khả năng xử lý nnh4+ và ppo43 trong nước thải ao nuôi thâm canh cá tra (pangasianodon hypophthalmus) của tảo chlorella sp.

là một loài tảo phân bố rộng ở cả môi trường nước ngọt và nước lợ, rất có lợi cho các hệ sinh thái thủy vực đồng thời có giá trị dinh dưỡng lớn, kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

(Pangasianodon hypophthalmus) CỦA TẢO Chlorella sp.

Cán bộ hướng dẫn:

NGUYỄN XUÂN LỘC

Cần Thơ, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

(Pangasianodon hypophthalmus) CỦA TẢO Chlorella sp.

Cán bộ hướng dẫn:

NGUYỄN XUÂN LỘC

Cần Thơ, 2014

PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG

Luận văn kèm theo dưới đây, với tựa đề là “Khả năng xử lý N-NH4+ và P-PO43- trong nước thải ao nuôi thâm canh cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) của tảo Chlorella sp.”, do Lê Thị Quyên Em thực hiện và báo cáo đã được hội

đồng chấm luận văn thông qua

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Môi Trường và TNTN, đặc biệt là quý Thầy, Cô thuộc bộ môn Khoa Học môi trường đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp trong suốt thời gian qua

Xin chân thành cám ơn thầy Trần Chấn Bắc và thầy Nguyễn Xuân Lộc đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Như Ngọc và cô Ngô Thụy Diễm Trang

đã hết lòng giúp đỡ để tôi và các bạn có thể hoàn thành tốt chương trình đào tạo trong bốn năm đại học, cũng như đã có những ý kiến đóng góp để đề tài nghiên cứu của tôi và các bạn được hoàn chỉnh hơn

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Anh Kha, thầy Trần Sỹ Nam, thầy Dương Trí Dũng, thầy Nguyễn Công Thuận và cô Đỗ Thị Mỹ Phượng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành tốt việc phân tích tại phòng thí nghiệm trong suốt thời gian qua

Và cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn lớp Khoa Học Môi Trường khóa 37 và các bạn Khoa Học Môi Trường khóa 38 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc

Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Lê Thị Quyên Em

TÓM LƯỢC

Đề tài “Khả năng xử lý N-NH4+, P-PO43- trong nước thải ao nuôi thâm canh

cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) của tảo Chlorella sp.” được thực hiện nhằm khảo sát diễn biến chất lượng nước và sinh khối của tảo Chlorella sp trong

môi trường nước thải ao nuôi cá tra Đề tài được thực hiện với 3 nghiệm thức (1) nước thải ao nuôi các tra, (2) nước thải ao nuôi cá tra qua lọc kết hợp 10% tảo

Chlorella sp và (3) nước thải không qua lọc với 10% tảo Chlorella sp., mỗi

nghiệm thức có 3 lần lặp; thí nghiệm được theo dõi 11 ngày thu mẫu phân tích các chỉ tiêu mật độ, sinh khối, N-NH4+ và P-PO43- mỗi ngày Kết quả nghiệm thức

nước thải cá tra qua lọc kết hợp với 10% tảo Chlorella sp cho mật độ cao nhất vào

ngày thứ 2 với mật độ là 1.804.000 ct/mL, hiệu suất hấp thu N-NH4+ và P-PO4lần lượt là 88,85% và 88,25%; Nguồn nước thải này sau khi được tảo hấp thu thì nồng độ N-NH4+ và P-PO43- đã giảm đáng kể và đạt chuẩn 08:2008/BTNMT Qua

3-đó cho thấy nước thải ao nuôi thâm canh cá tra là nguồn dinh dưỡng thích hợp để

nuôi tảo Chlorella sp

Từ khóa: Tảo Chlorella sp., đạm, lân hòa tan, xử lý, nước thải, cá tra

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM LƯỢC iii

DANH SÁCH HÌNH v

DANH SÁCH BẢNG vi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 Sơ lược về tảo Chlorella sp 3

2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Chlorella sp trong môi trường nước thải 7

2.3 Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của tảo Chlorella sp trong môi trường nước thải 10

2.4 Khả năng sử dụng tảo Chlorella sp 10

2.5 Thành phần đạm, lân trong nước thải cá tra thâm canh mà tảo Chlorella sp có khả năng hấp thu 11

2.6 Các công trình nghiên cứu về tảo Chlorella sp 14

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 17

3.2 Phương tiện và phương pháp nghiên cứu 17

3.3 Phương pháp xử lý số liệu 24

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

4.1 Diễn biến mật độ và sinh khối tảo Chlorella sp theo thời gian 25

4 2 Diễn biến về sinh khối của tảo Chlorella sp theo thời gian 31

4 3 Diễn biến nồng độ N-NH4+ của các NT theo thời gian 33

4 4 Diễn biến nồng độ P-PO43- của các nghiệm thức theo thời gian 37

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 41

5.1 Kết luận 41

5.2 Đề xuất 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Hình dạng của tảo Chlorella sp 3

Hình 2.2 Vòng đời sinh trưởng của tảo Chlorella sp 4

Hình 2.3 Các giai đoạn phát triển của tảo Chlorella sp 6

Hình 3.1: Lưới lọc phiêu sinh (lỗ lọc 5 µm) 18

Hình 3.2: Kích thước mỗi bể nuôi tảo ngoài trời 19

Hình 3.3: Vị trí đếm tảo trong buồng đếm 23

Hình 4.1 Diễn biến mật độ tảo ở thí nghiệm 1 theo thời gian 26

Hình 4.2 Diễn biến mật độ tảo tạp ở NT đối chứng của thí nghiệm 1 theo thời gian 26

Hình 4.3 Diễn biến tỉ lệ tảo tạp ở nghiệm thức đối chứng của thí nghiệm 1 theo thời gian 27

Hình 4.4 Diễn biến mật độ tảo ở thí nghiệm 2 theo thời gian 28

Hình 4.5 Diễn biến mật độ tảo ở NT đối chứng của thí nghiệm 2 theo thời gian 29

Hình 4.6 Diễn biến tỉ lệ tảo tạp ở nghiệm thức đối chứng của thí nghiệm 2 theo thời gian 30

Hình 4.7 Diễn biến trọng lượng tươi các NT ở thí nghiệm 1 theo thời gian 32

Hình 4.8 Diễn biến trọng lượng tươi của các NT ở thí nghiệm 2 theo thời gian 33

Hình 4.9 Diễn biến nồng độ N-NH4+ của các NT ở thí nghiệm 1 theo thời gian 35

Hình 4.10 Diễn biến nồng độ N-NH4+ các NT ở thí nghiệm 2 theo thời gian 36

Hình 4.11 Diễn biến nồng độ P-PO43- các NT ở thí nghiệm 1 theo thời gian 39

Hình 4.12 Diễn biến nồng độ P-PO43- các NT ở thí nghiệm 2 theo thời gian 40

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của Chlorella sp. 5

Bảng 2.2 Bảng ước lượng chất thải phát sinh từ 1 ha cá tra 13

Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng trong thức ăn viên ViNa 904 18

Bảng 3.2: Nghiệm thức bố trí thí nghiệm 20

Bảng 3.3: Chu kỳ chu mẫu Chlorella sp. 22

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Việt Nam là một trong 5 nước có sản lượng nuôi trồng thủy sản, nhóm 10 nước xuất khẩu thủy sản cao nhất thế giới (Bùi Duy Nhân, 2013) Chỉ trong 12 năm (20012012) diện tích nuôi cá tra trong cả nước tăng gấp 5 lần, sản lượng tăng gấp 36 lần (Bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông Thôn, 2013); riêng đồng bằng sông Cửu Long diện tích nuôi cá tra đạt trên 5.000 ha với sản lượng trên 1 triệu tấn (Bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông Thôn, 2013) Tuy nhiên, nuôi cá tra thâm canh đã và đang làm gia tăng ô nhiễm môi trường đặc biệt là làm ô nhiễm môi trường nước và phú dưỡng hóa do nồng độ đạm, lân vượt quá sức tải của môi trường (Uraiwan, 2007 trích bởi Nguyễn Phan Nhân, 2011). Bình quân để sản xuất được 1 kg cá tra cần 69,9g nitơ, 11,3g photpho; đồng thời thải ra môi trường là 23,2g nitơ, 8,66g photpho (Lê Bảo Ngọc, 2004) Như vậy, sản xuất cá tra ở ĐBSCL thải ra môi trường là 31,602 tấn N, 9,893 tấn P năm 2007 và 50,364 tấn

N, 15,766 tấn P năm 2008 (Sena et al., 2010 trích Nguyễn Phan Nhân, 2011)

