Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng ni tơ và phốt pho tới tốc độ sinh trưởng của vi tảo desmodesmus abundans được phân lập trên địa bàn thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG --- NGUYỄN THỊ BÍCH UYÊN ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NI-TƠ VÀ PHỐT-PHO TỚI TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA VI TẢO Desmodesmus

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG -

NGUYỄN THỊ BÍCH UYÊN

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NI-TƠ VÀ PHỐT-PHO

TỚI TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA VI TẢO Desmodesmus abundans

ĐƯỢC PHÂN LẬP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG -

NGUYỄN THỊ BÍCH UYÊN

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NI-TƠ VÀ PHỐT-PHO

TỚI TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA VI TẢO Desmodesmus abundans

ĐƯỢC PHÂN LẬP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường

Người hướng dẫn: TS Trần Nguyễn Quỳnh Anh

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Thị Bích Uyên

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài khoán luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Nguyễn Quỳnh Anh - Khoa hóa và TS Trịnh Đăng Mậu - Khoa Sinh - Môi trường, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ

em trong suốt thời gian làm khóa luận này

Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Trần Ngọc Sơn và các thầy, cô giáo trong khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận này

Và cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã giúp

đỡ, động viên em trong suốt thời gian làm khóa luận

Mục lục

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa khoa học 2

CHƯƠNG I: 3

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 3

1.1.1 Vị trí địa lí 3

1.1.2 Khí hậu thành phố Đà Nẵng 3

1.2.3 Địa hình thành phố Đà Nẵng 3

1.2 Tổng quan Ni-tơ và Phốt-pho 4

1.3 Tổng quan về vi tảo Desmodesmus abundans 4

1.4 Tổng quan sự tích lũy lipid và chlorophyll-a của vi tảo 5

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

2.1 Đối tượng nghiên cứu 7

2.2 Phạm vi nghiên cứu 7

2.3 Nội dung nghiên cứu 7

2.4 Phương pháp nghiên cứu 7

2.4.1 Phương pháp nhân giống tảo và giữ giống vi tảo vào môi trường BBM 7

2.4.2 Phương pháp xác định mật độ tế bào vi tảo bằng buồng đếm Newbauer 8

2.4.3 Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng đặc trưng 8

2.4.4 Phương pháp xác định thời gian thế hệ 8

2.4.5 Phương pháp xác định lipid 8

2.4.6 Phương pháp xác định Chlorophyll-a 9

2.4.7 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng N đến tốc độ tăng trưởng của tảo 9

2.4.8 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng P đến tốc độ tăng trưởng của tảo 9

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 11

3.1 Đặc điểm sinh học vi tảo Desmodesmus abundans 11

3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Ni-tơ tới tốc độ sinh trưởng của vi tảo D abundans 12

3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng P tới tốc độ sinh trưởng của vi tảo Desmodesmus abundans 14

3.4 Ảnh hưởng của môi trường nuôi tới khả năng tích lũy lipid và chl-a 16

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21

1 Kết luận 21

2 Kiến nghị 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

Số hiệu

hình

abundans sau 24 ngày

Hình 3.10 Hàm lƣợng Chl-a tích lũy ở các nồng độ Phốt-pho thí

nghiệm sau 20 ngày nuôi

19

Hình 3.11 Hàm lƣợng Chl-a tích lũy ở các nồng độ Phốt-pho thí

nghiệm sau 20 ngày nuôi

19

DANH MỤC BẢNG

Medium) nhân nuôi các giống tảo (Pratt, R., 1948)

7

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Với đô thị ngày càng phát triển thì lượng xả thải của các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người ngày càng tăng gây ô nhiễm môi trường nước Lượng nước thải môi trường tiếp nhận chứa hàm lượng Ni-tơ và Phốt-pho gây ra hiện tượng phú dưỡng ở một số hồ nội thành thành phố Đà Nẵng như hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung, hồ Bàu Trảng, hồ Công viên 29/3… Các nguồn nước thải có chứa Ni-tơ và Phốt-pho lớn nếu không được xử lý các chất dinh dưỡng này sẽ gây ra sự tích tụ và gây độc tính trong môi trường thủy sinh, đồng thời tăng mức độ ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến đời sống dân cư xung quanh Đã có các biện pháp hóa lí để xử lý hiện trạng trên nhưng

nó lại không có hiệu quả xử lý lâu dài bằng việc sử dụng chính các loài tảo bản địa để

xử lý (Christenson & Sims, 2011) Các chủng bản địa sẽ thích nghi với môi trường và khí hậu tại đây, sẽ cạnh tranh, xử lý hiệu quả và bền vững hơn (Chen & cs 2015)

