NGHIÊN cứu sử DỤNG nước THẢI từ hầm ủ BIOGAS của TRANG TRẠI CHĂN NUÔI lợn để NUÔI SINH KHỐI tảo XOẮN SPIRULINA PLATENSIS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA SINH HỌC------KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TỪ HẦM Ủ BIOGAS CỦA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN ĐỂ NUÔI S

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA SINH HỌC - -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TỪ HẦM Ủ BIOGAS CỦA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN ĐỂ NUÔI SINH KHỐI TẢO XOẮN

SPIRULINA PLATENSIS ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT

THỨC ĂN BỔ SUNG CHO VẬT NUÔI

Trang 2

Lời cảm ơn!

Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài khóa luận tốt nghiệpngành Khoa học môi trường, tôi đã nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của thầy

cô, bạn bè, gia đình, các cá nhân và tập thể khác

Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đếnTS.Nguyễn Lê Ái Vĩnh, người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học đã tận tâmchỉ dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ông Trần Quốc Trung – chủ trang trạichăn nuôi đã tạo điều kiện cho những sinh viên như tôi đến tiếp cận thực tế.Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Sinh học, cácthầy cô cán bộ kĩ thuật tại trung tâm thực hành thí nghiệm trường Đại họcVinh đã trang bị cho tôi những kiến thức vô cùng quý báu và tận tình giúp đỡtôi thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn gia đình, các anh chị và bạn bè đã giúp đỡ, tạomọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp!

Trang 3

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 0

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung đề tài 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về mô hình biogas 3

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi 3

1.1.2 Giới thiệu công nghệ biogas trong chăn nuôi 3

1.1.3 Nguy cơ ô nhiễm môi trường từ hầm ủ biogas 5

1.2 Tổng quan về tảo Spirulina 6

1.2.1 Giới thiệu tảo Spirulina 6

1.2.2 Lịch sử phát hiện và sử dụng tảo Spirulina 6

1.2.3 Phân loại và hình thái 7

1.2.4 Phân bố 8

1.2.5 Đặc điểm sinh lý 8

1.2.6 Đặc điểm sinh sản 9

1.3 Tiềm năng của vi tảo trong xử lý ô nhiễm môi trường 10

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 12

2.1.1 Thời gian nghiên cứu 12

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu 12

2.2 Đối tượng nghiên cứu 12

2.3 Dụng cụvà thiết bị thí nghiệm 12

2.3.1 Dụng cụ thí nghiệm 12

2.3.2 Thiết bị thí nghiệm 13

Trang 4

2.3.3 Hóa chất và môi trường 132.4 Phương pháp nghiên cứu 142.4.1 Phương pháp nghiên cứu biện pháp dụng nước thải hầm khíbiogas 142.4.2 Phương pháp bảo quản giống tảo 142.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng Amoniac (NH4+) trong nước 162.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng Photphat (PO43-) trong nước 172.4.5 Phương pháp đo mật độ quang học (OD) để xác định tốc độ sinh

trưởng của tảo Spirulina platensis 18 2.4.6 Phương pháp thu sinh khối tảo Spirulina platensis 19 2.5 Thiết kế thí nghiệm nuôi trồng Spirulina platensis có sử dụng

nước thải 19

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 20

3.1 Kết quả xử lý nguồn nước thải biogas để nuôi sinh khối Spirulinaplatensis 203.1.1 Thiết kế mô hình lọc bằng cát 203.1.2 Hiệu quả của phương pháp lọc nước thải biogas bằng cát 213.2 Kết quả phân tích hàm lượng amoni và photphat ban đầu trongcác công thức nuôi 223.2.1 Hàm lượng amoni (NH4+) ban đầu trong các công thức nuôi 233.2.2 Hàm lượng photphat dễ tiêu (PO43-) ban đầu trong các công thứcnuôi 23

3.3 Kết quả làm sạch chủng tảo xoắn Spirulina platensis TN2-2 24 3.4 Kết quả nghiên cứu sinh trưởng của chủng Spirulina platensis

TN2-2 trong môi trường Schlosser: 25

3.5 Kết quả nghiên cứu sinhtrưởng của chủng Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường có bổ sung nước thải biogas 29

Trang 5

3.5.1 Sinh trưởng của chủng Spirulina platensis TN2-2 trong môi

trường chứa 70% nước thải 29

3.5.2 Sinh trưởng của chủng Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường chứa 50% nước thải 30

3.6 So sánh sự sinh trưởng, năng suất sinh khối của Spirulina platenssis TN2-2 trong các công thức nuôi 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

1 Kết luận 46

2 Kiến nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Trang 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

Trang

DANH MỤC BẢNG:

Bảng 2.1 Danh mục dụng cụ thí nghiệm cần dử dụng 12Bảng 2.2 Danh mục thiết bị thí nghiệm cần sử dụng 13Bảng 2.3 Các hóa chất trong môi trường Zarock 15Bảng 3.1 Mật độ quang của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trườngSchlosser trong 30 ngày nuôi 25Bảng 3.2 Sinh khối khô của Spirulina platensis TN2-2 trong môi trườngSchlosser (g/L) 27Bảng 3.3 Sinh khối khô và OD tương ứng của tảo khi nuôi trong môi trường