Lượng chất thải này hầu hết được bơm trực tiếp ra sông hay kênh rạch do các hộ nuôi chưa có phương án xử lý làm cho môi trường nước mặt ngày càng xấu đi, không chỉ ảnh hưởng đến cuộc sống của những hộ dân xung quanh mà còn ảnh hưởng đến kinh tế nuôi trồng thủy sản (Trương Quốc Phú, 2007) Vì vậy, việc bảo

vệ môi trường trong nuôi trồng thủy sản là một vấn đề vô cùng quan trọng và cấp bách hiện nay cần được tập trung giải quyết để đảm bảo sự phát triển bền vững

Tảo Chlorella sp là một loài tảo phân bố rộng ở cả môi trường nước ngọt

và nước lợ, rất có lợi cho các hệ sinh thái thủy vực đồng thời có giá trị dinh dưỡng lớn, kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm, có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng như đạm và lân rất tốt (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005),…nên việc nuôi tảo bằng nguồn nước có nồng độ đạm, lân cao như nước thải từ ao nuôi thâm canh cá tra đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ mới bước đầu tìm hiểu khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng (chủ yếu là đạm, lân)

và khả năng thu sinh khối của tảo Chlorella sp trong điều kiện phòng thí nghiệm

mà chưa được ứng dụng rộng rãi vào thực tế xử lý nước thải làm giảm ô nhiễm

môi trường Theo Trần Chấn Bắc (2013) thì tảo Chlorella sp phát triển tốt trong

nước thải cá tra đạt mật độ và sinh khối cao, với hiệu suất hấp thu N-NO3- giảm 95,27%, P-PO43- giảm 88,70% và N-NH4+ giảm 43,48% khi tiến hành trong phòng thí nghiệm Do đó để tìm hiểu thêm về khả năng hấp thu chất dinh dưỡng và khả

năng cho sinh khối của tảo Chlorella sp thực nghiệm ngoài trời, nhằm tận dụng

khả năng này để xử lý nguồn nước thải từ ao nuôi thâm canh cá tra bằng biện pháp sinh học mang tính thân thiện với môi trường nên đề tài “Khả năng xử lý N-NH4+

và P-PO43- trong nước thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) thâm canh của tảo Chlorella sp.” được thực hiện Với mục tiêu:

Mục tiêu tổng quát:

Ứng dụng biện pháp xử lý sinh học nhằm làm giảm ô nhiễm nguồn nước

mang tính thân thiện với môi trường

Mục tiêu cụ thể:

Tìm hiểu hiệu suất hấp thu N-NH4+ và P-PO43- của tảo Chlorella sp trong

nước thải ao nuôi cá tra thâm canh trong điều kiện nuôi ngoài trời và khả năng cho sinh khối của tảo để làm nguồn thức ăn cho ấu trùng tôm cá

Nội dung thực hiện:

Theo dõi diễn biến về mật độ, sinh khối và diễn biến của nồng độ N-NH4+

và P-PO43- trong từng nghiệm thức nuôi tảo trong nước thải cá tra của tảo tự nhiên

và tảo Chlorella sp thực nghiệm ngoài trời

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về tảo Chlorella sp

Chlorella sp là một trong những loài được phân lập đầu tiên từ năm 1980 Chlorella sp phân bố tự nhiên trong cả nước ngọt và nước lợ Chúng có thể phát

triển trong những điều kiện môi trường khác nhau ngay cả trên đất hay môi trường

ẩm ướt Chlorella sp là giống tảo có giá trị dinh dưỡng cao thường được sử dụng

làm thực phẩm cho con người và trong nghề nuôi thủy sản lẫn trong chăn nuôi (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005)

2.1.1 Đặc điểm phân loại

Theo Bold và Wyne (1978, trích bởi Sharma, 1998) thì tảo Chlorella sp

được phân loại như sau:

Ngành: Chlorophyta

Lớp: Chlorophyceae

Bộ: Chlorococales Họ: Chlorellaceae

Giống: Chlorella sp

2.1.2 Hình thái cấu tạo

Chlorella sp là giống tảo lục đơn bào không có tiêm mao, không có không

bào co rút, nhưng có nhân nằm ở giữa, không có khả năng di chuyển chủ động Tế bào có dạng hình oval Kích cở tế bào từ 3  5 µm, hay 2  4 µm tùy loài, tùy điều kiện môi trường và điều kiện phát triển Tế bào được bao phủ bởi vách tế bào bằng cellulose dày, tế bào lục lạp có dạng hình chén và có một hạt tạo tinh bột (một vài loài không có khả năng tạo tinh bột) nên chịu được những tác động cơ học nhẹ Sự thay đổi của các điều kiện môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, thành phần các chất hóa học trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến hình thái và chất lượng tế bào tảo (Trần Văn Vỹ, 1995)

Hình 2.1 Hình dạng của tảo Chlorella sp

2.1.3 Sinh sản

Chlorella sp chỉ có hình thức sinh sản vô tính với sự xuất hiện của tự bào

tử Những tế bào này không có roi, có hình dạng giống như tế bào mẹ (bào tử giống tế bào mẹ), không thấy xuất hiện bào tử vô tính di động hoặc giao tử hữu tính trong quá trình sinh sản của loài tảo này (Sharma, 1998) Tùy theo điều kiện nuôi trồng mà số lượng tự bào tử có thể là 2, 4, 8, 16, 32 (thậm chí có trường hợp tạo ra 64 tự bào tử) Sau khi kết thúc sự phân chia, tự bào tử tách ra khỏi tế bào bằng cách hủy hoại màng tế bào mẹ, phóng thích ra môi trường ngoài Các tế bào trẻ này lớn lên cho đến giai đoạn chín sinh dục, rồi toàn bộ chu trình lặp lại từ đầu

Đối với tảo Chlorella sp muốn tăng sinh khối lên gấp đôi (tính khi cơ thể

lớn nhanh nhất) cần từ 2  6 giờ Điều đáng chú ý là trong những thời gian nhất định của tế bào, tảo cần ở ngoài ánh sáng hoặc trong tối Ví dụ pha sinh trưởng tảo rất cần ánh sáng, còn hiện tượng phóng tự bào tử ra môi trường thường tiến hành trong tối (Trần Văn Vỹ, 1995)

Theo Tamiya (1963) (trích bởi Sharma, 1998) trong khi nghiên cứu vòng

đời của tảo Chlorella sp chia thành 4 giai đoạn:

 Giai đoạn tăng trưởng: ở giai đoạn này các tự bào tử sẽ tăng nhanh về kích thước nhờ sản phẩm sinh tổng hợp

 Giai đoạn bắt đầu chín: tế bào mẹ bắt đầu quá trình phân chia

 Giai đoạn chín mùi: tế bào nhân lên trong điều kiện có ánh sáng hoặc trong bóng tối

 Giai đoạn phân cắt: tế bào mẹ bị phá vỡ ra, các tự bào tử được phóng thích ra ngoài

Hình 2.2 Vòng đời sinh trưởng của tảo Chlorella sp

2.1.4 Đặc điểm dinh dưỡng

Chlorella sp có nồng độ dinh dưỡng cao: chứa 20  30% glucid với rất ít lượng gian bào không tiêu hóa được Lượng Lipid của tảo thay đổi từ 10  20%

với đa số các acid béo không no Chlorella sp chứa hầu hết các vitamin: A, B1, B2,

B6, B12, C, D, K…đặc biệt rất giàu vitamin C, chứa 0,3 – 0,6 μg/g tảo tươi Nồng

độ đạm khoảng 50% và chứa hầu hết các acid amin thiết yếu như Lysine, Methionine, Tryptophan,…(Trần Văn Vỹ, 1995) Ngoài nồng độ cao các vitamin,

amino acid, peptit, protein, đường và acid nucleic thì Chlorella pyrenoidosa có chứa một chất tan trong nước được gọi là yếu tố sinh trưởng Chlorella (CFG) CFG chiếm khoảng 5% trọng lượng khô của Chlorella pyrenoidosa, là một hợp

chất gồm các amino acid, protein và acid nucleic mà người ta cho rằng nó có nguồn gốc từ nhân của tảo Theo Đặng Đình Kim (1999) thì thành phần hóa học của tảo phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nitơ trong môi trường, khi thiếu đạm nồng độ protein giảm xuống rõ rệt trong khi lượng carbohydrate và acid béo tăng lên

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của Chlorella sp

2.1.5 Sự phát triển của quần thể

Theo Park (1991) và Sharma (1998) thì Chlorella sp là loài tảo phát triển

nhanh dưới điều kiện môi trường biến động Trong điều kiện nuôi với chất dinh

dưỡng thích hợp, sự phát triển của quần thể trải qua 5 giai đoạn (Coutteau, 1996) :