Vi tảo đóng một vai trò quan trọng trong môi trường thủy phân của hệ sinh thái thủy sinh, là cấp độ đầu tiên của chuỗi dinh dưỡng để sản xuất chất hữu cơ và oxy (Campanella & cs 2001) Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng vi tảo có tiềm năng lớn trong việc loại bỏ Ni-tơ và Phốt-pho (Aslan & Kapdan, 2006) Vi tảo có thể được

sử dụng để loại bỏ cả Ni-tơ và Phốt-pho từ nước thải đô thị có khả năng đồng hóa N và

P xuống nồng độ rất thấp (Boelee & cs 2011) loại bỏ Ni-tơ và Phốt-pho từ nước chủ yếu bằng cách hấp thu vào các tế bào tảo (Aslan & Kapdan, 2006) Các loài vi tảo được nghiên cứu rộng rãi nhất để loại bỏ Ni-tơ và Phốt-pho là Scenedesmus (Shi & cs 2007), Chlorella (Hernandez & cs 2006), và Spirulina,

Theo nghiên cứu về giảm các chất ô nhiễm hữu cơ từ nước thải của B Lekshmi

năm 2015 cho thấy vi tảo Desmodesmus abundans loại bỏ tối đa Ni-tơ amoni, phốt

phát và nitrat đến 98% với mật độ nuôi cấy khác nhau (Lekshmi& cs 2015) Vì vậy

việc sử dụng vi tảo Desmodesmus abundans để loại bỏ Ni-tơ và Phốt-pho trong môi

trường đang là một tiềm năng Hơn nữa, các chủng bản địa sẽ thích nghi với môi trường và khí hậu tại đây, sẽ cạnh tranh hơn, xử lý hiệu quả và bền vững hơn

Chính vì thế tôi đã lựa chọn đề tài: “Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng Ni-tơ

và Phốt-pho tới tốc độ sinh trưởng của vi tảo Desmodesmus abundans được phân lập

trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá được khả năng xử lý ô nhiễm hữu cơ và tích lũy lipid của loài vi tảo

Desmodesmus abundans nhằm ứng dụng kết hợp xử lý ô nhiễm môi trường và sản

xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo

3 Ý nghĩa khoa học

3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu đề tài sẽ góp phần tạo cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo, góp phần vào nguồn tư liệu về việc sử dụng tảo xử lí Ni-tơ và Phốt-pho Đây là những nguồn tư liệu có ý nghĩa quan trọng trong việc làm giàu giống tảo trong

môi trường dinh dưỡng, khả năng xử lý Ni-tơ và Phốt-pho từ tảo Desmodesmus

abundans , đồng thời là nguồn tài liệu tham khảo hữu hiệu trong nghiên cứu và sản

xuất

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả đề tài là cơ sở khoa học phát triển xây dựng mô hình tảo xử lý Ni-tơ và Phốt-pho trong phòng thí nghiệm Từ đó nâng tầm quy mô lớn nhằm xử lý nước thải chứa hàm lượng Ni-tơ và Phốt-pho cao Cung cấp nguyên liệu liên tục, ổn định thu hồi sinh khối tảo có giá trị kinh tế

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lí

gồm vùng đất liền và vùng quần đảo trên biển Đông Trong đó, các quận nội thành

rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và mùa khô từ tháng 1 đến tháng 7, thỉnh thoảng có những đợt rét mùa đông nhưng không đậm và không kéo dài

Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,90C; cao nhất vào các tháng 6, 7, 8,

Độ ẩm không khí trung bình là 83,4%; cao nhất vào các tháng 10, 11, trung bình

Địa hình đồi núi chiếm diện tích lớn, độ cao khoảng từ 700-1.500m, độ dốc lớn

thái của thành phố

Hệ thống sông ngòi ngắn và dốc, bắt nguồn từ phía Tây, Tây bắc và tỉnh Quảng Nam

Đồng bằng ven biển là vùng đất thấp chịu ảnh hưởng của biển bị nhiễm mặn, là vùng tập trung nhiều cơ sở nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, quân sự, đất ở và các khu chức năng của thành phố

1.2 Tổng quan Ni-tơ và Phốt-pho

Ni-tơ, chủ yếu ở dạng amoni và nitrat, Chất dinh dưỡng chính gây ra hiện tượng phú dưỡng trong việc tiếp nhận các vùng nước, có tác dụng độc hại đối với các sinh vật dưới nước và ảnh hưởng đến sự bền vững môi trường của tài nguyên nước Do đó, việc loại bỏ Ni-tơ từ nước thải trong xử lý nước thải có tầm quan trọng (Junping & cs 2019)

