Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo và hiệu suất xử lý nước thải.

- HOÀNG THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TĂNG TRƯỞNG SINH KHỐI VI TẢO VÀ HIỆU SUẤT XỬ LÝ NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- ĐOÀN THỊ THÁI YÊN HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả.
- Các số liệu nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chính xác.
- Đoàn Thị Thái Yên – Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, ngƣời luôn theo sát, giúp đỡ và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
- Đồng thời, tôi cũng xin cám ơn các thầy, các cô và các cán bộ công tác tại Phòng thí nghiệm, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng (INEST.
- Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và chỉ bảo tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu tại trƣờng.
- Nhân đây, Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo cùng các đồng nghiệp làm việc cùng tôi tại Trung tâm Quan trắc môi trƣờng Bắc Giang đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu luận văn này.
- 6 CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG TẢO CHLORELLA TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI.
- Đặc điểm phân loại và đặc điểm sinh học tảo Chlorella.
- Các giai đoạn phát triển của tảo [5.
- 13 1.1.5.Thành phần dinh dƣỡng của vi tảo.
- Một số yếu tố ảnh hƣởng đến sự phát triển của tảo.
- Ứng dụng của tảo Chlorella trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi.
- Tổng quan về nƣớc thải chăn nuôi.
- Ứng dụng của vi tảo trong xử lý nƣớc thải.
- PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- Hóa chất, thiết bị thí nghiệm và nƣớc thải.
- Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu môi trƣờng nghiên cứu.
- Thí nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ nƣớc thải đầu vào (tỉ lệ pha loãng.
- Thí nghiệm ảnh hƣởng của loại ánh sáng.
- Thí nghiệm ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng.
- Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ.
- Xử lý số liệu.
- Ảnh hƣởng của nồng độ nƣớc thải đầu vào (tỉ lệ pha loãng.
- Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của loại ánh sáng.
- Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng.
- Kết quả nghiêncứu ảnh hƣởng của nhiệt độ.
- UASB : Upflow Anearobic Sludge Blanket/ Bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí.
- Thành phần hóa học trong tảo Chlorella vulgaris[9.
- Tính chất nƣớc thải chăn nuôi gia súc[2.
- Thành phần của môi trƣờng BG-11.
- Kết quả phân tích các thông số nƣớc thải đầu vào theo các mức pha loãng khác nhau.
- Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP ở các loại ánh sáng khác nhau.
- Hiệu suất xử lý COD, TKN và TP theo cƣờng độ ánh sáng.
- Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP ở các mức nhiệt độ khác nhau.
- Hình ảnh Tảo Chlorella vulgaris dƣới kính hiển vi.
- Một số hệ thống xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn.
- Bố trí thí nghiệm về ảnh hƣởng của loại ánh sáng.
- Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng.
- Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của nhiệt độ.
- Đƣờng cong sinh trƣởng của Chlorella vulagaris B5 trong nƣớc thải chăn nuôi lợn ở các mức pha loãng khác nhau.
- Nồng độ sinh khối khô của tảo nuôi trong nƣớc thải pha loãng ở các mức khác nhau.
- Diễn biến của COD theo thời gian nuôi tảo ở các tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác nhau.
- 38 Hình 3.4.Hiệu suất xử lý COD ở các tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác nhau.
- Hiệu suất xử lý TKN ở các tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác nhau.
- Hiệu suất xử lý TP ở các tỉ lệ pha loãng nƣớc thải khác nhau.
- 47 Hình 3.10.
- Tùy thuộc vào loại hình, qui mô chăn nuôi và nguồn thức ăn cung cấp mà nƣớc thải của từng trang trại có những đặc trƣng ô nhiễm riêng, tuy nhiên về cơ bản thì nƣớc thải từ các cơ sở chăn nuôi có đặc tính chung là chứa hàm lƣợng chất hữu cơ cao do đó phù hợp để áp dụng công nghệ xử lý sinh học.
- Hiện nay để xử lý nƣớc thải của ngành chăn nuôi, trên thế giới cũng nhƣ Việt Nam thƣờng áp dụng các kỹ thuật truyền thống và ứng dụng các quá trình xử lý cơ học, lý, hóa, sinh học nhằm giữ lại các chất ô nhiễm hoặc chuyển chúng từ dạng độc sang dạng không độc hoặc ít độc và thải ra môi trƣờng trong đó công nghệ sử dụng bể Biogas, UASB đƣợc sử dụng nhiều nhất.
- Tuy nhiên những công nghệ này có hiệu quả không cao, nƣớc thải sau xử lý vẫn còn một hàm lƣợng các chất hữu cơ cần đƣợc xử lý.
