Đánh giá khả năng xử lý nước thải nuôi tôm bằng hệ thống quang sinh học màng (pmbr) kết hợp vi tảo chlorella vugaris quy mô phòng thí nghiệm

KHOA MÔI TRƯỜNG NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM BẰNG HỆ THỐNG QUANG SINH HỌC MÀNG PMBR KẾT HỢP VI TẢO CHLORELLA VUGA

KHOA MÔI TRƯỜNG

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM BẰNG HỆ THỐNG

QUANG SINH HỌC MÀNG (PMBR) KẾT HỢP VI TẢO CHLORELLA VUGARIS QUY

KHOA MÔI TRƯỜNG

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM BẰNG HỆ THỐNG QUANG SINH HỌC MÀNG (PMBR) KẾT HỢP VI TẢO CHLORELLA VUGARIS

QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

PHẠM THỊ THÚY VI

Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2022

KHOA MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: Công nghệ kỹ thuật môi trường LỚP: 07 ĐHMT 3

1 Tên Khóa luận:

“Đánh giá khả năng xử lý nước thải nuôi tôm bằng hệ thống quang sinh học màng

(PMBR) kết hợp vi tảo Chlorella Vugaris quy mô phòng thí nghiệm ”

2 Nhiệm vụ Khóa luận:

 Lấy mẫu nước thải nuôi tôm và đánh giá tính chất thành phần

 Nuôi cấy và phát triển sinh khối vi tảo Chlorella Vugaris tại phòng thí nghiệm

 Vận hành mô hình và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải nuôi tôm bằng hệthống quang sinh học màng (PMBR) kết hợp vi tảo Chlorella Vugaris quy môphòng thí nghiệm

 Đánh giá quá trình bẩn màng

3 Ngày giao nhiệm vụ:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

5 Họ và tên người hướng dẫn: ThS Trần Thành - ThS Trần Thị Vân Trinh

6 Phần hướng dẫn:

₋ ThS Trần Thành hướng dẫn chính về toàn bộ nội dung nghiên cứu đề tài

₋ ThS Trần Thị Vân Trinh hỗ trợ hướng dẫn hình thức và hỗ trợ nội dung đề tài

7 Ngày bảo vệ Khóa luận:

8 Kết quả bảo vệ Khóa luận:  Xuất sắc;  Giỏi;  Khá;  Đạt.

Nội dung Khóa luận tốt nghiệp đã được bộ môn thông qua

Ngày tháng nămNGƯỜI PHẢN BIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP HCM, ngày….tháng….năm 2023 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

SVTH : Phạm Thị Thúy Vi

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP HCM, ngày….tháng….năm 2023

SVTH : Phạm Thị Thúy Vi

TÓM TẮT vi

ABSTRACT vii

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 3

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU 3

TÍNH MỚI, TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan tình hình nuôi tôm 5

1.1.1 Sản lượng nuôi trồng và xuất khẩu tôm 5

1.1.2 Tính chất và thành phần nước thải nuôi tôm 7

1.1.3 Đánh giá tổng quan nghiên cứu về xử lý nước thải nuôi tôm 9

1.2 Tổng quan về tảo Chlorella 17

1.2.1 Giới thiệu về tảo Chlorella 17

1.2.2 Ứng dụng của tảo Chlorella 17

1.3 Tổng quan về ứng dụng tảo trong xử lý nước thải và các loại tảo thích ứng trong nước nhiễm mặn 19

1.4 Các ứng dụng màng MBR trong xử lý nước thải 20

1.4.3 Đánh giá ưu và nhược điểm của công nghệ MBR 35

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 Tiến trình thực hiện đề tài 37

2.2 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 37

2.2.1 Nguồn nước thải nghiên cứu 37

2.2.2 Nguồn sinh khối nuôi cấy thực nghiệm 41

2.3 Mô hình quang sinh học màng – membrane photobioreactor 42

2.3.1 Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý 42

2.3.2 Thông số thiết kế mô hình 44

2.3.3 Thông số vận hành của mô hình 45

2.3.4 Module màng 46

2.4 Phương pháp vận hành thích nghi của tảo trong mô hình với nước thải nuôi tôm .47

2.5 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải nuôi tôm của hệ mô hình PMBR 48

2.5.1 Lấy mẫu và tần suất lấy mẫu 48

2.5.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 49

2.5.3 Phương pháp đánh giá sinh khối tảo 50

2.5.4 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 54

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54

3.1 Đánh giá khả năng thích nghi của tảo và diễn biến các thông số môi trường trong mô hình quang sinh học màng 54

3.1.1 pH 54

3.1.4 Mật độ quang OD (Abs) 58

3.2 Đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng bằng mô hình quang sinh học màng kết hợp vi tảo 59

3.2.1 Khả năng loại bỏ chất hữu cơ trong xử lý nước thải nuôi tôm 59

3.2.2 Đánh giá loại bỏ và sử dụng nitơ của tảo trong mô hình PMBR 60

3.2.3 Đánh giá khả năng loại bỏ và sử dụng phospho của tảo trong mô hình PMBR 65

3.3 Đánh giá khả năng chuyển hóa sinh khối tảo trong quá trình xử lý nước thải nuôi tôm trong hệ mô hình PMBR 67

3.4 Đánh giá khả năng bẩn màng và áp suất chuyển màng 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

KẾT LUẬN 72

KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 81

dài Nếu mà nói dài thì lại như 1 lần chớp mắt, nếu mà nói ngắn thì trường lại là nơi

em tái sinh thêm 1 lần nữa

Em xin cảm ơn trường Đại học Tài nguyên Môi trường, nơi mà em được rèn luyện,dạy dỗ cũng như có những bài học đầu đời Em cảm thấy bản thân mình rất may mắnkhi được học ở môi trường em được thoải mái chứng tỏ bản thân mình, điều đó rấtquan trọng với em

Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy Cô Khoa Môitrường đã tận tình giảng dạy, truyền đạt và chia sẻ những kiến thức, kinh nghiệm cũngnhư hỗ trợ em trong suốt khoảng thời gian học tập và thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn mọi người đã luôn có mặt trên quãng đường làm khóa luậntốt nghiệp của em Với tình cảm chân thành và sâu sắc nhất, em luôn muốn cảm ơnthầy Trần Thành và cô Trần Thị Vân Trinh

Cô Trần Thị Vân Trinh là giảng viên đầu tiên hướng dẫn em về đồ án nước cấp,

em rất ấn tượng về cô vì cô rất là xinh đẹp Trong lòng em, cô Vân Trinh là mục tiêucủa mình, cô toát lên vẻ nữ quyền, vừa nghiêm khắc vừa trí thức Nên khi em quyếtđịnh làm khóa luận, em mong muốn khát khao, cô Vân Trinh sẽ đồng hướng dẫn khóaluận của em, vì em muốn được học hỏi cô những ngày cuối trên ghế nhà trường.Thầy Trần Thành, một người thầy đem tới những tầm nhìn mới cho em, em thậtmay mắn khi được làm việc với thầy 1 năm Em luôn thấy thật an toàn khi thầy luônđồng hành cùng em không chỉ với vai trò là 1 người thầy mà còn là 1 người bạn, đôikhi là 1 người cha Không chỉ sẵn sàng tin tưởng và bỏ thời gian, tiền bạc đầu tư cho 1sinh viên mới gặp, thầy còn tư vấn tâm lý cho em vào những ngày bất ổn

Lời cảm ơn gửi tới phòng thí nghiệm Viện Ứng Dụng Công Nghệ và Phát TriểnBền Vững, đã chào đón em và cung cấp phòng thí nghiệm, cơ sở vật chất hỗ trợ emtrong suốt khoảng thời gian học tập và thực hiện đề tài

chúng ta luôn đồng hành cùng nhau Cảm ơn 2 bạn rất nhiều.

Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Huỳnh Tiến Trung, em biết là khu vực nuôi tômcủa anh khá là khắc khe, không cho người ngoài vào khu vực của mình, nhưng anh đãcảm thông và hỗ trợ cho em để được lấy nước thải Em rất là biết ơn anh

Cuối cùng, cũng là người con biết ơn nhất cuộc đời này, đó là ba mẹ thân yêu củacon Chưa bao giờ ngừng tin tưởng con, luôn kịp thời đưa ra những bài học ngăn conphạm sai lầm Ba và mẹ là những bậc phụ huynh rất tuyệt vời, thật may mắn khi làmcon của ba mẹ

Lời cuối cùng, xin cảm ơn tất cả mọi người, đã cùng em đánh dấu cột mốc quantrọng trong cuộc đời em Xin cảm ơn mọi người

giá trị kinh tế cao Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực, lĩnh vực này cũng có nhiều tácđộng tiêu cực đến môi trường sống Nhiều đề tài nghiên cứu đã được thực hiện nhằm

xử lý nguồn nước ô nhiễm này, tuy nhiên việc sử dụng vi tảo vào xử lý nước thải nuôitôm vẫn chưa được nhiều sự quan tâm Đề tài nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải

nuôi tôm của tảo Chlorella Vulgaris trong mô hình quang sinh học màng PMBR Hai

quá trình đánh giá bao gồm giai đoạn thích nghi và giai đoạn đánh giá hiệu quả xử lývới tổng thời gian trong 101 ngày Hiệu suất loại bỏ các chỉ tiêu N-NO2-, N-NO3-, N-

NH4+, P-PO43-, COD trong nước thải nuôi tôm lần lượt là 88.552%, 76.15%, 84.58%,78,07%, 81.33% Sinh khối tảo phát triển ổn định từ 91.3 mg/l đến 327.69 mg/l, đạtmức trung bình khoảng 208 mg/L Đánh giá quá trình bẩn màng cho thấy thời giancần rửa màng khoảng 25 – 26 ngày Mặc dù nghiên cứu cần thêm nhiều giai đoạn,nhưng lợi ích cho môi trường và tiềm năng thu hồi sinh khối tảo là rất hứa hẹn

bringing many high economic values However, besides the positive side, this sectoralso has many negative environmental impacts Many research projects have beencarried out to treat this polluted water source However, the use of microalgae inshrimp farming wastewater treatment has not received much attention The study

aimed to evaluate the ability to treat shrimp aquaculture wastewater of Chlorella Vulgaris in the PMBR membrane photobiological model Two assessment processes,

including the adaptation phase and treatment efficiency evaluation phase, with a totalduration of 101 days The removal efficiency of N-NO2-, N-NO3-, N-NH4+, P-PO43-,COD in wastewater from shrimp farming was 88.552%, 76.15%, 84.58%, 78.07%,81.33%, respectively Algae biomass grew steadily from 91.3 mg/l to 327.69 mg/l,reaching an average level of about 208 mg/L Evaluation of the membrane foulingprocess shows that the time to wash the membrane is about 25 - 26 days Althoughfurther research is needed, the environmental benefits and potential for algae biomassrecovery are promising

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR… 21

Hình 2.1 Tiến trình thực hiện đề tài 28

Hình 2.2 Khu vực trại nuôi tôm lấy mẫu nước nuôi tôm nghiên cứu tại xã Bình Khánh, huyện Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh 29

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình nuôi tôm 30

Hình 2.4 Sơ đồ khối quy trình công nghệ xử lý PMBR sử dụng tảo xử lý 34

Hình 3.1 Sự thay đổi của pH trong toàn giai đoạn thích nghi và vận hành xử lý 47

Hình 3.2 Chỉ số oxy hòa tan (DO) trong toàn giai đoạn thích nghi và vận hành xử lý .48

Hình 3.3 Diễn biến chất rắn hòa tan (TDS) trong bể phản ứng 49

Hình 3.4 Diễn biến mật độ quang OD trong bể quang sinh học màng 50

Hình 3.5 Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm của mô hình PMBR .51

Hình 3.6 Hiệu quả sử dụng và loại bỏ N-NH4 của tảo trong nước thải nuôi tôm 53

Hình 3.7 Hiệu quả sử dụng và loại bỏ N-NO2 của tảo trong nước thải nuôi tôm 54

Hình 3.8 Hiệu quả sử dụng và loại bỏ N-NO3 của tảo trong nước thải nuôi tôm 55

Hình 3.9 Hiệu quả sử dụng và loại bỏ tổng nitơ trong nước thải nuôi tôm của hệ mô hình 56

Hình 3.10 Hiệu quả sử dụng và loại bỏ P-PO43- của tảo trong nước thải nuôi tôm 57

Hình 3.11 Tỷ lệ giữa sinh khối bay hơi và sinh khối cặn lơ lửng trong quá trình vận hành mô hình 58

Hình 3.12 Tỷ lệ giữa hàm lượng sinh khối tảo và chất rắn bay hơi MLVSS 59

Bảng 1.2 Dự án nghiên cứu ở Việt Nam về xử lý nước thải nuôi tôm 5 năm gần

nhất 9

Bảng 1.3 Các nghiên cứu xử lý nước thải nuôi tôm và thủy sản trong các năm gần 11

Bảng 2.1 Thành phần nước thải thay hàng ngày từ ao nuôi tôm 30

Bảng 2.2 Thành phần chính nước thải nuôi tôm tổng hợp 31

Bảng 2.3 Thành phần vi lượng của nước thải nuôi tôm tổng hợp 32

Bảng 2.4 Tính chất thành phần nước thải nuôi tôm tổng hợp 32

Bảng 2.5 Thông số thiết kế của hệ thống PMBR 36

Bảng 2.6 Thông số vận hành hệ thống PMBR 37

Bảng 2.7 Các thông số của màng MBR 38

Bảng 2.8 Vị trí và tần suất lấy mẫu 40

Bảng 2.9 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu thông số thử nghiệm 41

OLR Tải trọng hữu cơ

HRT Thời gian lưu nước

VASEP Hiệp hội chế biến và xuất khẩu Việt Nam

COD Nồng độ oxy hóa học

DO Oxy hòa tan

MỞ ĐẦUĐẶT VẤN ĐỀ

Xử lý nước thải nuôi tôm đang được thực hiện bằng phương pháp sinh học làphương pháp được đánh giá cao với ưu điểm không gây độc hại đến môi trường – sứckhỏe con người mà vẫn xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm dinh dưỡng thông thường [1,2] Mặc dù đã có một số nghiên cứu về xử lý nước thải có hàm lượng các chất hữu cơcao đặt biệt là nước thải nuôi tôm, nước lợ và nước biển vẫn còn hạn chế, chưa mangtính bao quát, chưa được sự quan tâm đúng mức của các cấp chính quyền nên nướcthải vẫn đang ảnh hưởng đến môi trường và dân sinh vùng lân cận Nhưng nhìnchung, các nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm bằng các dạng mô hìnhkhác nhau là rất nhiều và không khó Nhưng việc xử lý này gặp nhiều khó khăn khikhông khả thi về việc đầu tư một hệ thống xử lý tại các địa phương do quan ngại củangười nông dân Ngoài ra, trở ngại về nhân lực quản lý, vận hành hệ thống xử lý cũng

là vấn đề trọng điểm trong khi nhân công để nuôi tôm vẫn còn thiếu hụt Do đó, vấn

đề trọng điểm đặt ra là cần một hình thức xử lý nước thải nuôi tôm thích hợp với vấn

đề thực tế, cụ thể là cần một dạng hình thức xử lý theo dạng đầu tư Làm thế nào đểviệc đầu tư cho xử lý nước thải môi trường trở nên đáng giá và thu hoạch được nhiềulợi ích để khả thi trong vấn đề này là một bài toán cần cân nhắc

Do đó, trên thế giới phát triển quá trình xử lý nước thải bằng vi tảo lục [3].Việcứng dụng các vi sinh vật này để hấp thụ và tiêu hủy các chất hữu cơ, các chất gây ônhiễm môi trường từ nước thải nuôi tôm rất tiềm năng và bền vững Thông qua quátrình xử lý, vi tảo có khả năng sử dụng các chất ô nhiễm để tạo thành sinh khối mới.Sau quá trình xử lý, các sinh khối có thể thu hồi để tạo thành các sản phẩm mang lạicác giá trị kinh tế [4] Từ đó, việc sử dụng vi tảo trong xử lý nước thải đang là xuhướng mới với nhiều ưu điểm như đầu tư đơn giản, chi phí vận hành thấp, khả năngloại bỏ chất ô nhiễm cao và mang lại sinh khối sau xử lý có thể tận dụng làm nguồn

thức ăn giàu dinh dưỡng cho tôm, cá.

Trong nhóm vi tảo lục thì tảo Chlorella vulgaris có tiềm năng xử lý nước thải

công nghiệp rất lớn vì tốc độ sinh trưởng cao, năng suất sinh khối cao và dễ nuôitrồng, đặc biệt có thể thích nghi và phát triển tốt trong môi trường nước thải [5] TảoChlorella có thể thực hiện vai trò kép đó là vừa xử lý sinh học nước thải vừa có thể tạo

ra sinh khối chứa hàm lượng dinh dưỡng cao phục vụ cho nhiều nhu cầu về thức ăn

dinh dưỡng cho chăn nuôi Một số đề tài nghiên cứu sử dụng Chlorella để xử lý nước thải từ hầm ủ Biogas và những công trình nuôi Chlorella để thu sinh khối với kỹ thuật

nuôi đơn giản và ít tốn kém đã được thực hiện rất thành công Điển hình là nghiên cứu

xử lý sinh học nước thải dệt nhuộm bằng Chlorella vulgaris [6, 7] Nhìn chung có thể thấy tảo Chlorella vulgaris được ứng dụng tốt trong xử lý các loại nước thải khác như

một phương pháp xử lý thân thiện với môi trường

Như vậy, để hướng đến một giải pháp bền vững cho ngành nuôi trồng thủy hảisản nói chung và nuôi tôm nói riêng, nghiên cứu này được thực hiện để đề xuất thửnghiệm giải pháp vi tảo lục ứng dụng trong xử lý nước thải nuôi tôm Thông qua quátrình khảo sát trực tiếp sẽ lắng nghe được các khó khăn và mong muốn của người nuôitrồng tôm, từ đó tìm hiểu được các vấn đề tồn tại trong nuôi trồng tôm ảnh hưởng đếnmôi trường như thế nào Qua đó tìm kiếm các cơ hội để phát triển giải pháp cho loạihình nuôi trồng thủy hải sản này Dữ liệu của đề tài sẽ là tiền đề để phát triển cácnghiên cứu kế tiếp và sẽ là thông tin cho các nhà quy hoạch, nhà quản lý môi trường

có thể tham khảo để đề ra các chính sách cho khu vực nuôi trồng thủy hải sản thíchhợp

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu chung

Đánh giá khả năng xử lý nước thải nuôi tôm bằng hệ thống quang sinh học

màng (PMBR) kết hợp vi tảo Chlorella Vugaris quy mô phòng thí nghiệm.

Mục tiêu cụ thể

 Đánh giá khả năng thích nghi ban đầu của tảo trong môi trường nước nhiễmmặn

 Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình quang sinh học màng PMBR xử lý nướcthải nuôi tôm

 Đánh giá quá trình bẩn màng của mô hình PMBR trong thích nghi và xử lýnước thải nuôi tôm

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

 Lấy mẫu nước thải nuôi tôm và đánh giá tính chất thành phần

 Nuôi cấy và phát triển sinh khối vi tảo Chlorella Vugaris.

 Vận hành mô hình và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải nuôi tôm bằng hệ thống

quang sinh học màng (PMBR) kết hợp vi tảo Chlorella Vugaris quy mô phòng thí

nghiệm

 Đánh giá quá trình bẩn màng trong quá trình hoạt động mô hình

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu:

 Chủng tảo Chlorella vulgaris được nuôi cấy tại PTN Kỹ thuật môi trường –

Viện ứng dụng công nghệ và phát triển bền vững - Trường ĐH Nguyễn TấtThành Khu công nghệ cao (The Saigon Hi-Tech Park), đường D6, phường TânPhú, quận 9, thành phố Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh

 Nước thải nuôi tôm lấy tại ao nuôi tôm thẻ chân trắng thâm canh tại huyện Cần

Giờ

 Phạm vi nguyên cứu

 Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm

 Thời gian thích nghi của mô hình là 30 – 35 ngày

 Thời gian vận hành đánh giá hiệu quả xử lý trong 70 ngày thử nghiệm ở thời gianlưu sinh khối BRT 14 ngày

TÍNH MỚI, TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

 Ý nghĩa khoa học:

 Chứng minh được khả năng ứng dụng sinh khối Chlorella Vulgaris trong lĩnh

vực nuôi trồng thủy sản, giúp chủ động nguồn thức ăn trong lĩnh vực nuôitrồng thủy sản

 Hệ thống quang sinh học màng (PMBR) có khả năng xử lý nước thải cao hơncác ao ổn định chất thải truyền thống

 Sinh khối tảo cung cấp nhiều nhiên liệu sinh học tiềm năng

 Ý nghĩa kinh tế

 Hạ thấp chi phí xử lý nước thải

 Tiết kiệm được nguồn cung cấp thức ăn cho thủy sản Năng suất sinh khốitương đối thấp so với các công nghệ sử dụng bể phản ứng

 Ý nghĩa môi trường

 Cải thiện được nguồn nước nuôi trồng thủy sản, cân bằng hệ sinh thái xungquanh khu vực nuôi trồng thủy sản

 Kết quả của đề tài có thể được góp phần giảm tác hại ô nhiễm môi trường dohàm lượng dinh dưỡng cao từ nước thải nuôi tôm chưa qua xử lý xả thải ra môitrường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU1.1 Tổng quan tình hình nuôi tôm

1.1.1 Sản lượng nuôi trồng và xuất khẩu tôm

Việt Nam là quốc gia đứng thứ 3 thế giới về sản xuất tôm và đang dẫn đầu thếgiới về sản xuất tôm sú Giá trị xuất khẩu tôm Việt Nam trung bình khoảng 3 - 4 tỷUSD/năm Nghề nuôi tôm sú và tôm chân trắng đã đóng góp đáng kể trong sự pháttriển của kinh tế quốc gia, đây trắng là một trong hai tối tượng nuôi chủ lực của Việt

Nam (Báo cáo thống kê của Bộ NNPTNT, 2017) Tại thời điểm năm 2003, lần đầu tiên

kim nghạch xuất khẩu tôm vượt quá mức 1 tỉ USD, bằng khoảng 49% kim nghạchxuất khẩu thủy sản cả nước và chiếm khoảng 10% giá trị xuất khẩu tôm trên toàn cầu[8] đã nâng cao đời sống cho rất nhiều hộ dân trong vùng Được coi là một loại hải sản

có giá trị dinh dưỡng cao, hiện nay tôm đang là giống thủy sản được nuôi trồng nhiềunhất trên cả nước Trong tôm có chứa rất nhiều protein, là thành phần cần thiết đểcung cấp đạm cho cơ thể Ngoài ra, tôm còn chứa nhiều vitamin, photpho, kali, magie,một phần chất béo nên rất phù hợp với những người cần bổ sung dinh dưỡng, chínhđiều này khiến cho con tôm mang lại lợi nhuận về kinh tế rất cao, và các đầm nuôitôm được hình thành ngày càng nhiều [9]

Từ những năm 2010, nghề nuôi tôm đặc biệt là tôm sú và tôm thẻ chân trắngthật sự là ngành sản xuất có hiệu quả cao, góp phần quan trọng trong chiến lược pháttriển kinh tế nước ta Năm 2010, diện tích nuôi tôm từ 250.000 ha lên đến 478.000 hanăm 2011 và 540.000 ha năm 2013 Chỉ trong vòng 1 năm sau khi ban hành Nghịquyết 09, đã có 235.000 ha gồm ngập mặn được chuyển đổi thành ao nuôi tôm Đếnnăm 2013, cả nước có hơn 8000 trại tôm giống, nhưng vẫn tập trung chủ yếu ở miềnTrung và ĐBSCL với sản lượng đạt hơn 25 tỉ tôm Trên đà phát triển, hiệp hội chếbiến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP) dự báo xuất khẩu thủy sản năm 2018

sẽ đạt trên 8,5 tỉ USD, trong đó tôm vẫn giữ tỉ lệ áp đảo Tôm nước lợ hiện giữ 45%

kim ngạch xuất khẩu ngành thủy sản, đang có tín hiệu bứt phá mạnh trong nhiều nămqua và thời gian tới Có được sự tăng trưởng về sản lượng này chủ yếu là nhờ vào sựphát triển về số lượng của các trại nuôi hơn là sự tăng năng suất [10], [9] Từ đó, sảnlượng tôm quy hoạch đến 2020 và tầm nhìn 2030 đã có sự tăng trưởng mạnh cả vềchất và lượng Tổng sản lượng thủy sản sẽ lên đến 7 triệu tấn, trong đó thủy sản đánhbắt sẽ chiếm khoảng 35% và thủy sản nuôi trồng chiếm khoảng 65% Giá trị xuất khẩuhải sản sẽ đạt khoảng 11 tỷ USD, với tốc độ tăng trưởng bình quân mỗi năm là 7–8%(trong giai đoạn 2011-2020) [11] Theo ước tính của Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩuthủy sản Việt Nam (VASEP), trong giai đoạn 5 năm (2015-2020), ngành tôm ViệtNam đã đạt được những kết quả tích cực trong sản xuất và xuất khẩu, đạt tăng trưởngtrung bình năm là 4% Diện tích nuôi tôm tăng trung bình 1,4%/năm, sản lượng tăngtrung bình 5,7%/năm, chủ yếu nhờ năng suất nuôi tôm chân trắng cải thiện Đáng nói,sản lượng tôm chân trắng tăng gần 41% sau 5 năm, với mức tăng trung bình 9% mỗinăm Trong khi đó, sản lượng tôm sú tăng trung bình 1,2% và chỉ tăng 3,1% sau 5năm, năng suất không có sự tăng trưởng đáng kể so với tôm chân trắng

Tháng 6/2022, xuất khẩu tôm của Việt Nam ước đạt 50 nghìn tấn, trị giá 500triệu USD, tăng 11,1% về lượng và tăng 19,62% về trị giá so với cùng kỳ năm 2021.Nửa đầu năm 2022, xuất khẩu tôm của Việt Nam ước đạt 233,63 nghìn tấn, trị giá2,33 tỷ USD, tăng 22,4% về lượng và tăng 35,82% về trị giá so với cùng kỳ năm2021

Trong 6 tháng đầu năm 2022, xuất khẩu tôm được hưởng lợi khi giá tăng mạnh

so với cùng kỳ năm 2021 Giá xuất khẩu trung bình tôm của Việt Nam trong tháng5/2022 đạt 9,96 USD/kg, tăng 0,85 USD/kg so với tháng 5/2021 Tính chung 5 thángđầu năm 2022, giá tôm xuất khẩu trung bình của Việt Nam đạt 9,98 USD/kg, tăng11,5% so với cùng kỳ năm 2021

Hình 1 1 Sản lượng tôm xuất khẩu của Việt Nam năm 2021-2022

Nguồn: VASEP, Shirmp Panel Estimates

1.1.2 Tính chất và thành phần nước thải nuôi tôm

Tính chất và thành phần nước thải nuôi tôm có những đặc trưng ô nhiễm riêng

do đó cần được đánh giá và tìm ra loại hình xử lý riêng

Bảng 1.1 Tính chất nước thải nuôi tôm của một số nghiên cứu tổng quan

2.2- 0.7

10.5- 15.8

11.2-

2.9 8.2

5.2 12.2

0.1- 5.6  -

4.5-0.01 5- 0.03 

65-

20-60 1-10 0.1-5 0.4-3 5-20

12

là 1,04; 2,39; 6.06 và 2,50 ppm và trong các mẫu bùn tương ứng là 734,61; 820,49;2615,96; 426,31 ppm (tùy theo độ ẩm của bùn) Những hóa chất này đi vào hệ sinhthái rừng ngập mặn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ động thực vật tại đây đồng thờigây mất cân bằng sinh thái và suy thoái khu sinh thái vùng ven biển Huỳnh Thị Tú vàcộng sự đã có khảo sát tình hình sử dụng thuốc - hóa chất trong nuôi tôm và sự tồn lưucủa enrofloxacin và furazolidone trong tôm sú (Penaeus monodon) cho thấy nhiều loạithuốc kháng sinh, thuốc trừ sâu, thuốc diệp tạp và thuốc tẩy trùng được sử dụng trongnuôi tôm Kháng sinh nhóm fluoroquinolones (enrofloxacin, norfloxacin and oxolinicacid) được sử dụng nhiều nhất Chi phí thuốc và hóa chất chiếm tỉ trọng lớn trong tổng

chi phí sản xuất (24,8%) Trong đó, Mức tồn của furazolidone (AOZ) trong tôm khálâu, sau khi dừng cho ăn kháng sinh 7 ngày thì độ tồn lưu của AOZ là 306 ppb và sau

28 ngày là 115 ppb trong bể thí nghiệm Đồng thời mức đào thải của enrofloxacintrong tôm rất nhanh Trong bể nuôi thì sau khi dừng cho ăn thức ăn có kháng sinh 7ngày thì mức tồn lưu chỉ còn 17,3 ppb và sau 28 ngày là 10 ppb Trong mô hình nuôithâm canh, không phát hiện độ tồn lưu enrofloxacin trong cơ tôm sau 7 ngày ngừngcho tôm ăn thức ăn có enrofloxacin [21]

Như vậy, có thể thấy việc sử dụng nhiều các loại thuốc, hóa chất, đặc biệt làcác loại thuốc kháng sinh trong nuôi tôm có thể dẫn đến những tác động tiêu cựckhông nhỏ cho môi trường vùng nuôi

1.1.3 Các giải pháp xử lý nước thải nuôi tôm và khó khăn

1.1.3.1 Các nguyên cứu về xử lý nước thải nuôi tôm

Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải nuôi tôm, đầu vào từ kiểm soátlượng thức ăn và thuốc sử dụng, đến các phương pháp xử lý nước thải đầu ra và phốihợp hòa trộn với chu trình thủy văn Dưới đây là các giải pháp không sử dụng hóachất để xử lý nước thải đầu ra của hồ nuôi

Sử dụng các hệ vi sinh vật

Dùng các chủng loại vi sinh, tập hợp các thành phần men ngoại bào của quátrình sinh trưởng vi sinh; các enzyme ngoại bào tổng hợp; các chất dinh dưỡng sinhhọc, khoáng chất kích hoạt sinh trưởng ban đầu và xúc tác hoạt tính có tác dụngphân giải chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan từ phân tôm, các thức ăn thừa tích

tụ để tạo sự ổn định, duy trì chất lượng nước và cả màu nước trong ao hồ Giải phápnày có hai hướng:

Phương pháp hiếu khí: sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để xử lý Nhómnghiên cứu Phan Thị Hồng Ngân và Phạm Khắc Liệu (Đại học Huế) ứng dụngcông nghệ xử lý hiếu khí với lớp đệm ngập nước (Submerge Aerated Fixed Bed -

SAFB), sử dụng bùn hoạt tính hiếu khí đã thích nghi, xử lý tốt nước thảinuôi trồng thủy sản nước lợ với hiệu suất loại COD đạt 73,7%, loại NH4-Nđạt 97,4% Phương pháp hiếu khí có thời gian lưu bùn dài còn tạo điều kiện cho sựsinh trưởng và hoạt động của vi khuẩn nitrate hóa.

Phương pháp kỵ khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí để xử lý Đây

là phương án thường được sử dụng để xử lý nước thải, đặc biệt thông dụng

là bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy nghịch (Upflow Anaerobic Sludge Blanket –UASB) Công nghệ này phân phối nước thải từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí đểtiến hành quá trình phân hủy chất hữu cơ bằng các vi sinh vật kỵ khí Hệthống tách pha phía trên sẽ tách các pha rắn-lỏng-khí để tách các chất khí, chuyển bùnxuống đáy bể và dẫn nước sau xử lý ra ngoài Nghiên cứu của Mirzoyan N và Gross

A công bố tại NCBI cho thấy, bể phản ứng UASB ứng dụng tốt trong xử lý nước thảinuôi thủy sản nước lợ, giảm 81% chất rắn lơ lửng (TSS), 98% COD, 92% chất

dễ bay hơi

Sử dụng hệ động thực vật

Có thể tiến hành hấp thụ các chất ô nhiễm dựa trên cơ sở quá trình chuyển hóavật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn Thường người ta dùng thực vậtphù du, tảo hay rong để hấp thụ nitơ, phốtpho và carbon, trong nước thải để tăngsinh khối Một nghiên cứu của Phân viện Khoa học vật liệu Nha Trang về khả năng xử

lý môi trường ưu dưỡng ở các ao nuôi tôm sú chuyên canh cho thấy, rong sụn có khảnăng hấp thụ một lượng muối ammonia rất lớn với tốc độ cao Chỉ sau 24 giờ, với mật

độ rong 400 g/m2, hàm lượng ammonia trong nước giảm trên 20% Ðến ngày thứ 5lượng ammonia giảm đi hơn 80% và đến ngày thứ 10, ammonia chỉ còn 10% sovới ban đầu Ðối với phosphate, sau 24 giờ rong sụn hấp thụ được từ 30-60%.Nghiên cứu của Ngô Thị Thu Thảo và cộng sự về ảnh hưởng của việc nuôi kết hợpcác mật độ rong sụn với tôm chân trắng cũng kết luận: rong sụn giúp cải thiện chấtlượng môi trường và nâng cao chất lượng tôm nuôi, sinh khối rong ở mức 400-800

g/m3 là phù hợp cho mô hình nuôi kết hợp.Trong chuỗi thức ăn, người ta cũng dùngcác động vật bậc một ở vùng nước ven biển như nghêu, sò huyết, vẹm, hàu để tiêuthụ thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy hay các loài cá ăn thực vậtphù du và mùn bã hữu cơ như cá măng, cá đối, cá rô phi Nghiên cứu của tác giảDương Thị Thành (Đại học Bách Khoa TP.HCM) cho thấy tảo Tetraselinmis sp.

và nhuyễn thể hai mảnh là một giải pháp phù hợp để xử lý nước thải nuôi tôm côngnghiệp, bảo vệ môi trường [22] Đại học Nông Lâm Huế cũng có nghiên cứu về khảnăng xử lý chất hữu cơ của cá rô phi, cá đối và ốc đinh trong nước thải nuôi tôm chântrắng thâm canh Kết quả cho thấy, với nước thải đầu vào có các thông số ôxy hòatan, NH4+, BOD5, COD, TSS, Coliform vượt quá ngưỡng giới hạn của thông tư

44/2010/TT-BNNPTNT và QCVN 11:2008/BTNMT nhiều lần, sử dụng một tỉ lệthích hợp các đối tượng nuôi đã giúp nước sau xử lý đạt yêu cầu quy định, tuy chỉ

tiêu Coliform vẫn còn cao hơn ngưỡng cho phép.

Sử dụng hệ đất ngập nước

Là giải pháp có thể ứng dụng ở những nơi có nhiều diện tích đất trống,tuy hiệu quả xử lý không cao bằng các phương án khác Nguyên lý thực hiện dựavào sự cộng sinh giữa vi sinh vật và thực vật để xử lý nước, thông qua cácquá trình phân hủy kỵ khí hay hiếu khí của vi sinh vật và quang hợp của thực vật.Nghiên cứu của Nguyễn Thị Thảo Nguyên và cộng sự ở Đại học Cần Thơ vềkhả năng xử lý nước nuôi thủy sản thâm canh bằng hệ thống đất ngập nước kiếntạo cho thấy, hệ thống đất ngập nước chảy ngầm đứng (VF) có nồng độ NH4-N, tổngnitơ, PO4-P và tổng phốtpho trong nước bể nuôi thấp hơn so với hệ thốngchảy ngầm ngang (HF) Ngoài ra, hệ thống VF giúp cải thiện điều kiện ôxy trongnước bể nuôi Theo ước tính cân bằng dinh dưỡng, hệ thống VF có thể loại

bỏ 74% nitơ và 69% phốtpho trong nước bể nuôi, trong khi hệ thống HF loại bỏđược 86% nitơ và 72% phốtpho Rừng ngập mặn là hệ sinh thái đất ngập nước, có thể

sử dụng như bể lọc sinh học cho các chất ô nhiễm do nuôi trồng thủy sản ven biển.Nghiên cứu của Dominique Gautier và cộng sự về việc sử dụng các vùng đất ngập

1.1.3.2 Đánh giá tổng quan nghiên cứu về xử lý nước thải nuôi tôm

Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải nuôi tôm, đầu vào từ kiểm soátlượng thức ăn và thuốc sử dụng, đến các phương pháp xử lý nước thải đầu ra và phốihợp hòa trộn với chu trình thủy văn Các giải pháp xử lý nước thải nuôi tôm đã đượcnghiên cứu và phát triển công nghệ gần nhất trong 5 năm qua có thể kể đến theo bảngsau

Bảng 1.2 Dự án nghiên cứu ở Việt Nam về xử lý nước thải nuôi tôm 5 năm gần nhất.