 Giai đoạn đầu: Là giai đoạn bắt đầu nuôi cấy Ở giai đoạn này các tế bào tảo lớn lên về kích thước nhưng không có sự phân chia nên mật độ tế bào không tăng lên hoặc tăng rất ít Giai đoạn này nhanh hay chậm tùy thuộc vào nguồn tảo giống và thành phần môi trường, pha này sẽ không xảy ra nếu tảo giống sử dụng để nuôi cấy đang ở pha tăng trưởng nhanh

 Giai đoạn tăng trưởng nhanh: Đây là giai đoạn tế bào phân chia nhanh chóng Ở giai đoạn này mật độ tảo sẽ phát triển theo phương trình sau:

C1 = C0.emtTrong đó :

 C1, C0 là mật độ tảo tại thời điểm t và 0

 m: tốc độ phát triển đặc trưng (tốc độ này phụ thuộc vào loài tảo, cường độ ánh sáng và nhiệt độ)

 Giai đoạn tăng trưởng chậm: Ở giai đoạn này tốc độ của tảo giảm dần khi các điều kiện về dinh dưỡng, ánh sáng, pH, CO2,…trở thành những yếu tố giới hạn Giai đoạn này sẽ xảy ra nhanh chóng với sự cân bằng bằng của tốc độ phát triển và những yếu tố hạn chế, lúc này sự phát triển của tảo sẽ bước vào giai đoạn cân bằng

 Giai đoạn cố định (cân bằng): Là giai đoạn mật độ tảo không đổi

 Giai đoạn suy tàn: Khi chất lượng nước trở nên xấu đi, các chất dinh dưỡng giảm không đủ để tảo phát triển Mật độ tảo giảm nhanh chóng

và suy tàn

Thời gian nuôi

Hình 2.3 Các giai đoạn phát triển của tảo Chlorella sp

2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Chlorella sp

trong môi trường nước thải

2.2.1 Ánh sáng

Cũng như các loài thực vật khác, tảo tổng hợp carbon vô cơ thành vật chất hữu cơ nhờ vào quá trình quang hợp trong đó ánh sáng đóng vai trò quan trọng như một nguồn năng lượng cho quá trình quang hợp Theo Graham và Wilcox (2000, trích Nguyễn Hân Nhi, 2012) tảo có đặc điểm hiệu ứng lại với sự tăng lên của cường độ ánh sáng Khi cường độ ánh sáng ở mức thấp thì tỉ lệ quang hợp sẽ cân bằng với tỉ lệ hô hấp, đây gọi là điểm đền bù, khi cường độ ánh sáng lớn hơn điểm đền bù, thì quang hợp sẽ cao hơn so với hô hấp Nếu tảo ở trong điều kiện

ánh sáng thấp nhiều giờ chúng sẽ thích nghi bằng cách tăng nồng độ chlorophyll

trong cơ thể Khi ánh sáng nằm trong mức giới hạn thì quá trình quang hợp sẽ tăng lên với sự tăng lên của cường độ ánh sáng Khi ánh sáng tiếp tục tăng lên tốc độ quang hợp giảm và tốc độ quang hợp sẽ ngược với ánh sáng khi vượt qua giới hạn giá trị cao nhất mỗi loài tảo khác nhau sẽ thích hợp với mức ánh sáng khác nhau

Tảo sẽ giảm lượng chlorophyll trong tế bào khi cường độ ánh sáng vượt qua giới

hạn thích ứng, khi tảo ở trong điều kiện ánh sáng cao kéo dài sẽ dẫn đến sự tổn hại quá trình quang tổng hợp trong tế bào

Cường độ ánh sáng tối ưu cho sự phát triển của tảo phụ thuộc vào thể tích

nuôi, độ sâu cột nước và mật độ tế bào tảo Chlorella sp đòi hỏi cường độ ánh

sáng mạnh cho sự phát triển (Sung, 1991) Theo Oh-Hama and Miyachi (1986)

quá trình quang tổng hợp của tảo Chlorella sp bảo hòa ở cường độ ánh sáng dao

động từ 4000 đến 30.000 lux tùy loài

2.2.2 Nhiệt độ

Mỗi loài tảo có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau Nhưng nhìn chung nhiệt độ tối ưu để nuôi tảo dao động trong khoảng 23  30oC tùy theo loài (Trương

Sĩ Kỳ, 2004) Tuy nhiên, nhiệt độ thích hợp cho tảo Chlorella sp thích hợp là 25

 35oC nhưng tảo có thể chịu đựng nhiệt độ 37°C (Liao et al., 1983) Nhiệt độ

dưới 10°C hoặc trên 37°C đều ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Theo Semenenko (1969) (trích bởi Oh-Hama and Miyachi, 1986) khi quan sát tảo

Chlorella sp cho rằng khi di chuyển từ nhiệt độ 37°C đến 43°C thì tốc độ gia tăng

tế bào giảm nhanh chóng khi hoạt động quang tổng hợp vẫn tiếp tục trong một khoảng thời gian nhất định Đồng thời thành phần sinh hóa của tảo cũng thay đổi rất lớn sinh tổng hợp carbohydrate tăng nhanh làm cho nồng độ của chúng đạt đến 45% trọng lượng khô và nồng độ protein giảm từ 43% còn 18% trong thời gian 14

giờ Theo Trần Thị Thủy (2008) nhiệt độ tối ưu cho tảo Chlorella sp phát triển là

34°C

2.2.3 pH

Giới hạn pH cho sự phát triển của các loài tảo này từ 7  9, nhưng thích hợp trong khoảng từ 8,2  8,7 Nếu pH thay đổi lớn có thể làm cho tảo bị tàn lụi (Nguyễn Thanh Phương, 2003) Trong trường hợp nuôi tảo có mật độ cao thì bổ sung CO2 nhằm ổn định pH dưới mức 9 trong suốt quá trình phát triển của tảo là

cần thiết, pH thích hợp cho tảo Chlorella sp phát triển tốt nhất từ 8  9 (Trần Thị Thủy, 2008)

Khi amonium hoặc nitrat được sử dụng như nguồn cung cấp nitơ cho tảo sẽ dẫn đến sự biến đổi pH của môi trường Sự hấp thụ ion NO3- sẽ dấn đến tăng pH của môi trường ngược lại sự hấp thụ N-NH4+ sẽ làm giảm pH (Oh-Hama and Myjachi, 1986) Việc sử dụng ure ít làm thay đổi pH của môi trường ngay cả trong điều kiện tự dưỡng và dị dưỡng

2.2.4 Sục khí

Trong nuôi cấy tảo, việc cung cấp khí có vai trò quan trọng trước mắt là sự

đảo trộn để tránh trường hợp để tảo bị lắng xuống đáy Đảm bảo cho tế bào tảo đều hấp thụ ánh sáng và dinh dưỡng đầy đủ Mặt khác CO2 trong khí quyển chiếm khoảng 0,03% cần thiết cho quá trình quang hợp cũng như ổn định pH (trong trường hợp nuôi tăng sản lượng với mật độ cao cần bổ sung CO2) Hơn nữa, sục khí cung cấp O2 cho quá trình hô hấp của tảo, nó cũng giúp hạn chế sự phân tầng nhiệt độ, sự kết tủa của kim loại nặng cũng như sự lắng đáy và dẫn đến tình trạng

thối rữa các hợp chất hữu cơ Thí nghiệm về sục khí trong bể nuôi Chlorella của

Persoone (1980, trích Nguyễn Huỳnh Phương, 2013), nhận xét giữa các chế độ sục khí liên tục, bán liên tục và không sục khí đã nhận thấy năng suất tảo của bể sục

khí cao hơn 30% so với bể không sục khí

2.2.5 Dinh dưỡng

Trong quá trình quang hợp, thực vật cần nhiều chất dinh dưỡng để tổng hợp chất hữu cơ và sinh trưởng, trong số các nguyên tố cần thiết cho thực vật thì có vài nguyên tố có thể đáp ứng đủ nhu cầu (O2 và H2), các nguyên tố còn lại đều có nồng độ rất thấp so với nhu cầu của thực vật Do đó, thực vật thường hấp thu và dự trữ các nguyên tố C và O2 để phục vụ cho quá trình sinh trưởng cũng như tổng hợp chất hữu cơ Bên cạnh carbon, nitơ và phosphor là hai nguồn dinh dưỡng quan trọng và cần thiết cho quá trình phát triển của tảo và tỉ lệ N/P thường được đề nghị

là 6:1 (Valeo, 1981) Ngoài ra, còn có một số khoáng vi lượng và đa lượng cũng

rất cần cho sự phát triển của tảo Chlorella sp nhưng với nồng độ thấp

 Đạm:

Nitrogen được tảo sử dụng ở dạng amino acid, acid nucleic, chlorophyll và

các hợp chất có chứa nitơ khác, nitơ chiếm 1  10% trọng lượng khô của tế bào tảo (Đặng Đình Kim, 1999) Hầu hết cá loài tảo đều sử dụng N-NH4+ và N-NO3- ở

màng tế bào (Trần Sương Ngọc, 2003) Đối với Chlorella sp các dạng đạm

thường được hấp thu là amonium, nitrat và urea Trong đó amonium cho kết quả tốt nhất (Iriarte, 1991, trích bởi Nguyễn Huỳnh Phương, 2013) Trường hợp môi

trường có amonium, nitrat và urea thì Chlorella sp sẽ sử dụng amonium trước tiên

còn nitrat và urea sẽ được chuyển hóa thành amonium trước khi kết hợp vào thành

phần hữu cơ Đối với tảo Chlorella, nitrate đóng vai trò rất quan trọng, nếu

thiếu nitrate thì chúng sẽ không sinh trưởng và phát triển được Việc bổ sung amonium vào tế bào tảo khi đang hấp thu nitrat thì lập tức hạn chế hoàn toàn quá trình này Sự hấp thu amonium là nguyên nhân hạn chế việc hấp thu nitrat Amonium không ảnh hưởng đến sự tổng hợp tiền thể của enzyme nitrat nhưng amonium và các sản phẩm chuyển hóa của nó dường như ngăn cản kết nối tiền thể protein vào trong enzyme hoạt hóa bằng cách hạn chế quá trình tổng hợp protein cần thiết cho sự kết nối này (Oh-Hama và Myjachi, 1986)

Chlorella sp có thể sử dụng nguồn urea khi nó có thể là nguồn cung cấp

đạm duy nhất (Roon, 1968 trích bởi Oh-Hama, 1998) khi chuyển N-NO3- thành N-NH4+ đòi hỏi nguồn năng lượng và enzyme khử nitrat (Ojeda, 1986 trích bởi Trần Sương Ngọc, 2003), về sự phát triển và thành phần hóa học của 3 loại tảo sử dụng 4 nguồn nitơ khác nhau Tuy nhiên, nguồn Nitrogen cung cấp không ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo mà ảnh hưởng đến thành phần sinh hóa của tế bào tảo

 Lân:

Lân là một trong những nguyên tố chính trong thành phần của tảo Lân có vai trò chính trong đa số các quá trình xảy ra trong tế bào tảo đặc biệt là quá trình chuyển hóa năng lượng và tổng hợp acid nucleic Giống như đạm, lân cũng là yếu

tố giới hạn sinh trưởng của tảo Trong ao nuôi, sự phân hủy thức ăn thừa và phân

sẽ bổ sung liên tục phosphorus vào trong nước (Boyd, 1998) Tảo sử dụng chủ yếu

là phospho vô cơ, phospho hữu cơ thường được thủy phân bởi các enzyme ngoại bào như phosphoesterase, phosphatase để chuyển sang dạng phospho vô cơ dễ tiêu Việc hấp thu lân ở tảo được kích thích bởi ánh sáng

Lân thường tồn tại ở hai dạng phosphat hữu cơ (DOP) hoặc phospho vô cơ hòa tan (DIP) Hầu hết phospho hòa tan là DIP DIP thường ở dạng orthophosphat (P-PO43-) một ít monophosphat (HPO42-) và dihydrogen phosphat (H2PO4-) Tảo chỉ có thể sử dụng phosphat hữu cơ hòa tan Khi môi trường thiếu phosphat hữu cơ

hòa tan, tảo có thể tiết ra enzyme alkaline phosphatase, đây là một enzyme ngoại bào có khả năng giải phóng phosphat trong phạm vi chất hữu cơ Hơn nữa, khi nồng độ phosphat hữu cơ hòa tan biến động trong khoảng thời gian ngắn thì tảo có thể hấp thu và dư trữ phosphat dưới dạng polyphosphat trong tế bào Trong thời gian biến động, một tế bào tảo có thể dự trữ phosphat đủ cho sự phân chia 20 tế bào (Graham và Wilcox, 2000, trích bởi Nguyễn Hân Nhi, 2012)

Trong ao nuôi, sự phân hủy thức ăn thừa và phân sẽ bổ sung liên tục phosphor vào trong nước (Boyd, 1998)

2.3 Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của tảo Chlorella sp trong môi trường

nước thải

Tảo Chlorella sp có khả năng loại bỏ dinh dưỡng ra khỏi nước thải tương

đối cao (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 1995) Để kiểm tra sự chuyển hóa

đạm (TN) và phospho (TP) ra khỏi môi trường nước thải bằng tảo Chlorella sp thì

một số thí nghiệm đã được tiến hành như thí nghiệm của Gozalez (1997, trích bởi Trần Sương Ngọc, 2003) Theo kết quả nghiên cứu của Gozalez (1997) thì

Chlorella vulgaris và Scenedesmus dimorphus hấp thu 95% N-NH4+ và 50% TP trong nước thải Theo Nguyễn Hân Nhi (2012) thì trong phòng thí nghiệm tảo

Chlorella sp đã hấp thu một lượng dinh dưỡng từ nước thải ao nuôi cá tra (tỷ lệ

100% nước thải) với nồng độ N-NO3- giảm từ 5,119 mg/L xuống 0,260 mg/L (đạt hiệu suất 94,92%), P-PO43- giảm từ 0.875 mg/L xuống 0,111 mg/L (đạt hiệu suất 87,31%), N-NH4+ giảm từ 0,712 mg/L xuống 0,443 mg/L (đạt hiệu suất 37,78%)

Tảo Chlorella sp hấp thu dinh dưỡng khá tốt làm giảm đi nồng độ đạm, lân hòa

tan có trong nước thải cá tra với hiệu suất hấp thu như sau NO3- từ 4,75 mg/L xuống còn 0,37 mg/L hiệu suất 92,2%; N-NH4+ từ 0,180 mg/L xuống còn 0,009 mg/L hiệu suất 95,0%; P-PO43- từ 1,195 mg/L xuống còn 0,082 mg/L hiệu suất 93,1% và nồng độ TN và TP cao nhất được loại bỏ khỏi môi trường nước lần lượt

là 88% và 68% ở nghiệm thức nuôi tự nhiên (Nguyễn Huỳnh Phương, 2013) Theo

Lê Hữu Nhân (2009) thì sau 9 ngày nuôi tảo Chlorella sp bằng nước thải từ quá

trình chăn nuôi lợn sau xử lý bằng UASB thì nồng độ Nitơ tổng số giảm từ 87,4%

 90,18%, nồng độ phosphor tổng giảm từ 47,7%  56,15%

Từ các kết quả trên cho thấy có thể dùng tảo Chlorella sp để xử lý nước

thải có thành phần đạm, lân cao như nước thải từ ao nuôi cá tra thâm canh

2.4 Khả năng sử dụng tảo Chlorella sp

Do sự giống nhau về sắc tố quang hợp và sản phẩm dự trữ giữa Chlorella

sp và thực vật bậc cao cũng như sự phát triển nhanh chóng dưới điều kiện môi

trường khác nhau nên Chlorella sp thường được sử dụng rộng rãi trong những

nghiên cứu về quá trình quang hợp, hô hấp và nhiều thí nghiệm về quá trình sinh

lý khác (Sharma, 1998 trích bởi Trần Sương Ngọc, 2003)

Ngoài ra thì nuôi tảo Chlorella sp còn để phục vụ cho chất đốt sinh học nói

chung và sự khai thác dầu nói riêng không phải là một viễn cảnh Ngoài ra tảo

Chlorella sp cũng có vai trò trong việc xử lý nước thải, tảo sẽ loại bỏ nitơ và

phosphor ra khỏi môi trường nước (Benerman, 2009)

Chlorella sp với giá trị dinh dưỡng cao có thể sử dụng như một nguồn

protein thay thế cho nguồn protein thông thường trong thức ăn cho động vật nuôi

Do nồng độ dinh dưỡng cao nên Chlorella sp thường được sử dụng như nguồn

thực phẩm cho con người ở một vài quốc gia như Mỹ, Nhật, Đức,…cũng như là nguồn thực phẩm cho các nhà du hành vũ trụ

Trong chăn nuôi thủy sản: Chlorella sp là thức ăn lý tưởng cho luân trùng,

có khả năng tăng sinh khối cho luân trùng nhanh trong điều kiện ương nuôi cũng như đảm bảo dinh dưỡng trong luân trùng đầy đủ cho các ấu trùng cá, cua,…Theo

Đỗ Đoàn Hiệp và ctv (2007), tảo là cơ sở thức ăn chủ yếu của sinh vật thủy sinh

trong mọi thủy vực Giống như cỏ trên mặt đất, tảo dưới nước làm màu nước có màu xanh lục đặc trưng (màu của diệp lục) Chúng là mắc xích đầu tiên, vô cùng quan trọng trong môi trường nước