- Với nhiều ƣu thế nhƣ sinh trƣởng phát triển nhanh, năng suất sinh khối và hàm lƣợng lipid cao hơn các loài thực vật khác, dễ nuôi trồng, ít cạnh tranh đất nông nghiệp và không cần nguồn nƣớc sạch, thân thiện với môi trƣờng….
- Vi tảo (Microalgae) đang đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới trong đó có Việt Nam tập trung 7 nghiên cứu và đƣa vào sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học và xử lý môi trƣờng trên quy mô rộng rãi.
- Ở Việt Nam, Chính phủ đã quan tâm nhiều đến việc phát triển nhiên liệu sinh học và xử lý môi trƣờng từ vi tảo.
- Năm 2009, chƣơng trình nghiên cứu quy trình công nghệ nuôi trồng và sản xuất vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học đã đƣợc phê duyệt [12].
- Do vậy, phƣơng án để hạ giá thành nguyên liệu là nuôi tảo bằng nƣớc thải giàu chất hữu cơ nhƣ nƣớc thải chăn nuôi, giết mổ, chế biến thực phẩm, nƣớc thải sinh hoạt.....là một trong những phƣơng án tối ƣu.
- Với những ƣu thế của mình, nƣớc thải chăn nuôi đƣợc xem là một trong các môi trƣờng thuận lợi nhất cho việc nuôi trồng vi tảo nhằm mục đích cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học và xử lý môi trƣờng.
- Vi tảo là một loài sinh trƣởng và phát triển chịu ảnh hƣởng nhiều bởi các yếu tố ngoại cảnh nhƣ: pH môi trƣờng, nồng độ dinh dƣỡng, cƣờng độ ánh sáng, loại ánh sáng, nhiệt độ và một số các yếu tố khác….
- Do đó nhằm sớm triển khai áp dụng công nghệ nuôi trồng vi tảo trong môi trƣờng nƣớc thải chăn nuôi vào trong thực tế thì việc nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các yếu tố nêu trên cần đƣợc tính đến.
- Để góp phần tìm kiếm giải pháp cho những vấn đề nêu trên thì Đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối vi tảo và hiệu suất xử lý nước thải” đƣợc triển khai.
- Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và một phần có thể áp dụng triển khai vào thực tế sản xuất thử nghiệm.
- Mục tiêu: Mục tiêu chung là khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện môi trƣờng nuôi đến quá trình tăng trƣởng sinh khối và hiệu quả xử lý nƣớc thải của vi tảo Chlorella vulgaris trong nƣớc thải chăn nuôi lợn.
- 8 Cụ thể đề tài tiến hành khảo sát sự ảnh hƣởng của các yếu tố môi trƣờng nhƣ: nồng độ dinh dƣỡng, cƣờng độ ánh sáng, loại ánh sáng, nhiệt độ đến khả năng tăng trƣởng sinh khối và hiệu quả xử lý nƣớc thải chăn nuôi đã qua xử lý bể UASB của vi tảo Chlorella vulgaris B5 trên quy mô phòng thí nghiệm.
- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng: Giống tảo Chlorella vulgaris B5 đƣợc cung cấp từ đề tài nghiên cứu khoa học của TS.
- Phạm vi: Tập trung nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của 4 yếu tố môi trƣờng bao gồm: nồng độ dinh dƣỡng, cƣờng độ ánh sáng, loại ánh sáng, nhiệt độ đến khả năng tăng trƣởng sinh khối và hiệu quả xử lý nƣớc thải chăn nuôi đã qua xử lý bằng bể UASB của vi tảo Chlorella vulgaris B5 từ đó đƣa ra điều kiện tối ƣu nhất cho xử lý nƣớc thải và nuôi trồng vi tảo.
- Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Khai thác và kế thừa kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.
- Thực hiện các thí nghiệm khảo sát trong quy mô phòng thí nghiệm từ đó tổng hợp đƣa ra điều kiện môi trƣờng tối ƣu cho sự tăng trƣởng sinh khối và hiệu quả xử lý nƣớc thải của vi tảo Chlorella vulgaris.
- 9 CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG TẢO CHLORELLA TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI 1.1.
- Đặc điểm phân loại và đặc điểm sinh học tảo Chlorella 1.1.1.
- Hình ảnh Tảo Chlorella vulgaris dƣới kính hiển vi 10 1.1.2.
- Tế bào thƣờng có dạng hình cầu hoặc oval.
- Kích thƣớc tế bào từ 3- 5µm, có thể từ 2 - 4 µm tùy loài, tùy điều kiện môi trƣờng và giai đoạn phát triển nhƣng không vƣợt quá 15 µm.