Ni-tơ trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước như

NH4+, H2S, CO2, CH4… tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước Hiện tượng đó gọi là phú dưỡng nguồn nước

Ni-tơ và phốt phát đóng vai trò chính cho sự phát triển của tảo nitrat, nitrit và Amoni là các nguồn Ni-tơ quan trọng cho vi tảo trong nước thải

Phốt phát cũng là một chất dinh dưỡng chính đóng vai trò là chất trung gian trong hoạt động chuyển hóa carbohydrate

Phốt-pho cũng là một yếu tố chính trong quá trình chuyển hóa năng lượng của tảo đóng vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng và chuyển hóa tế bào tảo Phốt phát cũng là một chất dinh dưỡng chính đóng vai trò là chất trung gian trong hoạt động chuyển hóa carbohydrate

1.3 Tổng quan về vi tảo Desmodesmus abundans

Vi tảo nước ngọt đã được cho thấy có thể làm giảm nồng độ N và P trong môi trường nước Trong môi trường dinh dưỡng cao, vi tảo cũng có thể phát triển và tích lũy chất dinh dưỡng

Vi tảo là sinh vật quang hợp đồng hóa Ni-tơ (N) và Phốt-pho (P) trong quá trình sinh trưởng của chúng (Ometto & cs 2014) Vi tảo có khả năng thích ứng và khả năng

sử dụng các Ni-tơ và Phốt-pho từ nước thải Ưu điểm của việc sử dụng tảo cho mục đích đó bao gồm: chi phí vận hành thấp, khả năng tái chế Ni-tơ và Phốt-pho đồng hóa thành sinh khối tảo làm phân bón tránh được vấn đề xử lý bùn (Aslan & Kapdan, 2006)

Các chủng vi tảo nước ngọt sinh trưởng được ở nồng độ N từ 0,5 đến 3,50 g N/l Sinh trưởng tốt ở nồng độ từ 1,0 đến 1,5 gN/l Các nghiên cứu ảnh hưởng của N đến sinh trưởng của vi tảo cho đến nay cho thấy N là dinh dưỡng thiết yếu cho vi tảo (Trần Yên Thảo, 2016)

Vi tảo Desmodesmus abundans có thể phát triển trên tất cả các nồng độ Phốt-pho

khác nhau (0,02g/l, 0,04g/l, 0,06g/l và 0,08g/l) trong môi trường nuôi cấy (Mandotra

& cs 2015)

Theo nghiên cứu của Lekshmi (2015) vi tảo D abundans có khả năng thích nghi cao trong nước thải Loại bỏ chất dinh dưỡng tối đa với ni-tơ 98,6%, nitrat 81% và phốt-pho 96%

Theo nghiên cứu Mandotra & cs (2015) cho thấy D.abundans phân lập từ hồ Dal,

Kashmir, đã được chứng minh là một nguyên liệu tốt cho sản xuất diesel sinh học vi tảo tăng trưởng tốt đạt sinh khối và lipid tối ưu với nồng độ nitơ là 0,32 g /l

1.4 Tổng quan sự tích lũy lipid và chlorophyll-a của vi tảo

Chlorophyll là sắc tố quan hợp chỉ có ở sinh vật tự dưỡng (autotrophic) hoặc thực vật phù du (phytoplankton) như tảo Lượng chlorophyll có trong tế bào phụ thuộc vào lượng sinh khối (Norbert, 2006)

Cấu trúc hóa học của Chlorophyll rất gần giống với công thức hemoglobin ở người Gồm 4 nhóm heme gắn với một nguyên tố kim loại, ở người là nguyên tố sắt, còn ở thực vật và tảo, nguyên tố magiê (Mg) thay thế cho nguyên tố sắt Người ta còn gọi chất diệp lục (chlorophyll) là máu của thực vật

Chlorophyll là một phân tử sinh học rất quan trọng, quyết định đến quá trình quang hợp của cây Giúp cây tổng hợp năng lượng từ ánh sáng Chlorophyll hấp thụ mạnh ánh sáng màu xanh dương nhưng lại hấp thụ kém ánh sáng màu lục trong dải quang phổ của ánh sáng

Trong quá trình quang hợp Chlorophyll giữ vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình quang hợp, là chất đầu tiên nhận năng lượng ánh sáng cho hệ quang hợp để tổng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ nuôi sống mọi sinh vật trên trái đất Chlorophyll hấp thụ ánh sáng chuyển về dạng năng lượng ATP (hóa năng), trong quá trình này xảy ra các phản ứng chuyển dịch electron (phản ứng oxy hóa khử) tạo thành các sản phẩm oxy hóa và khử