2.5 Thành phần đạm, lân trong nước thải cá tra thâm canh mà tảo Chlorella

sp có khả năng hấp thu

Trong ao nuôi thủy sản có nhiều yếu tố góp phần quyết định đến chất lượng môi trường nước ao từ đó ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật và đối tượng nuôi trong ao mà mỗi đối tượng nuôi đòi hỏi một môi trường có điều kiện khác

nhau Theo Huỳnh Trường Giang và ctv (2007) thì môi trường nước của ao nuôi

cá tra thâm canh chứa một lượng dinh dưỡng đạm, lân và vật chất hữu cơ cao Các muối dinh dưỡng như NO3-, P-PO43- đạt giá trị cao từ tháng nuôi thứ tư cho đến tháng thu hoạch; môi trường nước trong ao nuôi có đạm amonia (TAN), NO2-, P-

PO43-, BOD, COD, H2S cao hơn nồng độ cho phép (Nguyễn Phan Nhân, 2011) Bình quân để sản xuất 1 kg cá tra sẽ thải ra môi trường 23,2g nitơ và 8,6g phosphor, vì khi cho cá ăn cá chỉ hấp thu được khoảng 17% năng lượng trong thức

ăn, phần còn lại 83% sẽ thải ra và hòa lẫn trong môi trường nước trở thành chất hữu cơ phân hủy (Lê Bảo Ngọc, 2004) Dinh dưỡng nitơ, phospho tích luỹ trong cá lần lượt là 65,45% và 16,8% và thải ra môi trường là 34,6% N và 83,2% P Hầu hết lượng thức ăn thừa lắng đọng ở đáy ao cao làm cho TN cao, nồng độ N-NO3- nằm trong khoảng 5,14 – 6,54 mg/L và cao nhất ở thời điểm thu hoạch là 19,5 mg/L, nồng độ P-PO43- dao động trong khoảng 0,42 – 0,52 mg/L (Lê Bảo Ngọc, 2004)

Theo Bùi Duy Nhân (2013) thì N-NH4+ là dạng N vô vơ chủ yếu trong nước

ao cá tra thâm canh, là dạng đạm rất cần thiết cho sự phát triển của thực vật, nó thúc đẩy sự phát triển của tảo trong các ao nuôi và dao động trong khoảng 0,02 8,2 mg/L, nồng độ này tăng theo thời gian nuôi và cao nhất vào giai đoạn 3  4,5 tháng tuổi sau khi nuôi cùng với nồng độ thức ăn cung cấp và chất thải của cá Khi cần thiết động vật đồng hóa N trong thức ăn thì một phần chuyển hóa thành NH3 và

được bài tiết vào trong nước thải (Lê Văn Cát và ctv., 2006) Nồng độ N-NH4+ trong nước ao nuôi cá tra thường thấp hơn 1,5 mg/L trong khi ao nuôi tôm thì nồng

độ N-NH4+ chỉ dao động ở khoảng 0,2  2,0 mg/L, nếu nồng độ N-NH4+ trong ao nuôi lớn hơn 2,0 mg/L ao sẽ giàu dinh dưỡng và tảo trong ao sẽ phát triển mạnh (Dương Nhựt Long, 2006) Kết quả khảo sát chất lượng nước ao nuôi cá tra tại vùng nuôi thâm canh ở Cồn Khương  Cần Thơ cho thấy nồng độ N-NH4+ cao nhất là 8,23 mg/L, P-PO43- là 7,97 mg/L, cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép đối với nước mặt, ngoài ra nồng độ đạm, lân hữu cơ trong nước khá cao với đạm hữu cơ cao nhất là 2,7 mg/L và lân hữu cơ cao nhất là 2,5 mg/L (Châu Thị Nhiên, 2011) Mức độ ô nhiễm nguồn nước đặc biệt với chất ô nhiễm là N là khá lớn vì có tới 80  82% nồng độ N tổng hòa tan trong đó có 88  91% hòa tan dưới dạng N-NH4+

(Lê Phước Thịnh, 2011), nồng độ N vô cơ hòa tan ở dạng N-NO3- là rất thấp Trung bình lượng nước cần thay cho các ao nuôi vào khoảng 15% thể tích nước ao/ngày vì thông thường nồng độ N tổng số và các tháng cuối vụ rất cao khoảng 14 mg/L, nồng độ này thải ra môi trường khoảng 21 kg/ngày tương đương

2250 kg/vụ nuôi với hàm lượng đạm này có thể cung cấp đầy đủ cho 15 ha lúa sinh trưởng và phát triển tốt (Lê Phước Thịnh, 2011)

Theo Huỳnh Trường Giang (2008) cho rằng nước nuôi cá tra thâm canh ở

An Giang vào mùa khô có nồng độ P-PO43- dao động trong khoảng 0,004 – 1,97 mg/L và mùa mưa nồng độ P-PO43- dao động trong khoảng 0,003 – 2,28 mg/L thể hiện chất lượng nước trong ao nuôi có nồng độ dinh dưỡng khá phong phú, là điều kiện để tảo phát triển tốt Nồng độ TKN của nguồn thải từ ao nuôi cá tra thâm canh tăng theo thời gian nuôi dao động từ 2,98 – 16,63 mg/L trong 6 tháng nuôi và đạt trung bình từ 9,85 ± 1,07 mg/L Nồng độ TP nguồn thải của ao nuôi gia tăng theo thời gian nuôi, thấp ở đầu vụ và cao ở cuối vụ nuôi, dao động từ 0,19 – 6,03 mg/L

và đạt giá trị trung bình khoảng 2,9 ± 0,44 mg/L (Nguyễn Phan Nhân, 2011)

Bảng 2.2 Bảng ước lượng chất thải phát sinh từ 1 ha cá tra

(tấn)

Thức ăn sử dụng Thức ăn chứa 5% N, 1,2% P 240

Chất thải phát sinh Bằng 80% thức ăn khô 192

Chất thải dạng N 37% N được cá hấp thu 7.6

Chất thải dạng P 45% P được cá hấp thu 2.88

Ngoài ra thì trong thủy vực P-PO43- cũng là một trong những yếu tố cần thiết đối với đời sống của thủy sinh vật trong nước, nó thúc đẩy quá trình sinh trưởng, phát triển và số lượng tảo trong ao nuôi (Nguyễn Phan Nhân, 2011) Nồng

độ dinh dưỡng trong nước thải cá tra cao đặc biệt là đạm, lân hòa tan có thể đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng của tảo và cho được lượng sinh khối lớn (Đặng Kim Chi, 2001) Trong đó, nitơ và phospho là hai nguồn dinh dưỡng cần thiết cho quá trình phát triển của tảo và tỷ lệ N/P thường được đề nghị là 6/1 (Valero và Abuin,

1981, trích từ Nguyễn Huỳnh Phương, 2013) Theo Châu Minh Khôi (2012) tỷ lệ N/P hiện diện trong nước ao nuôi cá tra thâm canh phù hợp với nhu cầu N/P của tảo, nồng độ dinh dưỡng trong nước thải phù hợp với sự phát triển của tảo Nên có

thể sử dụng nguồn nước thải này để nuôi sinh khối tảo Chlorella sp làm thức ăn

cho ấu trùng tôm cá nhằm giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước

2.6 Các công trình nghiên cứu về tảo Chlorella sp

Chlorella sp là một loài tảo có thành phần dinh dưỡng cao, mỗi tảo là một

tế bào hiển vi sống trong môi trường nước và thực hiện quá trình dinh dưỡng CO2cũng như các muối khoáng qua toàn bộ bề mặt tế bào Trong tế bào có sự hình thành chất dinh dưỡng mới cũng như việc sử dụng ngay chất dinh dưỡng ấy cho quá trình sinh trưởng và sinh sản (Trương Văn Lung, 2004) Nhận thấy được điều

đó nên đã có nhiều nước trên thế giới tiến hành nuôi tảo Chlorella sp để chiết suất

thu các chất có giá trị về kinh tế và y học như Mỹ, Nhật, Đài Loan Những năm

1977 Đài Loan có hơn 30 cơ sở sản xuất Chlorella sp với sản lượng trên 1000 tấn,

phần lớn được dùng làm thực phẩm bổ dưỡng, với bốn kiểu nuôi trồng chính là: ao

lộ thiên có khấy đảo, ao lộ thiên có dòng chảy, nuôi cấy chìm trong bể lên men kín

và kết hợp giữa một ao lộ thiên với một bể lên men kín (Trương Văn Lung, 2004)

Tảo Chlorella sp là một loài tảo có giá trị dinh dưỡng lớn, kỹ thuật nuôi

đơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm, đặc biệt có khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng như đạm và lân rất tốt (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh,

2005),…nên ngoài nuôi tảo Chlorella sp để thu sinh khối và chiết suất lấy chất

dinh dưỡng, thì trong thời gian gần đây đã có nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu nuôi tảo này bằng nhiều nguồn nước thải khác nhau để tìm ra một biện pháp sinh học xử lý nước thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước

Nhằm đánh giá sự phát triển và khả năng loại bỏ N, P, COD và tổng các ion

kim loại trong nước thải của tảo lục Chlorella sp Liang Wang đã tiến hành công trình nghiên cứu “Nuôi tảo Chlorella sp trong nuồn nước thải khác nhau từ nhà

máy xử lý nước thải đô thị” ở Saint Paul, Minnesota vào năm 2009 Với 4 loại nước thải: nước thải trước khi xử lý (loại 1), nước thải sau khi xử lý (loại 2), nước thải bể bùn sau khi kích hoạt (loại 3), nước thải phát sinh quá trình ly tâm bùn (loại 4) trong dòng chảy của nhà máy xử lý nước thải đô thị thì tốc độ tăng trưởng trung

bình của tảo Chlorella sp ứng với tỷ lệ loại bỏ N-NH4+ là 82,4%, 74,7%, và 78,3% tương ứng đối với nước thải 1, 2, 4 Trong nước thải loại 3 thì 62,5% của

NO3- với hình thức N vô cơ đã được loại bỏ gấp 6,3 lần của NO2- được tạo ra Tương ứng với nước thải dạng 1, 2, 4 có 83,2%, 90,6%, và 85,6% phosphor đã được loại bỏ Với kết quả của nghiên cứu này cho thấy nuôi trồng tảo trong môi trường giàu dinh dưỡng sẽ cung cấp một lựa chọn mới cho việc áp dụng quá trình nuôi tảo trong môi trường nước thải để quản lý, phục vụ vai trò kép của việc làm giảm chất dinh dưỡng trong nước thải và thu sinh khối tảo

Để khảo sát khả năng lọc chất thải hữu cơ trong nước thải từ quá trình chăn

nuôi lợn cùng với sự sinh trưởng và phát triển của tảo Chlorella sp và Daphnia

sp nên Võ Thị Kiều Thanh và ctv ở Viện Sinh học nhiệt đới (thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã tiến hành nghiên cứu “Ứng dụng tảo Chlorella sp

và Daphnia sp lọc chất thải hữu cơ trong nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn sau

xử lý bằng UASB” tại trại chăn nuôi lợn Đồng Hiệp, thành phố Hồ Chí Minh Mẫu nước thải sau khi xử lý yếm khí và hiếu khí có nồng độ COD: 430 mg/L; BOD5:

174 mg/L; TN: 538 mg/L; TP: 191 mg/L được pha loãng 4 lần với nước máy đem nuôi tảo 9 ngày, ở điều kiện ánh sáng 1000 lux, nhiệt độ 28oC sinh khối tảo đạt

107 tế bào/mL, nồng độ COD trong nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn giảm 65,8

 88,2%; BOD5 giảm 61,4  84%; TN giảm 87,4  90,18% đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam; chỉ có nồng độ TP có hiệu quả xử lý là 47,7  56,15%, nhưng nồng

độ còn lại cao 18,9  100 mg/L chưa đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam Mẫu nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn sau khi nuôi tảo 9 ngày trong bố trí thí nghiệm

trên đem nuôi 10 Daphnia (0  24 giờ tuổi)/500 mL, Sau 16 ngày nuôi Daphnia

sp trong nước thải đã nuôi tảo Chlorella sp 9 ngày, hàm lượng COD, BOD5 giảm không đáng kể, nitơ tổng và phosphor tổng số còn lại lần lượt là 5 mg/L và 3,39 mg/L, tương ứng 94,15% và 80%, đạt tiêu chuẩn đổ ra nguồn nước Kết quả trên

cho thấy tảo Chlorella sp và Daphnia sp có khả năng lọc nước thải và khử mùi

rất hiệu quả

Theo Lê Hữu Nhân (2009) nghiên cứu khả năng “sử dụng nước thải từ hầm

ủ biogas để nuôi tảo Chlorella được xác định qua 2 thí nghiệm Trong thí nghiệm

1 xác định nồng độ nước thải từ hầm ủ biogas thích hợp để nuôi tảo Chlorella sp

với các nghiệm thức sử dụng nước thải có nồng độ đạm lần lượt là: 2 ppmN/ngày, thay đổi (5 ngày đầu: 1 ppmN/ngày; Từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 10: 3 ppmN/ngày; Từ ngày thứ 11 đến ngày thứ 16: 2 ppmN/ngày), 1 ppmN/ngày, Wanle (đối chứng) Thời gian thí nghiệm là 7 ngày, mật độ tảo đạt cao nhất là 7,85

± 0,28 triệu tb/mL (ngày thứ 5 của thí nghiệm) ở nghiệm thức sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas là 2 ppmN/ngày khác biệt rất có ý nghĩa so với các nghiệm thức khác Trong thí nghiệm 2 sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas là 2 ppmN/ngày với 4 nghiệm thức có tỷ lệ thu hoạch khác nhau: 10%, 30%, 50% và không thu hoạch Thí nghiệm tiến hành trong 10 ngày, khi mật độ tảo đạt trung bình khoảng 6,39 ± 0,47 triệu tb/mL (ngày thứ 4 của thí nghiệm) thì tiến hành thu hoạch Kết quả cho thấy tỷ lệ thu hoạch 30% là phù hợp vì mật độ tảo cao, ổn định Qua đó có thể đề

xuất ứng dụng nuôi tảo Chlorella trong ao đất bằng nước thải từ hầm ủ biogas (2 ppmN/ngày) với tỷ lệ thu hoạch 30% để nuôi luân trùng, Moina

Hay nghiên cứu “Sử dụng tảo Chlorella sp để xử lý nước thải ao nuôi cá

tra trong điều kiện phòng thí nghiệm” (Nguyễn Hân Nhi, 2012) cho thấy mật độ và

sinh khối của tảo Chlorella sp cao nhất khi nuôi trong môi trường Wanle (mật độ

đạt: 2743760 ct/ml có sinh khối: 13,188 mg/L), thấp nhất là nghiệm thức nuôi trong môi trường nước thải qua lọc (Mật độ: 1168630 ct/ml, sinh khối 6,079 mg/L)các nghiệm thức nước thải thì nghiệm thức chứa 100% nước thải đạt giá trị cao hơn các nghiệm thức còn lại (mật độ: 1747765 ct/ml, sinh khối: 8,245 mg/L) Tất

cả các nghiệm thức tảo Chlorella sp đều tăng trưởng phát triển đạt mật độ và sinh

khối cao nhất vào ngày 3, sau đó mật độ và sinh khối tảo đã giảm vào những ngày

cuối của thí nghiệm Trong quá trình phát triển đó tảo Chlorella sp đã hấp thu một

lượng dinh dưỡng khá tốt (N-NO3- giảm từ 5,1194 mg/L xuống 0,260 mg/L giảm 94,92%, P-PO43- mg/L từ 0,8751 xuống 0,111 mg/L giảm 87,31%) từ nước thải cá tra ở tỉ lệ 100% nước thải Nồng độ dinh dưỡng N-NO3-, P-PO43-, N-NH4+ còn lại

trong nước thải sau khi tảo Chlorella sp hấp thu vào ngày 3 đều đạt QCVN

08:2008/BTNMT về chất lượng nước mặt

Tuy nhiên phần lớn các nghiên cứu này đều được thực hiện trong phòng thí nghiệm vì vậy cần có những công trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu trên ra thực tế nhằm ứng dụng biện pháp sinh học làm giảm ô nghiễm môi trường nước để

xử lý nước thải đồng thời thu sinh khối tảo Chlorella sp làm thức ăn cho các loài

thủy sinh vật khác để mang lại hiệu quả kinh tế cho người dân

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

3.1.1 Thời gian nghiên cứu

Đề tài được thực hiện từ tháng 07/2014 đến tháng 11/2014

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu

Thí nghiệm được bố trí ngoài trời tại khu đất cạnh ao nuôi cá tra của Bà Nguyễn Thị Tư thuộc khu vực 3, cồn Khương, phường Cái Khế, Thành phố Cần Thơ quản lý

Phân tích mẫu được tiến hành tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, trường Đại học Cần Thơ

