, mangan, coban, kẽm,
đồng và niken là sáu kim loại vi lượng quan trọng nhất trong vi tảo. Thiếu vi
lượng kim loại làm hạn chế sự phát triển của vi tảo; dư thừa kim loại gây ức

chế sự tăng trưởng, giảm quá trình quang hợp, cạn kiệt chất chống oxy hóa và
phá vỡ màng tế bào. Sắt là một vi lượng kim loại quan trọng cho sự tăng
trưởng bình thường và các hoạt động quang hợp hô hấp trong vi tảo. Sắt hoạt
động như chất xúc tác asredox trong quang hợp, đồng hóa nitơ và trung gian
vận chuyển điện tử của các sinh vật quang hợp [38]. Nghiên cứu của Liu và
cộng sự (2008) khi tăng nồng độ sắt cao trong môi trường nuôi cấy Chlorella
vulgaris nhằm mục đích tăng hàm lượng lipid trong tế bào [39]. Ngược lại
hàm lượng sắt giảm dẫn đến carotene giảm [40, 41]. Một lượng nhỏ các kim


18
loại không thiết yếu như Cadimi (Cd), chì (Pb) và Crom (Cr) có thể gây ức
chế quá trình trao đổi chất, sự hấp thụ phốtpho của tế bào [42]. Kim loại vi
lượng kẽm và đồng có thể gây độc tính khi vượt quá nồng độ cho phép [43].
1.3.3. Ứng dụng của vi tảo Chlorella
1.3.3.1.
Thức ăn cho người và động vật
Thức ăn cho người
Vi tảo được biết đến như một nguồn giàu cacbonhidrat, protein,
vitamin, axit béo và lipid. Tại các nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Châu Phi
và Mexico, vi tảo được sử dụng làm nguồn thức ăn cho con người [44]. Trong
đó, những thực phẩm từ vi tảo Chlorella và Spirulina thường phổ biến nhất.
Những sản phẩm từ những vi tảo này được sản xuất ở dạng viên nang hoặc
chất lỏng với nhiều công dụng như một nguồn vitamin dồi dào và chất chống
oxy hóa. Β-1,3 –gluca có trong sinh khối Chlorella được biết đến như là một
thành phần chính để kích thích hệ thống miễn dịch cũng như làm giảm lượng
lipid trong máu.
Thức ăn cho động vật
Việc sử dụng một số vi tảo như Chlorella, Scenedesmus, Spirulina,
Chaetoceros, Skeletonema…làm nguồn thức ăn cho cá và các động vật nuôi

(gà, bò, lợn) đã được phát triển nhanh chóng trong nhiều thập kỷ qua. Theo
nghiên cứu của Spolaore và cộng sự (2006), 30% sinh khối vi tảo sản xuất
trên toàn thế giới là nguồn thức ăn cho gia súc, gia cầm [45]. Nghiên cứu của
Kang và cộng sự (2013) cho thấy khi bổ sung 1% chất lỏng (sinh khối tươi)
Chlorella vào chế độ ăn của gà con giúp tăng hệ vi sinh trong đường ruột, cải
thiện chức năng của hệ thống miễn dịch và hiệu suất tăng trưởng cao [46].
Khi kết hợp 1 đến 2% sinh khối lên men Chlorella vulgaris vào thức ăn gia
cầm khác có tác dụng trong sản xuất trứng, chất lượng trứng được nâng cao
(tăng trọng lượng lòng đỏ trứng), ảnh hưởng tích cực đến hệ vi sinh vật đường
ruột, triglycerol gan của gà mái được cải thiện [47, 48].


19

1.3.3.2.

Nhiên liệu sinh học

Gần đây, vi tảo đã được coi là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất
diesel sinh học do sự cung cấp hạn chế của các nguồn thực phẩm khác như
mỡ động vật, dầu ăn thải và các loài dầu thực vật khác. Vi tảo có khả năng
sinh trưởng nhanh ở các nhiệt độ và môi trường khác nhau. Các nghiên cứu
của Mahmah và cộng sự (2011) và Bhalamurugan và cộng sự (2018) cho thấy
Chlorella vulgaris và Chlorella sorokiniana có thể tích tụ một lượng lớn axit
béo, lipid sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học chất lượng tốt
[44, 49]. Diesel sinh học được sản xuất từ vi tảo có giá trị năng lượng cao,
không chứa lưu huỳnh hoặc hương liệu do vậy giúp giảm đáng kể lượng phát
thải carbon monoxide [50].
1.3.3.3.

Sản xuất phân bón sinh học

Phân bón đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện tăng sản
lượng nông nghiệp do chứa các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tăng trưởng
của thực vật. Phân bón hóa học thường có chi phí sản xuất và giá thành sản
phẩm cao. Việc sản xuất phân bón sinh học từ vi tảo là một giải pháp cần thiết
trong canh tác nông nghiệp hiện nay. Do phân sinh học chứa các hợp chất tự
nhiên có nguồn gốc từ vi sinh vật, vi tảo, nấm, vi khuẩn giúp cải thiện chất
lượng đất, kích thích tăng trưởng thực vật, không gây ô nhiễm môi trường và
có giá thành thấp [44, 51]. Theo nghiên cứu của Faheed và cộng sự (2008) sử
dụng Chlorella vulgaris làm phân bón sinh học có tác động lớn đến sự tăng
trưởng cũng như tăng đáng kể lượng sắc tố (diệp lục a, b và carotenoids)
trong cây rau diếp [52]. Sinh khối khô của vi tảo Chlorella vulgaris được xem
như là chất nền thích hợp cho quá trình nảy mầm hạt Lactuca sativaas.
Nghiên cứu của Dineshkumar và cộng sự (2017) khi trộn lẫn phân bò và phân
bón sinh học hỗn hợp vi tảo Chlorella vulgaris, Spirulina bón cho cây ngô đã
làm tăng năng suất, sinh trưởng lên đến 51,1% sau 60 ngày trồng [53].
1.3.3.4.

Sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm

Hiện nay, sử dụng mỹ phẩm có nguồn gốc từ vi tảo đang được chú ý do
hiệu quả mang lại trong việc cải thiện chức năng sinh học, điều trị các vấn đề


20
về rối loạn, lão hóa và sắc tố da [44, 54, 55]. Các loài vi tảo thường được sử
dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm như là Spirulina sp., Chlorella sp.,
Arthrospira sp. [44, 56]. Các chiết suất thu được từ sinh khối của Chlorella và
Spirulina đã được sử dụng trong sản xuất kem chống nắng, sữa dưỡng da và

dầu gội. Vi tảo được coi là một triển vọng lớn trong việc đáp ứng nhu cầu
ngày càng tăng của thị trường dược phẩm, đặc biệt là các thực phẩm chức
năng [57]. Các chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp được sản xuất bởi vi tảo có
thể được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp dược phẩm [58].
Chlorella, Dunaliella, Haematococcusand, Nostoc là những loài vi tảo phổ
biến nhất cho việc sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học trong dược phẩm.
Theo nghiên cứu của Santhosh và cộng sự (2016) sinh khối vi tảo Chlorella
được biết đến giàu vitamin B, đặc biệt là B12, α-carotene, lutein, axit ascorbic
và α-tocopherol [59]. Những hợp chất này có thể làm giảm sự xuất hiện của
một số loại ung thư và ngăn ngừa thoái hóa điểm vàng. Tuy nhiên, hoạt động
thương mại hóa các sản phẩm mỹ phẩm, dược phẩm từ vi tảo cần phải được
tiến hành nghiên cứu một cách cẩn thận về tính ổn định và độc tính để đảm
bảo an toàn và hiệu quả sử dụng [60].
1.3.4. Một số ứng dụng của vi tảo Chlorella trong xử lý các nguồn
nước thải
1.3.4.1.
Xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị
Theo nghiên cứu của He P.J. và cộng sự (2013) về việc sử dụng hỗn
hợp vi tảo Chlorella vulgaris và vi khuẩn để loại bỏ chất dinh dưỡng trong
nước thải đô thị, theo đó Chlorella vulgaris đóng vai trò chủ đạo trong việc
loại bỏ nitơ, phốtpho trong khi vi khuẩn loại bỏ hết các hợp chất hữu cơ. Kết
quả nghiên cứu đã cho thấy hiệu suất loại bỏ amoni là 97%, phốtpho là 98%
và COD là 26%. Ngoài ra, hơn 44% nitơ đã được tế bào vi tảo hấp thụ, điều
này cho thấy sự khả thi tái chế nitơ từ nước thải [61].
Choi H.J. và cộng sự (2015) cũng đã nghiên cứu về khả năng tăng
trưởng sinh khối Chlorella vulgaris, đồng thời loại bỏ chất dinh dưỡng trong
nước thải sinh hoạt sơ bộ được lấy tại bể lắng của một nhà máy xử lý thuộc
tỉnh Gangneung (Hàn Quốc). Hàm lượng T(P), T(N) đầu vào có giá trị dao