Schlosser 28

Bảng 3.4 Mật độ quang của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường70% nước thải trong 30 ngày nuôi 29Bảng 3.5 Mật độ quang của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường50% nước thải trong 30 ngày nuôi 30Bảng 3.6 Mật độ quang của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường30% nước thải trong 30 ngày nuôi 32Bảng 3.7 Mật độ quang của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường20% nước thải trong 30 ngày nuôi 34Bảng 3.8 Khối lượng khô của Spirulina platensis trong môi trường 20%nước thải biogas (g/L) 35Bảng 3.9 Sinh khối khô và OD tương ứng của tảo khi nuôi trong môi trườngnước thải 20% 36Bảng 3.10 Mật độ quang của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường15% nước thải trong 30 ngày nuôi 38Bảng 3.11 Sinh khối khô của Spirulina platensis trong môi trường 15% nướcthải biogas (g/L) 39

Trang 7

Bảng 3.12 Sinh khối khô và OD tương ứng của tảo khi nuôi trong môi trường

nước thải 15% 40

Bảng 3.13 Hàm lượng amoni và photphat trước và sau khi nuôi tảo trong các công thức môi trường chứa 15%, 20% nước thải 42

Bảng 3.14 Sinh khối khô của tảo Spirulina platensis trong môi trường đối chứng, nước thải 15%, nước thải 20% (g/L) 43

HÌNH VẼ: Hình 1 Mô hình biogas phổ biến hiện nay 4

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo hầm ủ khí biogas 5

Hình 3 Sơ đồ mô hình lọc 20

Hình 4 Thiết kế lọc nước thải biogas tại phòng thí nghiệm vi sinh 21

Hình 5 Chủng Spirulina platensis TN2-2 phân lập trên đĩa petri 24

Hình 6 Chủng Spirulina platensis TN2-2 dưới kính hiển vi 25

Hình 7 Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường 70% nước thải biogas sau 10 ngày 30

Hình 10 Spirulina platensis TN2-2 nuôi trong nước thải biogas 20% sau 10 ngày 35

Hình 11 Spirulina platensis TN2-2 nuôi trong nước thải biogas 15% sau 10 ngày 39

Hình 12: Sinh khối khô của Spirulina platensis TN2-2 sau các lô thí nghiệm 44

Trang 8

BIỂU ĐỒ:

Trang

Biểu đồ 3.1 Tỷ lệ các sản phẩm của quá trình lọc nước thải biogas 21 Biểu đồ 3.2 Hàm lượng Amoni và Photphat có trong phần nước lọc biogas 22

Biểu đồ 3.3 Hàm lượng amoni (NH4+) ban đầu trong các công thức nuôi 23

Biểu đồ 3.4 Hàm lượng photphat dễ tiêu (PO43-) ban đầu trong các công thức

nuôi 23

Biểu đồ 3.5 Sự sinh trưởng của Spirulina platensis TN2-2 khi nuôi trong môi

trường Schlosser trong 30 ngày 26

Biểu đồ 3.6 Sinh khối khô của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường

Schlosser 27

Biểu đồ 3.7 Đường chuẩn biểu thị mối quan hệ giữa sinh khối khô và mật độ

quang của Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường Schlosser 28

Biểu đồ 3.8 Sự sinh trưởng của Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường

70% nước thải biogas 29

Biều đồ 3.11 Sự sinh trưởng của Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường

quang của Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường 20% nước thải biogas37

Biểu đồ 3.14 Sinh trưởng của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường

Biểu đồ 3.15 Sinh khối khô của tảo Spirulina platensis TN2-2 trong môi

trường 15% nước thải biogas 40

Trang 9

quang của Spirulina platensis TN2-2 trong môi trường 15% nước thải biogas41

Biểu đồ 3.17 Hàm lượng amoni và photphat ban đầu trong các công thức môi

trường trước khi nuôi tảo 42

đối chứng, nước thải 15%, nước thải 20% 43

Trang 11

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Sự bùng nổ dân số cùng với nhu cầu thực phẩm ngày càng cao của conngười đang thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển và có nhiều đóng góp quantrọng cho sự phát triển kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia Tuy nhiên, bêncạnh việc cung cấp lượng thực phẩm dồi dào thì ngành chăn nuôi còn tạo ralượng chất thải lớn, chủ yếu là chất thải hữu cơ

Ở Việt Nam, ngành chăn nuôi đang phát triển mạnh mẽ trong những nămgần đây Theo số liệu của tổng cục thống kê năm 2011 cho thấy cả nước cókhoảng 23,558 trang trại chăn nuôicác loại gia súc, gia cầm; trong đó cókhoảng 27,4 triệu con lợn; 5,9 triệu con bò; 2,9 triệu con trâu và khoảng 300,5triệu gia cầm [12], [13].Số lượng gia súc, gia cầm lớn kéo theo lượng lớnphân thải động vật từ các trang trại chăn nuôi, gây nguy cơ cao về dịch bệnh

và ô nhiễm môi trường

Công nghệ biogas là một giải pháp phổ biến được sử dụng để giải quyếtchất thải trong chăn nuôi Đây là công nghệ lên men kị khí chất thải hữu cơtrong chăn nuôi để sản sinh ra khí sinh học, là nguồn năng lượng tiết kiệm và

có hiệu quả Không thể phủ nhận lợi ích về kinh tế và môi trường mà côngnghệ biogas mang lại, tuy nhiên nó còn bộc lộ nhược điểm đó là nước thải sau

xử lí biogas chưa an toàn và vẫn còn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trường

Do đặc thù của nước thải biogas là ô nhiễm chất hữu cơ dễ phân hủy sinh họcnên việc áp dụng các biện pháp sinh học để xử lí có tính khả thi rất cao

Spirulina là một loại vi tảo được biết đến như một loại thực phẩm có giá

trị dinh dưỡng cao mà thiên nhiên ban tặng Spirulina chứa hàm lượng protein

cao, ngoài ra còn chứa nhiều vitamin và vi chất quan trọng Môi trường sống

của Spirulina là các hồ có độ kiềm cao và có dinh dưỡng thích hợp Sử dụng

Spirulina để hấp thụ các chất hữu cơ có trong nước thải biogas không chỉ giúp

giải quyết xử lí vấn đề môi trường và còn có thể thu sinh khối để phục vụ vào

sản xuất Do vậy, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Bước đầu nghiên

cứu sử dụng nước thải từ hầm khí biogas của trang trại chăn nuôi lợn để nuôi sinh khối tảo xoắn Spirulina platensis làm thức ăn bổ sung cho vật nuôi” nhằm đánh giá tính khả thi của vấn đề trên.

Trang 12

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nước thải từ hầm khí biogas của trang trại chăn nuôi

lợn để nuôi sinh khối tảo xoắn Spirulina platensis làm thức ăn bổ sung cho

vật nuôi

3 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải biogas

- Nghiên cứu biện pháp sử dụng nước thải biogas

- Khảo sát sự sinh trưởng của Spirulina platensis TN2-2 trong môi

trường nước thải biogas

- Tìm hiểu khả năng hấp thu Amoni, Photphat của Spirulina pltensis

TN2-2 trong nước thải biogas

- Đánh giá lượng sinh khối tảo Spirulina platensis TN2-2 thu được khi

nuôi trong nước thải biogas

Trang 13

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về mô hình biogas

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi

Trong quá trình chăn nuôi, chất thải phát sinh ra bao gồm:

- Chất thải từ bản thân vật nuôi: phân, nước tiểu,…

- Thức ăn thừa, thức ăn rơi vãi

- Nước: từ quá trình vệ sinh chuồng trại, tắm rửa gia súc, vệ sinh vậtdụng trong chăn nuôi

- Xác vật nuôi chết

- Khí thải từ chuồng nuôi, hố chứa phân, nước thải, nơi chế biến thức ăn

- Chất thải rắn: vật phẩm thú y, bao bì đựng thức ăn,…

Đặc điểm của chất thải chăn nuôi là chứa lượng lớn chất thải lỏng (nướcthải) Nước thải chăn nuôi bao gồm hỗn hợp nước tiểu động vật, nước rửachuồng trại, nước vệ sinh tắm rửa cho vật nuôi Khối lượng nước thải từ cáctrang trại chăn nuôi là rất lớn, chứa nhiều chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, hợpchất Nitơ, Phopho và các loại vi sinh vật, vi trùng Trong thành phần của nướcthải thì chất hữu cơ chiếm đến 70 – 80% gồm các hợp chất hydratcarbon,protit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất của chúng có trong phân và thức ănthừa Hầu hết các chất hữu cơ này dễ bị phân hủy Các chất vô cơ chiếm 20 –30% gồm muối, ure, omonium, muối clorua, muối sunfat,…

1.1.2 Giới thiệu công nghệ biogas trong chăn nuôi

Khí sinh học đã được biết đến ở nước ta từ những năm 1960, trải quatrên 50 năm phát triển ở Việt Nam, khí sinh học ngày càng được phát triểnrộng rãi từ quy mô sản xuất nhỏ chỉ vài mét khối đã mở rộng sang quy mô sảnxuất lớn vài nghìn đến vài chục nghìn mét khối

Riêng trong lĩnh vực chăn nuôi gia súc quy mô trang trại, khí sinh học đãphát triển đến hầu hết các tỉnh, thành phố trong cả nước ta Hiện nay, đã cóhàng chục nghìn công trình khí sinh học đang hoạt động với nhiều kiểu thiết

bị khí sinh học khác nhau do nhiều tổ chức thiết kế và phổ biến

Trang 14

Nước thải phát sinh từ trại chăn nuôi chủ yếu là từ khâu vệ sinh vật nuôi

và chuồng trại chứa phân, nước tiểu, thức ăn thừa… đặc trưng của nước thảichăn nuôi là ô nhiễm hữu cơ, hàm lượng Nitơ, Photpho cao và chứa nhiều visinh gây bệnh Quá trình sản xuất khí sinh học là tiến hành lên men sinh họccác chất hữu cơ như: các chất thải của nông nghiệp, phân gia súc, phân hủytrong môi trường yếm khí để sinh ra khí methan (CH4), cacbon dioxit (CO2)

và khí sulfua hydro (H2S)

Khí sinh học sản xuất từ hầm biogas bao gồm 2/3 khí methan (CH4), 1/3khí cacbonic (CO2) và năng lượng khoảng 4.500-6.000 calo/m3 Một mét khốihỗn hợp khí với mức 6.000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng,0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hay 1,2 kWh điện năng, có thể sử dụng để chạyđộng cơ 2KVA trong 2 giờ, sử dụng cho bóng đèn thắp sáng trong 6 giờ, sửdụng cho tủ lạnh 1m3 khí biogas trong 1 giờ hoặc sử dụng nấu ăn cho gia đình

5 người trong 1 ngày Trong tương lai công nghệ biogas sẽ là nguồn cung cấpnăng lượng chính nhằm giải quyết chất đốt sinh hoạt cho vùng nông thôn,thay thế các loại nhiên liệu khác như củi, trấu, than, ngoài ra còn có thể sửdụng khí sinh học cho các mục đích khác như: phát điện, lò sấy, đèn thắpsáng, hệ thống nước nóng, các tủ lạnh chạy bằng gas,…

Hình 1 Mô hình biogas phổ biến hiện nay

Trang 15

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo hầm ủ khí biogas.

1.1.3 Nguy cơ ô nhiễm môi trường từ hầm ủ biogas

Việc sử dụng mô hình hầm khí biogas đem lại nhiều lợi ích thiết thựccho môi trường Tuy nhiên bên cạnh khả năng được tận dụng khí biogas đểlàm năng lượng thì chất thải sau cùng của hầm khí biogas còn có bã thải vớihàm lượng chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ cao Ở quy mô chăn nuôi trangtrại, thể tích bã thải từ hầm khí biogas tương đối lớn

Bã thải khí sinh học là một loại phân hữu cơ có nhiều ưu điểm khác dokết quả của quá trình phân hủy kỵ khí Trong quá trình này các chất dinhdưỡng về cơ bản được bảo tồn trong bãi thải ngoại trừ một số các nguyên tốnhư carbon, hydro và oxy được chuyển hóa thành khí methan và dioxitcarbon Một số chất dinh dưỡng dễ hoà tan vẫn còn lại trong bã thải lỏng,đồng thời một số chất thải rắn hữu cơ và vô cơ trong bã thải đã phân hủy hấpthụ được một lượng lớn các chất dinh dưỡng hữu ích Vì vậy, các chất dinhdưỡng có trong bã thải khí sinh học cao hơn so với phân chuồng và phân ủtheo phương pháp thông thường Tuy nhiên với hàm lượng chất hữu cơ cao,đặc biệt là các hợp chất của Nitơ và Photpho nếu thải trực tiếp ra môi trường

sẽ gây độc cho các sinh vật tiếp nhận, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởngxấu tới môi trường

Bã thải khí sinh học có hai dạng:

- Bã thải lỏng: gồm các chất hòa tan và lơ lửng

- Bã thải đặc: phần váng và phần lắng đọng ở đáy

Trang 16

1.2 Tổng quan về tảo Spirulina

1.2.1 Giới thiệu tảo Spirulina

Spirulina là một loài vi tảo có dạng xoắn hình lò so, màu xanh lam với

kích thước chỉ khoảng 0,25 mm Chúng sống trong môi trường giàubicarbonat (HCO3-) và độ kiềm cao (pH từ 8,5 -9,5) Chúng là loài tảo có giátrị dinh dưỡng cao

Spirulina xuất hiện cách đây hơn 3 tỷ năm Nó là vi khuẩn lam cổ có

lịch sử lâu đời hơn tảo nhân thật hoặc thực vật bậc cao tới hơn 1 tỷ năm

1.2.2 Lịch sử phát hiện và sử dụng tảo Spirulina

Tảo Spirulina là thức ăn bổ dưỡng từ thời cổ xưa của người Aztac ở

Mêhicô (châu Mỹ) và thổ dân Kanembu (Trung Phi) Hơn 1 ngàn năm trước

tổ tiên của những người Aztect ở Mexico đã biết thu hái Spirulina từ các hồ

nước khoáng giàu kiềm, phơi dưới ánh nắng mặt trời và dùng làm thực phẩm.Hiện nay tập tính này vẫn phổ biến trong cộng đồng người Kanembous ởChad

Tên gọi Spirulina do nhà tảo học Deurben (người Đức) đặt năm 1927, dựa trên hình thái của tảo là dạng sợi xoắn ốc (spiralis).

Trước những năm 1960, việc cấy trồng Spirulina làm thực phẩm chưa

có một khái niệm thực sự Năm 1960 Spirulina mới bắt đầu được biết đến do

tiến sĩ Clement ngưới Pháp tình cờ phát hiện khi đến hồ Sat ở Trung Phi Năm

1963 Viện dầu hỏa Pháp đã bắt đầu quan tâm đến các báo cáo về bánh tảoDihe – một lại thực phẩm của người Kanembu sống gần hồ Chad sử dụng.Người Kanembu thu hoạch tảo bằng cách vớt chúng lên và đựng vào chậubằng đất, xả nước qua những túi vải và trải tảo trên cát để làm khô dưới ánhnắng mặt trời

Năm 1973, Tổ chức nông lương quốc tế và Tổ chức Y tế thế giới đã

chính thức công nhận Spirulina là nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý, đặc

biệt trong cung cấp dinh dưỡng và chống lão hóa.Vào những năm cuối thập

niên 80, nhiều giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina đã

được khám phá và công bố rộng rãi không chỉ ở Pháp mà ở cả nhiều nướckhác trên thế giới như Mỹ, Nhật, Canada, Mêhicô, Đài Loan Hầu hết các

nghiên cứu đều chỉ ra rằng tảo Spirulina rất giàu protein, chiếm tới 60 – 70%

trọng lượng khô của tảo

Trang 17

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu Spiralina phục vụ cho

việc sản xuất tảo làm thức ăn, dược phẩm, mỹ phẩm cho con người Từ đó,

Spirulina đã xuất hiện trong khẩu phần ăn trong các chương trình chống suy

dinh dưỡng trẻ em

Từ năm 1972, các nhà khoa học Việt nam bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu

tảo Spirulina do Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Thước chủ trì Năm 1976, việc thử nghiệm nuôi trồng tảo Spirulina đã được tiến hành trong thời gian 4

– 5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội và thu được kết quả khá khả quan

Vào năm 1985, Sở Y Tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo

Spirulina đầu tiên do ông bà R.D.Fox tặng Sau đó, tảo giống được giao cho

Trạm nghiên cứu dược liệu (nay là Trung tâm dinh dưỡng thành phố Hồ ChíMinh) giữ giống và nuôi trồng

Hiện nay nước ta đã có nhiều cơ sở nuôi trồng tảo Spirulina như: Vĩnh

Hảo (Bình Thuận) từ năm 1979, Châu Cát, Lòng sông (Thuận Hải), SuốiNghệ (Đồng Nai), Đắc Min (Đắc Lắc), Quỳnh Lưu (Nghệ An)

1.2.3 Phân loại và hình thái

Loài tảo Spirulina thuộc:

Ngành : Cyanophyta (tảo lam)

Lớp : Cyanophyceae

Bộ : Oscillatoriales

Họ : Oscillatoriaceae

Chi : Spirulina (Tảo xoắn).

Loài : Chi Spirulina có nhiều loài (hơn 35 loài) đã phát hiện Trong đó

có 2 loài được nghiên cứu đầu tiên và nhiều nhất: loài S.maxima – có nguồn gốc châu phi, loài S.platensis – có nguồn gốc Nam Mỹ.

Ở Việt nam, giống được nghiên cứu đầu tiên, lưu giữ ở Viện Sinh vật

học là S.platensis Geitler do Pháp cung cấp.

Tảo Spirulina có dạng xoắn lò xo khoảng 5-7 vòng đều nhau không phân

nhánh Đường kính xoắn khoảng 35-50 micromet, bước xoắn 60 micromet,

chiều dài thay đổi có thể đạt 0,25mm Nhiều trường hợp tảo xoắn Spirulina có

kích thước lớn hơn Tảo là trung gian giữa vi khuẩn và tảo nhân thực Người

Trang 18

ta cho rằng tảo Spirulinagiống với vi khuẩn hơn, do đó tảo Spirulina còn có

tên là vi khuẩn lam

Spirulina có khả năng vận động tiến về phía trước hoặc phía sau Vanạ

động này được thực hiện bởi các lông ở sườn bên cơ thể (fimbria) là các sợi

có đường kính 5 – 7 nm và dài 7 – 12 micron nằm quanh cơ thể Vận tốc vậnchuyển của chúng có thể đạt 5 micron/giây

Spirulina có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ (gas vesicle) có

đường kính cỡ 70 nm và cấu trúc các sợi protein được bện lại Không bào khí

sẽ nạp đầy khí khi sợi Spirulina muốn nổi lên bề mặt để nhận ánh sáng và tiến

hành quang hợp Đến cuối ngày là khi tế bào tạo ra một lượng carbonhydrate,lúc đó các tế bào tụ tập lại và tạo ra một áp suất thẩm thấu cao bên trong cơthể Sau đó các không bào khí sẽ không thể duy trì áp suất thẩm thấu lâu bêntrong tế bào và chúng sẽ bị vỡ, giải phóng ra các khí nén rồi khí đó được hấpthụ bởi các dịch xung quanh Lúc này cá sợi chìm xuống đáy và tại đây xảy raquá trình chuyển hoác carbonhydrate thành protein

Trong môi trường sống có độ kiềm cao Spirulina nổi lên hoặc lặn xuống

ít nhất một lần trong ngày và sẽ thường xuyên hơn nếu như có gió nhẹ trên bềmặt hồ và nó sản sinh ra 2 – 4 gam sinh khối mỗi ngày trong điều kiện khíhậu thích hợp

1.2.4 Phân bố

Spirulina sống trong môi trường ưa kiềm (pH: 8 – 12) Trong tự nhiên,

chúng sống trong các hồ, suối khoáng ấm áp và chứa nhiều bicacbonatnatri vàcacbonatnatri

Về phân bố địa lý Spirulina có phạm vi phân bố rộng : Châu Phi (Tchad,

Congo, Ethiopia, Kenya, Nam phi, Ai cập, Tanzania, Zambia…), Châu Mỹ(Hoa kỳ, Peru, Uruguay, Mexico…), Châu Á (Ấn độ, Paskistan, Srilanka, ViệtNam…), Châu Âu (Nga, Ukraina, Hungarie…)

Trang 19

những nguồn nước có nhiệt độ 45°C hay những suối nước nóng 60°C vẫnthấy sự hiện diện của của chúng.

- Ánh sáng: Tảo Spirulina ít bị chi phối bởi chu kỳ sáng tối Cường độ ánh sáng thích hợp nhất cho Spirulina phát triển nằm trong khoảng 25 – 30

klux

- pH: là kết quả của cân bằng:

CO2 H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO3-

Spirulina phát triển trong khoảng pH từ 8 – 11 pH tối ưu cho sự phát

triển của chúng là từ 8,5 – 9 Tại khoảng pH này, nguồn cacbon vô cơ đượcđồng hóa nhiều nhất

1.2.6 Đặc điểm sinh sản

Phương thức sinh sản: vô tính (phân chia từ một sợi tảo mẹ trưởngthành) Từ một sợi tảo mẹ, hình thành nên những đoạn Necridia (gồm các tếbào chuyên biệt cho sự sinh sản)

Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách rời tạocác hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này Trong sự phát triển, dầndần phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormogonia trở nên tròn nhưng vách tế bàovẫn có chiều dày không đổi Các hormogonia phát triển, trưởng thành và chu

kì sinh sản được lặp đi lặp lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo

Trong thời kì sinh sản tảo Spirulina nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường Vòng đời của Spirulina tương đối ngắn Trong điều kiện tối ưu nuôi

trong phòng thí nghiệm vòng đời của chúng khoảng 1 ngày Ở điều kiện tựnhiên, vòng đời khoảng 3 – 5 ngày

1.2.7 Giá trị dinh dưỡng

Hàm lượng protein trong tảo Spirulina platensis thuộc vào loại cao nhất

trong các thực phẩm hiện nay, khoảng 60% cao hơn 3 lần thịt bò và cao hơntrong trứng, sữa Đó là những loại protein chứa tất cả các axit amin thiết yếu

và tốt hơn các protein trong thực vật

Về mặt chất lượng protein, Spirulina platensis cũng tỏ ra ưu việt hơn protein từ các nguồn thức ăn khác Hiệu cuất hấp thụ đạm của Spirulina

platensis cao, đạt 37% (chỉ đứng sau trứng – 44%), trong khi đó đối với sữa

bột khô là 30%, bột đậu nành 23%, cá 18%, thịt gà 16%, thịt bò 16%

Trang 20

Hàm lượng vitamin cũng rất cao, cứ 1kg tảo Spirulina platensis chứa

55mg vitamin B1, 40mg vitamin B2, 3mg vitamin B6, 2mg vitamin B12,190mg vitamin E, 4000mg Caroten

Chất béo trong Spirulina platensis chiếm khoảng 7%, giàu –linolenic axit, - linolenic axit, linolenic axit, axit docosahexaenoic, axitarachidonic…

Ngoài ra thành phần tảo Spirulina platensis còn chứa nhiều khoáng chất,

hàm lượng của chúng thay đổi tùy vào điều kiện môi trường Thông thường

1kg tảo Spirulina platensis có 580 – 646mg sắt, 23 – 25mg mangan, 1915 –

3811mg magie, 0.4mg selen, 1000 – 3000mg can xi, kali và photpho Ngoài

ra lượng chất xơ khoảng 8 – 10%

1.3 Tiềm năng của vi tảo trong xử lý ô nhiễm môi trường

Trong những năm gần đây khi mà sự ô nhiễm môi trường đang ở mứcđáng báo động, đã có rất nhiều nghiên cứu khoa học nhằm giảm ô nhiễm môitrường bằng các biện pháp xử lý sinh học và thu được kết quả rất khả quan.Một trong những đối tượng được quan tâm nhiều nhất trong biện pháp nàychính là vi tảo Vi tảo không những loại bỏ hiệu quả các hợp chất của Nitơ,Photpho trong nước thải mà còn tạo ra một lượng sinh khối lớn phục vụ chocác mục đích làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi hay phân bón Việc xử lýnước thải bằng vi tảo vừa có hiệu quả cao, vừa tiết kiệm chi phí thực hiện lạithân thiện với môi trường

Một số ưu điểm đặc biệt khi sử dụng vi tảo để giảm ô nhiễm hữu cơtrong nguồn nước:

- Nhiều loại vi tảo có khả năng hấp thu ở mức độ cao các hợp chất củaNitơ, Photpho chuyển hóa thành các chất tổng hợp tế bào

- Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo rất lớn làm tăng hiệu quảtrong việc loại trừ các hợp chất của Nitơ, Photpho khắc phụ tình trạngphì dưỡng của môi trường nước

- Có khả năng xử lý một thể tích nước thải lớn với tốc độ nhanh

- Hệ thống xử lý sinh học dễ vận hành, chi phí thấp

- Trong hoạt động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượnglớn CO2 có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính

Trang 21

Tuy nhiên việc sử dụng vi tảo để xử lý ô nhiễm vẫn còn một số điểm cầnlưu ý:

- Một số nguồn nước thải cần xử lý có chứa các thành phần hóa học cóthể gây độc và biến đổi cấu trúc của vi tảo

- Bên cạnh sự phát triển của vi tảo trong môi trường nước thải còn có sựxuất hiện của các động vật nguyên sinh, nấm, tảo độc…khiến chấtlượng sinh khối vi tảo không đảm bảo

- Việc thu hồi vi tảo trong nhiều trường hợp khá khó khăn, đặc biệt nuôitrong một hệ hở, khó kiểm soát

Trong số hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì loài Spirulina

platensis có giá trị dinh dưỡng đặc biệt cao và chúng còn sử dụng được các

hợp chất của Nitơ, Photpho trong nước thải để làm nguồn dinh dưỡng pháttriển tế bào Do vậy chúng chính là vật liệu phù hợp để nghiên cứu xử lí làmgiảm ô nhiễm nước thải và thu được sinh khối có ý nghĩa về kinh tế

Trang 22

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

2.1.1 Thời gian nghiên cứu

Thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu từ ngày 17/02/2014 – 05/05/2014

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu

- Trang trại chăn nuôi lợn của ông Trần Quốc Trung, xóm 3, xã HưngĐạo, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An

- Trung tâm thực hành thí nghiệm, trường Đại học Vinh

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu gồm có:

- Chủng vi khuẩn lam sử dụng trong đề tài nghiên cứu này là Spirulina

platensis TN2-2 , được cung cấp bởi phòng thí nghiệm Vi sinh, khoa

Sinh học, trường Đại học Vinh

- Nước thải hầm khí biogas từ trang trại chăn nuôi lợn của ông TrầnQuốc Trung, xóm 3, xã Hưng Đạo, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An

Đĩa petri Micropipet

Đũa thủy tinh Ống đong

Trang 23

2.3.2 Thiết bị thí nghiệm

Bảng 2.2 Danh mục thiết bị thí nghiệm cần sử dụng

Tên thiết bị Xuất xứ

Máy so màu Nhật Bản

Thiết bị ổn định nhiệt Trung Quốc

Máy sục khí Việt Nam

Nồi hấp khử trùng Đức

2.3.3 Hóa chất và môi trường

Tảo Spirulina platensis TN2-2 được bảo đảm thuần chủng trong môi

trường Schlosser (1982) gồm các thành phần sau:

6ml dung dịch vi lượng PIV metal

1ml dung dịch vi lượng Chu

1ml vitamin B12 (15µg/100ml H2O)

Trang 24

Trong đó, dung dịch vi lượng PIV gồm:

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu biện pháp dụng nước thải hầm khí biogas

Phương pháp dùng để xử lý sơ bộ nước thải là phương pháp lọc cơ học,

sử dụng một số vật liệu lọc đơn giản, rẻ tiền Mục đích của quá trình lọc nướcthải nhằm loại bỏ một số chất rắn, cặn lơ lửng hoặc các hợp chất không tan cótác động kìm hãm sự phát triển của tảo

2.4.2 Phương pháp bảo quản giống tảo

2.4.2.1 Phương pháp làm sạch chủng giống

Chuẩn bị môi trường thạch Zarrock như sau:

Trang 25

Bảng 2.3 Các hóa chất trong môi trường Zarock

Hóa chất Khối lượng trong 1 Lít môi

Quy trình làm sạch giống tảo:

Bước 1: Cân chính xác hóa chất của môi trường Zarock với khối lượng

hóa chất cho 1 lít dung dịch , thêm 20g Agar, khuấy đều, định mức nước cấtđến 1 lít

Bước2: Khử trùng môi trường ở điều kiện 121°C trong 20 phút.

Bước3: Để môi trường nguội đến 45 – 50°C và đổ vào đĩa petri đã vô

trùng một lớp dày khoảng 2 – 3mm rồi để nguội

Bước 4: Dùng micropipet vô trùng nhỏ 100µl dịch tảo pha loãng lên bề

mặt môi trường ở đĩa petri, thực hiện trong buồng cấy

Bước 5: Dùng que trang gạt đều khắp dịch huyền phù lên bề mặt môi

trường

Bước 6: Đậy hộp petri lại và đặt chúng dưới ánh sáng đèn neon.

Trang 26

2.4.2.2 Phương pháp nhân giống tảo

Pha 1lít môi trường Schlosser như sau:

- Cân chính xác các hóa chất của dung dịch A và B với thành phần như

đã nêu

- Khử trùng riêng rẽ từng dung dịch A, B ở 121°C trong 20 phút

- Để hai bình dung dịch nguội rồi trộn lại với nhau theo tỉ lệ 1:1/v:v

Tảo Spirulina platensis TN2-2 được phân lập và cấy sang các ống

nghiệm chứa môi trường Schlosser đã vô trùng Sau một tuần cấy tảo từ ốngnghiệm sang các bình tam giác 250ml chứa 100ml môi trường Schlosser vôtrùng Sau đó tảo được nhân giống sang các bình tam giác 1lít

Điều kiện nuôi trồng tảo trong phòng thí nghiệm:

- Ánh sáng: Chiếu sáng bằng 2 bóng đèn neon 15 klux liên tục 24/24

- Nhiệt độ: giữ nhiệt độ ổn định bằng máy ổn định nhiệt ở mức 35°C

Phản ứng xảy ra:

2K2HgI4 + NH3 + 3KOH → Hg(HgIONH2) + 7KI + 2H2O

(màu vàng)2K2HgI4+ NH3 + KOH → Hg(HgI3NH2) + 5KI + H2O

(màu vàng nâu)Nhưng trong nước thiên nhiên thường chứa các ion Ca2+, Mg2+ (nướccứng), trong môi trường bazơ mạnh các ion này sẽ tạo thành các hydroxide ởdạng keo, làm cho dung dịch bị vẩn đục cản trở quá trình so màu Để khắcphục hiện tượng trên, phải dùng muối Seignett (KNaC4H4O6), hay EDTA chovào mẫu nước phân tích, để các muối này kết hợp với các ion Ca2+ và Mg2+

hình thành các hợp chất hòa tan, không màu trong dung dịch

M2+ + KNaC4H4O6 → K++ Na+ + MC4H4O6

M2+ + Na2H2I → Na2MI + 2H+

Hóa chất:

Trang 27

- Nước cất không có Amoniac.