- Sự thay đổi của các điều kiện môi trƣờng nhƣ ánh sáng, nhiệt độ và thành phần các chất hóa học trong môi trƣờng sẽ ảnh hƣởng đến hình thái và chất lƣợng của tế bào tảo[10.
- Cấu trúc tế bào: Chlorella chỉ có một tế bào duy nhất, vì vậy cấu tạo và sinh lý của tảo mang đặc điểmcủa tế bào nói chung.
- Chlorella hấp thụ CO2 và các chất dinh dƣỡng từ môi trƣờng bên ngoài để sản xuất các chất có giá trị nhƣ: protein, lipid, glucid, vitamin,… Nhờ có chất diệp lục Chlorella có thể tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết.
- Chlorella không có cơ quan hô hấp độc lập, oxy cần thiết đƣợc thấm qua toàn bộ bề mặt của màng vào trong tế bào.
- Mỗi tế bào Chlorella gồm nhân thật, hạt tinh bột, lục nạp và ti thể với vách tế bào chủ yếu là cellulose[9.
- Màng tế bào: Màng tế bào có vách cellulose bao bọc tế bào chất (plasmalemma) có chiều dày là 10-2 µm.
- Tùy vào điều kiện tăng trƣởng và trạng thái mà tế bào tảo có chiều dày khác nhau.
- Ban đầu màng tế bào xuất hiện ở dạng peptit sau đó chuyển thành dạng xenluloza.
- 11 Trên bề mặt tế bào có những lỗ, tế bào trao đổi chất với môi trƣờng bên ngoài thông qua các lỗ này.
- Thành tế bào chiếm 13 – 15% trọng lƣợng khô của tế bào.
- Thành tế bào Chlorella có hai thành phần từ chất cơ bản vô định hình và màng[9.
- Tế bào chất và những thành phần trong tế bào chất: [9] Tế bào chất là thành phần chính của tế bào, đó là những chất nhầy trong suốt dạng hạt không màu và chứa đầy trong thành tế bào.
- Các cơ quan khác nhƣ nhân, lạp lục, ti thể, riboxom,… đều nằm trong tế bào chất.
- Nƣớc trong tế bào chất chiếm 50%, thành phần chính của tế bào chất chiếm 2/3 trọng lƣợng khô.Ngoài ra còn có các chất hữu cơ khác nhƣ: lipid, hydratcacbon, vitamin và một số chất vô cơ.
- Cấu trúc của tế bào chất ổn định, ít có sự biến đổi do tác động bên ngoài.
- Tế bào chất có khả năng hấp thụ các chất khác nhau từ môi trƣờng xung quanh thông qua màng tế bào.
- Lạp lục là nơi duy nhất trong tế bào tảo Chlorella chứa chất diệp lục.
- Nhân: Tế bào tảo Chlorella chỉ chứa một nhân và có đƣờng kính từ 1 ÷ 3µm.
- Khi tảo Chlorella gặp điều kiện môi trƣờng thuận lợi sẽ lớn dần lên, khi đạt tới kích thƣớc nào đó thì sẽ tự phân đôi.
- Chất nguyên sinh thu nhỏ trong lòng vỏ, sau đó chia đôi 1, 2 hay 3 lần liên tiếp thành 2, 4 , 8 tế bào riêng lẻ.
- Các tế bào con tự tạo cho mình lớp vỏ mới, vỏ cũ mở ra và phóng thích tế bào con.
- Các tế bào con sẽ lớn lên tới mức nào đó rồi quay lại chu kỳ nhƣ lúc ban đầu.
- Sơ đồ quá trình sinh sản của tảo Sự phân bào diễn ra nhanh chóng nếu đầy đủ dinh dƣỡng và điều kiện cần thiết, sau 20h – 24h tế bào tảo sẽ phân chia thành bốn tế bào con làm cho nƣớc có màu lục.
- Pha gia tốc dương: Trong giai đoạn này vi tảo bắt đầu có sự tiếp xúc và dần thích nghi với môi trƣờng sống.
- Cơ thể tiến hành hấp thu các chất dinh dƣỡng và phân cắt tế bào.
- Ở môi trƣờng thuận lợi và có dinh dƣỡng phong phú thì quần thể có tốc độ sinh trƣởng nhanh.
- Pha logarit: Sau pha gia tốc dƣơng, quần thể vi tảo đã đạt đến một mật độ nhất định, môi trƣờng dinh dƣỡng còn thuận lợi, vi tảo đẩy mạnh quá trình hấp thu dƣỡng chất và đẩy nhanh tốc độ tăng trƣởng.
- Pha gia tốc âm: Trong môi trƣờng bắt đầu xuất hiện các yếu tố bất lợi cho tảo phát triển nhƣ yếu tố dinh dƣỡng và sự gia tăng các chất kìm hãm

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt