Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nitơ vô cơ và nitơ tổng trong nước thải chăn nuôi heo đến tăng trưởng vi tảo Chlorella sp
Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nitơ vô cơ và nitơ tổng trong nước thải chăn nuôi heo đến tăng trưởng vi tảo Chlorella sp” là một công trình khoa học quan trọng được thực hiện bởi học viên Hoàng Hải Vân dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Thị Vân Hà và TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh. Luận văn này đã được hội đồng chấm luận văn thông qua vào ngày 26 tháng 11 năm 2022, đánh dấu một bước tiến mới trong việc tìm kiếm các giải pháp xử lý nước thải chăn nuôi bền vững và hiệu quả
TỔNG QUAN
Trong những thập kỷ gần đây, ngành chăn nuôi tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thực phẩm và tạo sinh kế cho người dân. Tuy nhiên, song song với lợi ích kinh tế là những hệ lụy môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi. Theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường, lượng nước thải chăn nuôi xả ra môi trường hàng ngày là rất lớn, chứa nhiều chất hữu cơ, nitơ, phospho, vi sinh vật gây bệnh và kim loại nặng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đất, nước và sức khỏe cộng đồng.
Một trong những giải pháp được áp dụng phổ biến hiện nay là sử dụng hệ thống hầm biogas nhằm phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên, nước thải sau biogas (nước sau phân giải kỵ khí) vẫn còn chứa hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng như amoni (NH₄⁺), nitrat (NO₃⁻), nitrit (NO₂⁻) và nitơ tổng, gây hiện tượng phú dưỡng khi xả ra nguồn nước mặt. Vì vậy, việc tiếp tục xử lý bước sau nhằm giảm tải các hợp chất nitơ này là cần thiết, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả tổng thể của quá trình xử lý nước thải.
Trong bối cảnh đó, ứng dụng vi tảo - đặc biệt là loài Chlorella sp. - đang được xem là một hướng đi tiềm năng và bền vững trong xử lý nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng. Vi tảo có khả năng hấp thu hiệu quả các dạng nitơ vô cơ trong nước thải thông qua quá trình đồng hóa để tổng hợp thành protein và vật chất tế bào, đồng thời thực hiện quang hợp tạo oxy hòa tan, hỗ trợ cho hệ vi sinh hiếu khí và cải thiện chất lượng nước.
TÓM TẮT NGHIÊN CỨU
1. Giới thiệu về vi tảo Chlorella sp.
Chlorella sp. là một loài tảo lục đơn bào có kích thước nhỏ (2–10 µm), phát triển nhanh, có khả năng sinh trưởng mạnh trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Đây là một trong những loài vi tảo được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất trên thế giới trong các lĩnh vực như sản xuất sinh khối, thu nhận lipid cho sản xuất nhiên liệu sinh học, và đặc biệt là xử lý nước thải.
Trong môi trường nước thải giàu dinh dưỡng như nước sau hầm biogas, vi tảo có thể phát triển nhờ vào việc hấp thu các hợp chất nitơ (NH₄⁺, NO₃⁻, NO₂⁻) và phospho (PO₄³⁻), từ đó làm giảm hàm lượng các chất này trong nước. Quá trình xử lý không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn tạo ra sinh khối tảo giàu dinh dưỡng có thể sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, phân bón hoặc nguyên liệu cho sản xuất sinh học.
2. Phương pháp và kết quả nghiên cứu
Để đánh giá khả năng xử lý amoni, nitrat và tổng N của vi tảo Chlorella sp., thí nghiệm được bố trí với bốn nghiệm thức (NT) vận hành với chế độ khác nhau, tất cả đều sử dụng mật độ tảo ban đầu là 3.000.000 tế bào/ml:
NT1: Nồng độ amoni đầu vào trung bình 104,4 ± 2,2 mg/L. Chế độ sục khí CO2:KK thay đổi theo thời gian: 3 ngày đầu (1:1), ngày 4-7 (2,5:1), ngày 8-15 (4:1), sục không liên tục.
NT2: Nồng độ amoni đầu vào trung bình 138,5 ± 4,4 mg/L. Chế độ sục khí giống NT1.
NT3: Nồng độ amoni đầu vào trung bình 238,7 ± 23,5 mg/L. Chế độ sục khí giống NT1.
NT4: Nồng độ amoni đầu vào trung bình 249,8 ± 18,7 mg/L. Chế độ sục khí CO2:KK thay đổi theo thời gian: 3 ngày đầu (1:1), ngày 4-7 (3:1), ngày 8-12 (4:1), ngày 13-15 (5:1), sục không liên tục.
Kết quả thí nghiệm đã chỉ ra những điểm nổi bật:
Phần trăm xử lý amoni, nitrat, tổng N của vi tảo biến thiên trong khoảng lần lượt là 54,9-66,5%, 49,7-58,8% và 48,6-60,7%.
NT4 được xác định là nghiệm thức tốt nhất với nồng độ amoni đầu vào trung bình 249,8 ± 18,7 mg/L. Hiệu suất xử lý các thông số amoni, nitrat, tổng N của NT4 lần lượt đạt 66,5%, 58,6% và 60,7%. Đặc biệt, mật độ tảo cao nhất đạt được ở NT4 là 19.261.000 tế bào/ml.
Kết quả cũng cho thấy vi tảo Chlorella sp. ưu tiên sử dụng amoni trong nước thải chăn nuôi hơn là nitrat.
Nghiên cứu cũng khẳng định rằng, trong bốn nghiệm thức, NT3 (với nồng độ amoni đầu vào trung bình 238,7 ± 23,5 mg/L) là thích hợp cho sự phát triển và tăng trưởng của tảo, xét về mặt nồng độ amoni đầu vào. Tuy nhiên, khi xét đến hiệu suất xử lý và mật độ tảo đạt được, NT4 lại cho kết quả tối ưu hơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đề tài đã cung cấp những thông tin và kết quả thực nghiệm giá trị về tiềm năng của vi tảo Chlorella sp. trong xử lý nước thải chăn nuôi heo. Nghiên cứu không chỉ giải quyết một vấn đề môi trường cấp bách mà còn mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng nguồn tài nguyên sinh học để phát triển kinh tế bền vững, phù hợp với xu hướng bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xanh hiện nay.
Để tiếp tục phát triển những kết quả đạt được, đề tài đưa ra một số kiến nghị:
- Tăng nồng độ amoni đầu vào cho các nghiên cứu sau bằng cách bổ sung ure, đồng thời phát triển mô hình nuôi tảo công nghiệp.
- Duy trì phân lập và nhân giống để bảo tồn và phát triển giống tảo thuần.
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng sinh khối vi tảo để sản xuất phân bón cho cây trồng.
- Thiết kế hệ thống thu sinh khối vi tảo kết hợp với mô hình xử lý nước thải để ứng dụng thực tế.
- Xem xét áp dụng công nghệ nuôi vi tảo kết hợp xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas tại các trại chăn nuôi thực tế, nơi đáp ứng đủ yêu cầu về diện tích nuôi trồng.
Nguồn LVLA: " Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nitơ vô cơ và nitơ tổng trong nước thải chăn nuôi heo đến tăng trưởng vi tảo Chlorella sp ".
Xem toàn văn tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ tỉnh Bình Dương
Gia Phú