3.1.3 Đối tượng nghiên cứu

Tảo Chlorella sp nuôi trong môi trường nước thải từ ao nuôi cá tra thâm

canh

3.2 Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương tiện nghiên cứu

b Dụng cụ

- Máy sục khí, máy đo pH, máy đo DO, nhiệt kế

- Chai nhựa 110 ml, keo thủy tinh 10 lýt

- Lame, lamelle, ống nhỏ giọt

- Kính hiển vi, buồng đếm phiêu sinh Neubaur Improved

- Dụng cụ phân tích chỉ tiêu N-NH4+ ; P-PO43-

- Túi lọc cơ học với mắc lưới 45µm và lưới lọc phiêu sinh với mắc lưới 5 µm (loại bỏ tảo tạp)

- Giấy lọc Whatman 0,45 µm

c Nguồn nước thải

Được lấy trực tiếp từ nước thải của ao cá tra thâm canh trong ao đất do bà Nguyễn Thị Tư quản lý với diện tích gần 9000 m2 và lấy vào buổi sáng trước khi thay nước Cá nuôi ở độ tuổi 4  4,5 tháng tuổi (đạt khối lượng khoảng 500g/con), mật độ khoảng 28 con/m2 có chế độ thay đổi nước theo chu kỳ và phụ thuộc vào chế độ thủy triều, mỗi lần thay từ 15  30% lượng nước Nước thay từ ao được thải trực tiếp ra sông Hậu mà không qua bất kỳ hệ thống xử lý nào Bùn đáy ao được dọn 1 lần/tháng bằng máy bơm hút bùn chuyên dụng và lượng bùn này cũng được thải trực tiếp ra sông Hậu

Cá được cho ăn 1 lần/ngày vào lúc trời nắng (vào 8  9h sáng hay 14  15h chiều tùy thuộc vào thời tiết), sử dụng thức ăn dạng viên loại ViNa 904 với thành phần dinh dưỡng trong thức ăn được trình bày ở Bảng 3.1

Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng trong thức ăn viên ViNa 904

d Nguồn tảo giống

Nguồn tảo Chlorella sp từ khoa thủy sản, được phân lập và nuôi giữ tại

phòng thí nghiệm Tài nguyên Môi trường thuộc Bộ môn Khoa học Môi trường, khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên trường Đại học Cần Thơ

Độ bền trong nước thấp nhất 30 phút Protein Min 26%

Tảo giống: được bảo quản và nhân giống bằng phương pháp cấy chuyền trong môi trường nhân tạo Walne (Coutteau, 1996) với thành phần dinh dưỡng được trình bày ở phụ lục 1 được sục khí và chiếu sáng 24/24 thuần 100% Tỉ lệ tảo giống thường được sử dụng trong nuôi cấy thường chiếm từ 2  10% về thể tích

trong keo nuôi

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu

a Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên ở ngoài trời cạnh ao nuôi cá tra thâm canh với 3 nghiệm thức, 3 lần lặp lại Trong thí nghiệm chia làm 2 giai đoạn, mỗi giai đoạn xem như một lần thí nghiệm riêng biệt Giai đoạn 1 thí nghiệm với 200L nước, giai đoạn 2 với 500L nước với sơ đồ bố trí như phụ lục 2 Khu vực bố trí thí nghiệm có mái che bằng nylon trong để tránh sự tác động của các yếu tố từ bên ngoài và sử dụng ánh sáng tự nhiên cho qúa trình quang hợp của tảo, với cùng điều kiện môi trường Ao đất đáy có lót nylon làm thí nghiệm để tránh thoát nước trong quá trình thí nghiệm có kích thước như Hình 3.2

00.8 m

Hình 3.2: Kích thước mỗi bể nuôi tảo ngoài trời

Bảng 3.2: Nghiệm thức bố trí thí nghiệm

 Tiến hành thí nghiệm: nghiệm thức C2 và C3 được bố trí theo tỉ lệ 10% tảo với 90% nước ao cá tra về thể tích

 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu với 3 nghiệm

thức, 3 lần lặp lại nhằm nghiên cứu sự phát triển của tảo Chlorella sp thông qua

mật độ, sinh khối khi chuyển từ môi trường Walne sang môi trường nước thải ao nuôi cá tra thâm canh Và ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng tới sự phát triển

của tảo Chlorella sp qua đó xác định chu kỳ phát triển để thuận lợi cho sự theo

dõi các biến động ở thí nghiệm 2 Trong đó:

Nghiệm thức C1.1 là NT đối chứng có thể tích 200L, nước từ ao cá tra được

bơm trực tiếp không qua túi lọc, không cho thêm tảo Chlorella sp Nhằm theo dõi

diễn biến N-NH4+, P-PO43- trong nước để thấy được khả năng hấp thu dinh dưỡng của tảo tự nhiên trong nước ao cá tra theo thời gian

Nghiệm thức C2.1 tảo giống Chlorella sp với nước ao cá tra không lọc qua túi lưới với: 10% tảo giống Chlorella sp và 90% nước ao cá tra Mật độ tảo đầu

vào là 4.050.000 ct/ml Nhằm theo dõi diễn biến về mật độ, sinh khối và diễn biến nồng độ N-NH4+, P-PO43- trong nước để thấy được khả năng hấp thu dinh dưỡng

của tảo Chlorella sp khi môi trường có sự cạnh tranh của tảo tạp và phiêu sinh

động vật

Nghiệm thức C3.1: tảo giống Chlorella sp với nước ao cá tra lọc qua túi lưới với: 10% tảo giống Chlorella sp với mật độ 4.050.000 ct/mL và 90% nước ao

cá tra qua lọc Nhằm theo dõi diễn biến về mật độ, sinh khối và N-NH4+, P-PO4

3-trong nước để thấy được khả năng hấp thu dinh dưỡng của tảo Chlorella sp khi

môi trường không có sự cạnh tranh

50L tảo giống Chlorella

sp với mật độ 3.675.000 ct/mL + 450 lít nước ao cá tra

50L tảo giống Chlorella

sp với mật độ 3.675.000 ct/mL + 450 lít nước ao cá tra

3

Bắt đầu theo dõi sự phát triển của tảo cũng như diễn biến về N-NH4+, P-PO43- kể từ lúc cho tảo vào nước thải (ngày 0) và kết thúc thí nghiệm vào ngày

11 đối với từng nghiệm thức (khi tảo đã chết và không có khả năng phục hồi vào các ngày sau đó)

 Thí nhiệm 2: Nghiên cứu, so sánh khả năng hấp thụ N-NH4+, P-PO4

3-trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh của tảo Chlorella sp với tảo tự nhiên

Thể tích bố trí là 500L

Nghiệm thức C1.2: là nghiệm thức đối chứng với 500L nước từ ao cá tra

được bơm trực tiếp không qua túi lọc không cho thêm tảo Chlorella sp

Nghiệm thức C2.2: tảo giống Chlorella sp với nước ao cá tra không lọc qua túi lưới với: 10% tảo giống Chlorella sp với mật độ 3.675.000 ct/mL và 90%

nước ao cá không qua lọc

Nghiệm thức C3.2: tảo giống Chlorella sp với nước thải lọc qua túi lưới: 10% tảo giống Chlorella sp với mật độ 3.675.000 ct/mL và 90% lít nước ao cá tra

qua lọc

Bắt đầu theo dõi sự phát triển của tảo cũng như diễn biến về N-NH4+, P-PO43- kể từ lúc cho tảo vào nước thải (ngày 0) và kết thúc thí nghiệm vào ngày

11 đối với từng nghiệm thức

b Chu kỳ thu mẫu

Để có độ chính xác tốt nhất cho kết quả nghiên cứu thì thời gian thu mẫu của từng giai đoạn thí nghiệm được đề xuất như Bảng 3.3 Ở thí nghiệm 1 sẽ thu mẫu liên tục từ ngày 0 đến ngày 11, nhằm xác định được chu kỳ phát triển của tảo

Chlorella sp khi chuyển từ môi trường dinh dưỡng Walne trong điều kiện phòng

thí nghiệm sang môi trường nước thải cá tra ngoài thực nghiệm Thời gian thu mẫu

ở thí nghiệm 2 sẽ dựa trên chu kỳ phát triển của tảo thu được từ thí nghiệm 1 Thu mẫu để xác định diễn biến yếu tố mật độ, sinh khối, các chỉ tiêu N-NH4+, P-PO43-mỗi ngày 1 lần vào lúc 8  9h sáng theo từng ngày

Bảng 3.3: Chu kỳ chu mẫu Chlorella sp

c Thu mẫu và bảo quản mẫu

Mẫu được thu vào chai nhựa 110 mL với thể tích và cách bảo quản khác nhau:

+ Đối với mẫu xác định mật độ và sinh khối: thu 110 mL (1 mẫu/ngày), cố định bằng formaline 4%, bảo quản ở nhiệt độ phòng

+ Đối với các chỉ tiêu N-NH4+, P-PO43-: thu 110 mL (1 mẫu/ ngày), trữ lạnh

4oC (nhẳm duy trì tính chất và tính trạng mẫu nước trước khi phân tích)