Trong y học, chlorophyll được sử dụng với mục đích chữa bệnh như: ngăn ngừa

và điều trị ung thư, giải độc gan, kích thích hệ thống miễn dịch, kháng viêm và da phát ban, thanh lọc máu và độc tố trong cơ thể, làm sạch ruột, chữa lành vết thương…(Ferruzzi & Blakeslee, 2007)

Ngoài việc loại bỏ các chất dinh dưỡng vô cơ, vi tảo cũng có thể được coi là nguyên liệu thô để sản xuất năng lượng sinh học, như diesel sinh học, là một nguồn năng lượng tái tạo và có thể làm giảm khí thải nhà kính

Vi tảo, sinh khối sơ cấp lớn nhất, đã thu hút chú ý như một nguồn nguyên liệu lipid cao để sản xuất nhiên liệu sinh học Vi tảo sử dụng nước thải thay thế cho các chất dinh dưỡng giảm chi phí hoạt động nuôi trồng tảo, ngoài ra thu sinh khối tạo nhiên liệu sinh học đem lại lợi nhuận kinh tế cao (Abe 2008; Khan & Yoshida, 2008)

Các chủng vi tảo có hàm lƣợng dầu cao nằm trong khoảng 20 đến 60%, đạt 24.000 - 120,000 lít dầu/ha/năm trong khi đó hàm lƣợng dầu của các cây có dầu thấp hơn nhiều, ví dụ cây cọ dầu là cây có năng suất dầu cao nhất, chỉ đạt đƣợc năng suất khoảng 6.000 lít/ha/năm

Theo các bài báo đã công bố trên thế giới, một số loài vi tảo có chứa hàm lƣợng

lipid cao: Chlorella sp:15-29%, Dunaliella tertiolecta: 36– 42 %, Nannochloropsis: 31–68%, Nitzschia: 28– 50 %, Scenedesmus 16 - 40 %, Tetraselmis suecica: 15 – 32

% (Nguyễn Thị Mỹ Lan, 2015)

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Vi tảo Desmodesmus abundans

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ N và P tới tốc độ tăng trưởng của vi tảo

Desmodesmus abundans

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá đặc điểm sinh học của vi tảo Desmodesmus abundans

- Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng N và P đến tốc độ tăng trưởng của vi tảo

Desmodesmus abundans

- Đánh giá khả năng tích lũy lipid và chlorophyll-a của vi tảo Desmodesmus

trong xử lý ô nhiễm hữu cơ

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nhân giống tảo và giữ giống vi tảo vào môi trường BBM

- Vi tảo Desmodesmus abundans đã được phân lập từ thành phố Đà Nẵng được

nuôi trong môi trường cơ bản BBM

Bảng 1: Thành phần môi trường BBM (Bold’s Basal Medium) nhân nuôi các giống

tảo (Pratt 1948)

STT Thành phần Dung dịch Stock

(g/l)

Hàm lượng sử dụng (ml/l)

- Nuôi các chủng vi tảo giống và nhân giống tảo ở cấp 1, 2, và 3

(Ferro, Gentili, & Funk, 2018)

2.4.2 Phương pháp xác định mật độ tế bào vi tảo bằng buồng đếm Newbauer

- Buồng đếm Newbauer có độ sâu buồng là 0,1 mm và gồm 9 hình vuông lớn 1

mm × 1 mm Mỗi hình vuông được chia thành các hình vuông nhỏ hơn

- Tiến hành pha loãng mẫu đảm bảo lượng tế bào trong mỗi ô vuông không lớn hơn 10 tế bào và không nhỏ hơn 2 tế bào Nếu các tế bào dính lại với nhau cần lắc đều

Nt và N0 là mật độ tế bào ở thời điểm tt và t0,Xác định mật độ tảo phát triển trong môi trường bằng cách đo mật độ quang của mẫu ở bước sóng thích hợp với từng chủng tảo, sử dụng máy đo quang phổ UV-Vis

2.4.4 Phương pháp xác định thời gian thế hệ

Thời gian thế hệ được xác định bằng công thức (Nguyễn Lân Dũng, 2000)

Trong đó: N2, N1 là mật độ tế bào ở thời gian t2, t1

h là khoảng thời gian Thời gian thế hệ g= (giờ/thế hệ)

2.4.5 Phương pháp xác định lipid

Tiến hành hút 15ml sinh khối tảo vào lọ thuỷ tinh, bỏ lần lượt 2ml methanol và 1ml