Long

 Đánh giá khả năng cấp, thoát và tính cân bằng nước cho khu vực nuôi tôm ven biển Bắc bộ và vùng nuôi cá tra đồng bằng sông Cửu Long theo công nghệ tuần hoàn nước

 Giải pháp xử lý nước cấp và nước thải nuôi tôm ven biển Bắc bộ và vùng nuôi các tra đồng bằng sông Cửu Long theo công nghệ tuần hoàn nước.

Nguyễn Hồng Sơn

Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn KC.08.26/1 1-15

2021 Nghiên cứu xây dựng mô

 Phát triển thành công mô hình xử lý nước

Lê Hữu Quỳnh Anh

Nhà nước/ ĐTĐL.CN

- 51/18

thải ao nuôi tôm đạt tiêu chuẩn chất lượng và có khả năng tái sử dụng trên cơ sở các công nghệ đã được xây dựng ở Đức.

Gần đây nhất là dự án cấp nhà nước của Quỳnh Anh và cộng sự năm 2021,được triển khai ở Bạc Liêu, mô hình xử lý của nhóm gồm có hồ trữ nước điều hòa, hồsinh học, hồ đất ngập nước kiến tạo và hồ cấp nước tuần hoàn sau khi xử lý Với cáchthiết kế này, nước thải từ ao nuôi tôm sẽ được bơm qua lưới lọc thô đến hồ điều hòarồi sau đó được bơm vào hồ sinh học để xử lý bậc một Tại hồ sinh học, vi sinh vậthiếu khí sẽ chuyển hóa các thành phần ô nhiễm hữu cơ như BOD, COD, còn tảo cósẵn trong hồ sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng trong quá trình quang hợp và sản xuấtsinh khối (hồ cũng sẽ kết hợp nuôi cá mật độ thấp để kiểm soát sự phát triển của tảo).Đồng thời, các cây trồng trên bè nổi (chiếm khoảng 20% diện tích) của hồ sinh họccũng hấp thu các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho dư thừa thông qua rễ, thân,nhánh, từ đó đem lại hiệu quả xử lý nước thải tổng thể Sau khi được xử lý ở hồ sinhhọc, nước thải sẽ được bơm vào hồ tiếp theo là hồ đất ngập nước kiến tạo để xử lý lầnhai Tại hồ này, nhóm nghiên sử dụng các vật liệu lọc như đá, cát, sỏi và trên bề mặttrồng các loại thực vật có khả năng chịu mặn cao tương tự như ở hồ sinh học để loại

bỏ triệt để các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất dinh dưỡng và vi sinh vật trong nướcthải Sau khi xử lý xong, nước thải đạt tiêu chuẩn sẽ được đưa vào hồ trữ nước và cấptrở lại cho ao nuôi tôm

Bảng 1.3 Các nghiên cứu xử lý nước thải nuôi tôm và thủy sản trong các năm gần

đây

Năm Nước thải Phương pháp xử

Tham khảo

2021 Nuôi tôm thẻ Mô hình đất ngập Xử lý COD giảm 66.3% [23]

Hiệu suất lần lượt NO2-,

NO3-, NH4 và Photphotổng số là : 56%, 76.25%,65%, 78.07%

Hiệu quả xử lý PO43- vẫncòn khá thấp Quá trìnhnitrat hóa diễn ra tốt, dẫnđến nồng độ NO3 - ở đầu racác tải trọng nghiên cứuthường rất lớn

Trong điều kiện vận hành

ổn định, với tải nạp BOD5

đầu vào 1,54 kgBOD/m3.ngày-1, tải nạpCOD cho ngăn yếm khí là44,8 kg COD/m3.ngày-1,tổng thời gian lưu nước tại

5 ngăn của bể Bardenpho là

8 giờ, nước thải đầu ra đạt

[26]

QCVN11-MT:2015/BTNMT cột

A ở các thông số theo dõigồm pH, BOD5, COD, SS,N-NH4+, TN, TP

Theo QCVN02-19:2014/BNNPTNT, giátrị H2S có nồng độ gấp 8-24lần quy chuẩn ( 0,05 mg/l) Giá trị BOD, COD, amonia(NH3&NH4) đảm bảo chấtlượng nước nằm trongngưỡng cho phép của quy

Xử lý sinh học nitơ thôngqua quá trình nitrat hóa/

quá trình khử nitrat chothấy việc loại bỏ nhất quántổng nitơ ở tất cả các mức

[28]

xử lý, với điều kiện là phảithích nghi đủ với từng mức

₋ Chất lượng nước nuôi đầu ra chưa thật sự ổn định, các công nghệ dựa trên visinh hoặc thực vật thông thường bị suy giảm hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm khi độ mặndao động theo mùa trong năm

₋ Chi phí đầu tư cho các công nghệ xử lý khá tốn kém Chi phí này bao gồm diệntích đất xây dựng, chi phí xây dựng, chi phí vận hành và bảo trì định kì

₋ Các sản phẩm sau xử lý sinh ra, một số có thể tái sử dụng làm sinh khối, cònmột số công nghệ sinh ra chất thải là bùn thải, điều này sẽ làm gia tăng chi phí xử lýsau cùng

₋ Các công nghệ cần nhiều bước và quá trình xử lý phức tạp, cần nhân lực cóchuyên môn vận hành hệ thống xử lý Vấn đề này sẽ gây khó khăn khi chuyển giaocông nghệ hoặc ứng dụng trên quy mô rộng hơn

Do vậy, việc tìm ra một công nghệ xử lý nước thải nuôi tôm hướng đến tuầnhoàn nước, ngăn ngừa phát sinh ô nhiễm, hạn chế dịch bệnh và sử dụng thuốc khángsinh, mang lại giá trị kinh tế thặng dư sau quá trình xử lý là rất cấp thiết

1.2 Tổng quan về tảo Chlorella

1.2.1 Giới thiệu về tảo Chlorella

Tảo Chlorella được phân loại như sau:

Chlorella vulgaris được tìm thấy có khả năng kháng tế bào u

bướu, giảm huyết áp, tăng khả năng miễn dịch ở người Tảo được sửdụng chủ yếu để xử lý môi trường (làm sạch không khí và nước), mỹphẩm, làm thức ăn cho thủy sản, người và động vật

Chlorella vulgaris là loài có tiềm năng sản xuất biodiesel vì tốc

độ sinh trưởng cao, năng suất sinh khối cao và dễ nuôi trồng, đặcbiệt có thể nuôi trong môi trường nước thải (Liu et al (2008)) Hơnnữa, chúng có khả năng hấp thụ CO2 (Jeong and M Gillis (2003)) cóhàm lượng lipid dao động từ 5 - 58% khối lượng

1.2.2 Ứng dụng của tảo Chlorella

 Nuôi tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học (NLSH)