 Xác định mật độ tảo

Việc xác định số lượng tế bào tảo được tiến hành bằng cách đếm tế bào trên buồng đếm Neubaur Improved có 25 ô vuông lớn, mỗi ô vuông lớn có 16 ô vuông nhỏ, mỗi ô vông nhỏ có diện tích 0.0025 mm2 và độ sâu buồng đếm là 0.1 mm

Lắc đều mẫu trước khi đếm Cho mẫu vào buồng đếm bằng ống nhỏ giọt, đậy lamelle lại không để xuất hiện bọt khí Sau đó đếm số lượng tảo dưới kính hiển vi vật kính 10X và đếm số lượng tế bào tảo ở các vị trí như Hình 3.3

Đếm số lượng ct ở các ô tương

ứng như trên, mỗi mẫu lặp lại 3 lần Sau đó xác định mật độ tảo theo công thức:

(Coutteau, 1996) Với:

X Y

 Xác định sinh khối tảo:

Sử dụng phương pháp trọng lượng tươi:

 Lấy 30 mL dịch nuôi tảo, lọc qua giấy lọc (rửa bằng nước cất nhiều lần, cho đến khi nước rửa trong đem lọc) bằng giấy lọc đã sấy khô ở nhiệt độ 105°C trong 2 giờ và cân đến trọng lượng không đổi Chú ý cần lọc nhanh và tránh sự

co cụm hay phá vỡ tế bào

 Đem cân

 Định tính và định lượng tảo tạp:

Định tính: Dùng ống nhỏ giọt hút dung dịch để định tính đã được cố định,

nhỏ 1 – 2 giọt lên miếng lame, sau đó đậy lại bằng lamelle Quan sát mẫu dưới kính hiển vi và ghi nhận thành phần giống loài định danh bằng tài liệu của A Shirota (1966), lặp lại 3 lần

Định lượng: Dùng buồng đếm Neubaur Improved để đếm số lượng cá thể

Tất cả các số liệu trong thí nghiệm được trình bày dưới dạng trung bình (Mean) ± Sai số chuẩn (SE)

So sánh các chỉ tiêu N-NH4+ và P-PO43- với QCVN 08:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Diễn biến mật độ và sinh khối tảo Chlorella sp theo thời gian

4.1.1 Diễn biến mật độ tảo Chlorella sp ở thí nghiệm 1 theo thời gian

Nghiệm thức C2.1 và C3.1 được bố trí với cùng mật độ và thể tích tảo

Chlorella sp đầu vào nhưng NT C2.1 ngày 0 có mật độ trung bình tảo cao hơn NT

C3.1, sự chênh lệch về mật độ này là do NT C2.1 có thêm tảo khác từ nước thải,

do không lọc; ở NT C3.1 mặc dù vẫn có lẫn tảo từ nước thải nhưng được lọc qua túi lọc cơ học với kích thước lỗ lọc nhỏ nên đã loại bỏ được một phần tảo tạp và phiêu sinh động vật nên có mật độ tảo thấp hơn Tuy nhiên sự chênh lệch này khác biệt không có ý nghĩa ở mức 5%, do số lượng tảo tự nhiên tương đối thấp ở cả hai

NT

Kể từ khi cho tảo vào nước thải thì mật độ tảo ở NT C2.1 và C3.1 đều tăng,

và cùng đạt cực đại vào ngày 2 với giá trị ở NT C3.1 là 1.804.000  8.000 ct/mL

và C2.1 là 1.612.000  8.000 ct/mL, khác biệt có ý nghĩa ở mức 5% Sau đó giảm vào ngày 3 và ngày 4, lúc này dinh dưỡng trong môi trường thấp không cung cấp

đủ dinh dưỡng cho tảo phát triển Đến ngày 5 thì tảo Chlorella sp có sự phát triển

trở lại, nhưng mật độ không cao như ngày 2 do môi trường lúc này được cung cấp dinh dưỡng trở lại chủ yếu là chất hữu cơ phân hủy từ tế bào chết Tương tự, sau khi phát triển trở lại vào ngày 5 thì ngày 6, ngày 7 tảo thiếu dinh dưỡng mật độ tảo giảm xuống rất nhanh và tăng lại vào ngày 7 với mật độ 215.000  1.000 ct/mL ở

NT C2.1 và 241.000  1.000 ct/mL đối với NT C3.1 Vào ngày 9 tảo có sự phát triển trở lại ở do dinh dưỡng tăng nhờ vào quá trình phân hủy các tế bào tảo chết của vi khuẩn, tuy nhiên mật độ tảo không cao như ngày 2 và ngày 5 (vào các ngày này mật độ tảo đều có sự khác biệt có ý nghĩa ở mức 5%) Đến ngày 11 mật độ tảo

ở NT C3.1 và NT C2.1 giảm mạnh và số lượng tế bào tảo Chlorella sp còn lại rất

thấp Điều này cho thấy dinh dưỡng đã cạn không đủ cho tảo phát triển nên mật độ tảo giảm thấp

Hình 4.1 Diễn biến mật độ tảo ở thí nghiệm 1 theo thời gian

Ghi chú: C1.1: NT đối chứng; C2.1: NT nước thải không qua lọc + 10%

Chlorella sp.; C3.1: NT nước thải qua lọc + 10% Chlorella sp

Ở NT C2.1 tảo Chlorella sp gặp phải sự cạnh tranh của các loài tảo khác từ môi trường nhưng tảo Chlorella sp vẫn chiếm ưu thế trên 95% về số lượng còn lại

là các loài tảo lẫn từ nước thải với mật độ thấp

Riêng NT C1.1 chỉ có sự phát triển của các loài tảo khác từ nước thải, thuộc các ngành Chlorophyta, Cyanophyta, Bacillariophyta, Euglenophyta trong đó

ngành Chlorophyta chiếm ưu thế nên có chu kỳ phát triển rất khác so với chu kỳ phát triển của tảo Chlorella sp ở hai NT còn lại Và diễn biến về mật độ các ngành

tảo ở NT này được biểu diễn cụ thể như Hình 4.2

Hình 4.2 Diễn biến mật độ tảo tạp ở NT C1.1 theo thời gian

0 500 1000 1500 2000

Ở nghiệm thức này thì tảo có sẵn trong nước thải cá tra với mật độ thấp nên

có sự gia tăng về mật độ chậm và không ngừng tăng từ ngày 0 đến ngày 4 đạt 2490

 30 ct/mL do được môi trường nước thải cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của tảo Từ ngày 5 tảo liên tục giảm cho đến ngày 7, vào ngày 9 tảo phát triển nhẹ trở lại với mật độ 846  20 ct/mL do được cung cấp dinh dưỡng từ sự phân hủy tảo chết của vi sinh vật Tuy nhiên, sự phát triển trở lại này không cao và không được kéo dài mà nhanh chóng suy tàn vào ngày 10 và 11, vì dinh dưỡng không đủ cho

sự phát triển của tảo, lúc này mật độ tảo rất thấp chỉ khoảng 285  17 ct/mL

Nghiệm thức này gồm nhiều loại tảo khác nhau với tỉ lệ các loài được thể ở Hình 4.3 Trong đó thì các loài thuộc ngành tảo lục (Chlorophyta) luôn chiếm ưu thế với tỉ lệ cao nhất ở ngày 4 trên 90% vì chúng có hình thức sinh sản đơn giản và nhiều cách như: nhân đôi hay nảy chồi…, kế đến là tảo lam Điều này cho thấy nguồn nước nơi đây rất phù hợp cho việc nuôi trồng thủy sản, nguồn nước được thay thường xuyên và không nhiễm bẩn Những ngày cuối thí nghiệm thì tảo mắt xuất hiện nhiều do môi trường dinh dưỡng thấp và có nhiều độc chất, loài tảo này

có khả năng chịu đựng môi trường khắc khiệt Nước ao được thay thường xuyên theo thủy triều nên tảo khuê chiếm một tỷ lệ rất thấp Các loài tảo từ môi trường ở

NT này và NT C2.1 được định danh cụ thể theo loài (phụ lục 4)

Hình 4.3 Diễn biến tỉ lệ tảo tạp ở nghiệm thức C1.1 theo thời gian

Mật độ tảo Chlorella sp ở các NT luôn biến động với cùng một xu hướng

là tăng khi môi trường cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và giảm nhanh khi dinh dưỡng cạn Ở NT nước thải C3.1 và C2.1 có cùng mật độ tảo đầu vào (khác biệt không có ý nghĩa ở mức 5%) thì NT C3.1 luôn cho mật độ cao hơn so với NT C2.1

và mật độ ở hai NT này đều khác biệt có ý nghĩa ở mức 5% qua các ngày thí

Thời gian (ngày)