- Dung dịch muối Xe-nhiet (Natri Kalitactract) 50%: Hòa tan 50g muốiKalitactract (KNaC4H4O6) trong 100ml nước cất không đạm

- Dung dịch NaOH 40%: cân 40g NaOH pha trong 100ml nước cấtkhông đạm

- Thuốc thử Nessler:

Nessler A: Kali Iotdua (KI) 36g pha trong 100ml nước cất Thủy ngânIIClorua (HgCl2) 13,55g pha trong bình định mức 1000ml với nước cất.Phahai dung dịch trên lại với nhau

Nessler B: Cân chính xác 50g NaOH hòa tan trong bình địnhnước100ml với nước cất vừa đủ 100ml

- Dung dịch hỗn hợp A và B: Nessler A(100ml) + Nessler B (30ml) Lắcđều hỗn hợp này, gạn phần nước trong Dung dịch bảo quản trong chainâu, nút nhựa hay cao su; tránh ánh sáng

Tiến hành:

- Pha loãng mẫu nước 10-1, 10-2, 10-3 lần tùy theo hàm lượng NH4+ cótrong mẫu

- Lấy 50ml nước mẫu

- Thêm 1ml muối Xe-nhiet 50%, lắc đều

- Thêm 1ml NaOH 40%

- Thêm 5 giọt thuốc thử Nessler

- So màu ở bước sóng 410nm

- Tiến hành song song một mẫu trắng

2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng Photphat (PO 4 3- ) trong nước

Nguyên tắc:

Phương pháp này dựa trên việc thủy phân poliphotphat trong môi trườngaxit để chuyển thành octophotphat hòa tan và ion PO43- sẽ cho một phức chấtmàu vàng chanh với thuốc thử Molybdat ammonium

PO43- +12(NH4)2M0O4+24H+ →(NH4)3PO4.12M0O3+ 21NH4+ + 12H2O

( α-phospho molybdat NH4+ )Dạng α-phospho molybdat NH4+, trong sự hiện diện của các chất khửnhư SnCl2,v.v dễ bị khử thành dạng β-phospho molybdat NH4+ có màu xanh

Trang 28

Cường độ màu đậm hay nhạt phụ thuộc vào hàm lượng ion PO43- có trongmẫu nước lúc ban đầu.

- Dung dịch SnCl2 : hòa tan 4,3g SnCl2.4H2O trong 10 ml HCl đặc, thếmnước cất đến đủ 100ml

- Dung dịch SnCl2 loãng: hút 5ml dung dịch SnCl2 vừa pha trộn trong 20mlHCl 5% sau một đợt phân tích bỏ đi và pha lại

Tiến hành:

- Cho 50ml mẫu nước vào bình tam giác

- Thêm 1,5ml hỗn hợp dung dịch (NH4)2M0O4/ H2SO4 lắc đều

- Thêm 3 giọt SnCl2 loãng, lắc đều Mùa xanh dương của Molybdenumxuất hiện

- So màu ở bước sóng 630nm

- Tiến hành song song một mẫu trắng

2.4.5 Phương pháp đo mật độ quang học (OD) để xác định tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis

Cơ sở của phương pháp đo mật độ quang dựa trên vùng ánh sáng mà

chất Chlorophyll trong tảo Spirulina platensis TN2-2 hấp thu mạnh nhất.

Mật độ quang (Optical Density: OD) của tảo được xác định bằng cáchlấy 5ml dung dịch tảo đưa vào máy quang phổ so màu ở bước sóng 670nm (làcực đại hấp thụ của sắc tố chlorophyll) Mẫu trắng tiến hành song song là môitrường nuôi chưa cấy tảo giống

Thực hiện đo OD 2ngày/lần

Trang 29

2.4.6 Phương pháp thu sinh khối tảo Spirulina platensis

Sinh khối tảo được thu hoạch 4ngày/lần bằng cách lấy 50ml dịch tảođem li tâm với tốc độ 4000 vòng/phút trong vòng 20 phút Sau đó lấy phần tảotươi ra trên giấy lọc đã sấy khô, đem sấy ở nhiệt độ 60°C trong vòng 4h

Cân chính xác khối lượng tảo sau khi đã sấy với cân điện tử có độ chínhxác 0,001g

2.5 Thiết kế thí nghiệm nuôi trồng Spirulina platensis có sử dụng nước

thải

Tiến hành pha môi trường trong các bình tam giác 1lít theo các côngthức:

- Công thức 1 (kí hiệu NT15): 150ml nước biogas đã lọc

Các công thức trên đều bổ sung thêm: 16g NaHCO3; 0,5g K2SO4; 1gmuối biển; 0,1g KH2PO4; 10mg FeSO4.7H2O; pH = 10 Định mức môi trườngđến 1lít bằng nước máy không chứa clo

Khử trùng môi trường bằng tia cực tím trong vòng 24h

- Công thức 6 (kí hiệu NTĐC): 1lít môi trường Schlosser đã vô trùng.Các bình tam giác trên rút bớt thể tích môi trường xuống còn 750ml Cấyvào mỗi bình 10% dịch tảo giống theo thể tích

Đặt các bình thí nghiệm trên giá có treo 2 bóng đèn neon 15klux cách15cm Nhiệt độ được duy trì ở mức 35°C, tốc độ sục khí 500ml/phút

Trang 30

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ

THẢO LUẬN

3.1 Kết quả xử lý nguồn nước thải biogas để nuôi sinh khối Spirulina

platensis TN2-2

3.1.1 Thiết kế mô hình lọc bằng cát

Phương pháp dùng để xử lý sơ bộ nước thải là phương pháp lọc cơ học,

sử dụng một số vật liệu lọc đơn giản, rẻ tiền Mục đích của quá trình lọc nướcthải nhằm loại bỏ một số chất rắn, cặn lơ lửng hoặc các hợp chất không tan cótác động kìm hãm sự phát triển của tảo

Mô hình lọc nước thải dung tích nhỏ từ trên xuống bao gồm:

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	18,98 MB