Hiện nay tảo Chlorella có rất nhiều ứng dụng như sản xuất nhiên liệu sinh học,

xử lý nước thải, trong nông nghiệp, sản xuất dược phẩm và mỹ phẩm

Trong sản xuất nhiên liệu sinh học, ở nhiều nơi người ta nuôi trồng tảo

Chlorella với số lượng lớn để sản xuất ethanol sinh học, diesel sinh học, butanol sinh

học, methanol sinh học và các loại nhiên liệu sinh học khác

TS Trương Vĩnh và các cộng sự ở ĐH Nông Lâm TP.HCM vừa có những kết quả nghiên cứu cho thấy tảo biển Chlorella có nhiều triển vọng ứng dụng tại VN, là

nguồn sản xuất biodiesel phong phú mà không xâm hại an ninh lương thực như nhữngloại cây trồng lấy dầu biodiesel khác Đặc biệt, tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có

đủ ánh sáng, kể cả vùng hoang hoá, nước mặn, nước thải, lại có khả năng làm sạch môi trường nước thải

Trên thế giới, tảo Chlorella đã được nhiều tác giả nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu biodiesel sinh học Ý tưởng sản xuất Biodisel từ vi tảo có từ lâu (Chisti Y, 1980) Năm 1994, Roessler và cộng tác viên đã nghiên cứu sản xuất biodiesel từ vi tảo, sau đó nhiều tác giả khác đã nghiên cứu

Năm 2015, Thụy Sĩ đóng góp vào việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo [28]

 Vai trò khác

Trong nông nghiệp, tảo Chlorella có thể được sử dụng để thu giữ phân bón, sau khi thu hoạch, tảo Chlorella lại được sử dụng làm phân bón Tảo Chlorella cũng có thể được sử dụng như chất cải tạo đất hoặc thức ăn gia súc Tảo Chlorella phát triển

tốt cả trong các điều kiện khắc nghiệt và không đòi hỏi nhiều chất dinh dưỡng, chúng

có thể được nuôi trồng ở những nơi không thích hợp cho sản xuất nông nghiệp không cạnh tranh về đất canh tác

Trong sản xuất dược phẩm và mỹ phẩm, tảo Caragen là chất ổn định hóa có hiệu

quả, được sử dụng trong các sản phẩm sữa hoặc mỹ phẩm Ngoài ra tảo còn được sử dụng để làm thức ăn cho thủy sinh vật

Với những lo ngại ngày càng tăng về sự nóng lên toàn cầu và phát thải khí nhàkính, nhóm tác giả Keffer và cộng sự vào năm 2002 đã có một số phương pháp tiếpcận được đề xuất để quản lý mức độ CO2 thải vào khí quyển bằng phương pháp sửdụng hệ thống đã được thiết kế như máy phản ứng quang học kết hợp với chủng tảo

Chlorella vulgaris để giảm thiểu CO2 [29]

Kết quả của cuộc thí nghiệm Ma et al năm 2014 chỉ ra được rằng tảo Chlorellavulgaris có khả năng xử lý các chất hữu cơ rất tốt Nghiên cứu tiến hành cho việc nuôi

trồng tảo ngay trong nước thải sinh hoạt có hàm lượng với nồng độ COD là 2613,3mg/l mà đối với mẫu không tiệt trùng (Raw centrate – RC) và 2786,7 mg/l mà đối vớimẫu tiệt trùng (Autoclave centrate – AC) ở tại 4 nồng độ của tảo ban đầu khác nhau0,02 g/L; 0,05 g/L; 0,1 g/L và 0,2 g/L.

1.2.3 Tổng quan về ứng dụng tảo trong xử lý nước thải và các loại tảo thích ứng trong nước nhiễm mặn

Xử lý nước thải bằng vi tảo là một biện pháp xử lí thân thiện với môi trườngđồng thời đem lại lợi ích cả về loại bỏ chất ô nhiễm và sản xuất sinh khối Một số thínghiệm đã tiến hành để kiểm tra sự chuyển hóa đạm TN và TP ra khỏi môi trườngnước thải Vi tảo C vulgaris được sử dụng để loại bỏ nito và photpho trong nước, hiệuquả trung bình 72% đối với nito và 28% đối với photpho (3 – 8 mg/l NH4+ và 1.5 – 3.5mg/l PO43-) [30] Một số loài vi tảo được sử dụng rộng rãi cho mục đích loại bỏ nito,

photpho là Chlorella ([31, 32]), Scenedesmus [33] và Spirulina [34] Hiệu quả xử lý của Nannochloris [35], Botryococcus brauinii [36] và Phormidium bohneri ([37],[31])

đang được nghiên cứu Đối với quá trình loại bỏ các hợp chất độc hại, sử dụng vi tảogiúp tạo ra oxy để vi sinh vật sử dụng phân hủy sinh học các chất ô nhiễm ví dụ nhưchất PAHs, phenol, các chất hữu cơ hòa tan Oxy từ vi tảo giúp giảm bớt lượng oxycần cung cấp cho vi sinh vật (Munoz et al., 2006)

Một số đề tài nghiên cứu sử dụng Chlorella để xử lý nước thải từ hầm ủ biogas

và những công trình nuôi Chlorella để thu sinh khối với kỹ thuật nuôi đơn giản và ít

tốn kém đã được thực hiện rất thành công [38] Hala Yassin El-Kassas, LailaAbdelfattah Sallam (2014) đã nghiên cứu xử lý sinh học nước thải dệt nhuộm bằng

Chlorella Vulgaris [39] Liang Wang cùng cộng sự (2010), đã thực hiện thí nghiệm trồng tảo xanh Chlorella sp trong các nguồn nước thải khác nhau từ nhà máy xử lý

nước thải đô thị [5]

Vi tảo cũng đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu hơn đến việc xử lý nướcthải nhiễm mặn vì chúng có thể thích ứng với nhiều cấp độ mặn Vi tảo có thể thích

nghi với chất thải nhiễm mặn nước thông qua cơ chế thay đổi trong nhận dạng sinhhóa, năng suất sinh khối, sắc tố sự hình thành và hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ônhiễm [40] Sinh khối sinh ra và sắc tố là sản phẩm quá trình xử lý có thể mang lại lợiích kinh tế khi chúng được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, nhiên liệu sinh học, vậtliệu sinh học và chăm sóc sức khỏe [41, 42] Trong khi Na+ chỉ có lợi cho vi tảo ởnồng độ dinh dưỡng nhỏ dưới 100 mg/L; khi độ mặn cao hơn sẽ cản trở, giảm tốc độđồng hóa các chất dinh dưỡng và làm trầm trọng thêm sự phát triển của tảo [43].Trong hỗn hợp nước thải có độ mặn cao và nước ngọt (0,93 đến 3,2% NaCl),

Spirulina platensis đã loại bỏ các chất ô nhiễm như vậy ở mức độ lớn [42] Hiệu quả

loại bỏ nitơ, phốt pho và COD tương ứng tỷ lệ là 79,96%, 93,35% và 90,02%, vớinồng độ tương ứng là 15.69, 1.03 và 90.24 mg/L

1.3 Tổng quan bể phản ứng sinh học (PMBR) trong xử lý nước thải

1.3.1 Tổng quan màng MBR

Công nghệ sinh học màng (MBR) nổi lên như là một công nghệ xử lý nước thảiđược lựa chọn trong quá trình bùn hoạt tính (ASP), một công nghệ xử lý nước thảithành phố thông thường trong thế kỷ qua Trong thực tế, MBR là một trong những đổimới quan trọng nhất trong xử lý nước thải vì nó vượt qua những hạn chế của ASPthông thường, bao gồm yêu cầu về không gian lớn đối với máy làm sạch thứ cấp, cácvấn đề tách lỏng, rắn, sản xuất bùn dư thừa, và những hạn chế trong việc loại bỏ cácbiện pháp bảo vệ MBR đã được sử dụng cho cả xử lý nước thải đô thị và côngnghiệp và cải tạo Một MBR là một hỗn hợp của một hệ thống xử lý sinh học thôngthường và sự tách rời lỏng - rắn bằng cách sử dụng lọc màng trong một hệ thống

Xử lý nước thải bằng công nghệ MBR là một kĩ thuật mới dựa trên việc ứngdụng kết hợp bể sinh học bùn hoạt tính lơ lửng SBR và màng vi lọc sợi rỗng MBR.Trong điều kiện bể bùn hoạt tính lơ lửng SBR, khí được cấp liên tục giúp các vi sinhvật sống, tăng trưởng, xử lý các chất hữu cơ trong nước thải và bùn cùng các vi sinhvật sinh ra từ quá trình sinh học hiếu khí trên sẽ được giữ lại thông qua cơ chế màng

Màng lọc MBR được đặt trong bể sinh học hiếu khí lơ lửng Aerotank

Nước thải được thẩm thấu qua màng lọc vào ống mao dẫn nhờ những vi lọc cókích thước rất nhỏ từ (0.01 ~ 0.2 µm), chỉ cho nước sạch đi qua giữ lại bùn, chất rắn

vô cơ, hữu cơ, vi sinh trên bề mặt màng

Hệ thống bơm bút sẽ hút nước từ ống mao dẫn ra bể chứa nước sạch, bơm hútđược cài đặt hoạt động 10 phút chạy, 1-2 phút ngừng hoạt động tùy theo mức hiệuchỉnh

Khi áp suất trong màng vượt quá áp suất 50kpa so với bình thường (từ 10 – 30kpa) thì hệ thống bơm hút sẽ ngừng hoạt động, đồng thời kích hoạt bơm rửa ngược đểrửa màng đảm bảo màng không bị tắc nghẽn

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ màng lọc sinh học

MBR

     - Dynamic state bioreactor:  bể sinh học thể động;

     - Membrane separation tank: bể lọc tách bằng màng;

     - KMS hollow fiber membrane: màng sợi rỗng KMS;

     - OER (oxygen exhausted reactor): bể yếm khí;

     - Suction pump (permeate): bơm hút (nước sau xử lý);

     - Effluent: đầu ra

Điểm cải tiến của công nghệ này chính là cơ chế màng vi lọc sợi rỗng Màng vilọc gồm nhiều sợi rỗng nhỏ Nước thải sau quá trình sinh học hiếu khí chảy qua màng,vào trong các ống rỗng Nước, bùn thải, N, P, các vi sinh vật gây bệnh, cùng trong ốngrỗng, xung quanh ống rỗng là các lỗ màng cực nhỏ, có đường kính tính bằngmicromet, các lỗ màng cực nhỏ này cho phép giữ lại các chất có kích thước lớn hơn

và cho những chất nhỏ hơn đi qua Trong trường hợp này bùn sinh ra cùng các vi sinhvật ô nhiễm khác sẽ bị giữ lại, chỉ có nước thấm qua

1.3.2 Cơ chế hoạt động của bể phản ứng quang sinh học – PMBR

Công nghệ xử lý nước thải sử dụng màng lọc MBR là công nghệ hiện đại vàđược sử dụng khá phổ biến hiện nay Công nghệ PMBR kết hợp của cả phương phápsinh học và lý học Mỗi đơn vị MBR được cấu tạo gồm nhiều sợi rỗng liên kết vớinhau, mỗi sợi rỗng lại cấu tạo giống như một màng lọc với các lỗ lọc rất nhỏ mà một

số vi sinh không có khả năng xuyên qua Các đơn vị MBR này sẽ liên kết với nhauthành những module lớn hơn và đặt vào các bể xử lý

Sau khi xử lý sơ bộ nước thải sẽ được đưa vào bể hiếu khí (bể Aerotank) có sửdụng màng lọc sinh học MBR Tại đây, nước thải sẽ được thấm xuyên qua vách màngvào ống mao dẫn nhờ những lỗ rỗng cực nhỏ từ 0,01-0,2 μm Màng chỉ cho nước sạch

đi qua còn những tạp chất rắn, hữu cơ, vô cơ sẽ được giữ lại trên bề mặt màng Nướcsạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng, lọc và khửtrùng

Sau khi xử lý sơ bộ nước thải sẽ được đưa vào bể hiếu khí (bể Areotank) có sửdụng màng lọc sinh học MBR Tại đây, nước thải sẽ được thấm xuyên qua vách màngvào ống mao dẫn nhờ những lỗ rỗng cực nhỏ từ 0,01-0,2 μm Màng chỉ cho nước sạch

đi qua còn những tạp chất rắn, hữu cơ, vô cơ sẽ được giữ lại trên bề mặt màng Nướcsạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng, lọc và khửtrùng

Quá trình xử lý nước thải bằng màng MBR gồm hai giai đoạn là giai đoạnnitrite hóa bán phần và khử nitrite Bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng trong bể thiếukhí được kết hợp với công nghệ lọc màng nhằm tách hai pha rắn - lỏng do đó nồng độbùn duy trì trong bể thiếu khí cao, thời gian lưu bùn kéo dài để đạt hiệu quả tối ưutrong việc khử nitơ và ammoni Màng MBR thường có hai dạng: dạng sợi và dạngtấm

1.3.3 Vai trò của vi sinh vật trong bể phản ứng quang sinh học

Hệ vi sinh vật trong các quá trình này bao gồm tất cả các loại vi khuẩn và các

Eucarya cực nhỏ, có thể được phân thành 5 nhóm chính: các sinh vật dạng bọt khí,thực vật hoại sinh, các vi khuẩn nitrat hóa, động vật ăn thịt và các sinh vật gây hại

Các vi sinh vật dạng bọt khí: có vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển

hóa sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bởi vì nếu không có chúng thì sinh khốikhông thể được phân chia từ quá trình xử lý nước thải hay các chất ô nhiễm hữu cơdạng keo không thể bị đào thải Các vi sinh vật được phân vào nhóm sinh vật dạng bọtkhí là các động vật nguyên sinh và nấm, chúng làm cho các vi khuẩn kết bông lại Tuynhiên, các sinh vật dạng bọt khí chiếm ưu thế nhìn chung vẫn là các vi khuẩn, trong đóZooglea ramigera đóng vai trò khá quan trọng

Saprophytes (thực vật hoại sinh): là các vi sinh vật có khả năng phân hủy các

hợp chất hữu cơ ðây là các vi khuẩn dị dưỡng đầu tiên và hầu hết chúng được xem làcác sinh vật dạng bọt Saprophytes cũng có thể được chia thành 2 loại: phân hủy sơcấp và thứ cấp Loài Saprophytes chủ yếu là các vi khuẩn gram âm, ngoài ra còn cóAchorombacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, vàPseudomonas

Các vi khuẩn nitrat hóa: thực hiện quá trình chuyển hóa NH3 sang dạng

N-NO3-, và có thể được thực hiện bởi cả hệ sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng Quá trìnhnitrat hóa trong hệ thống xử lý nước thải thường được xem là do các vi khuẩn tựdưỡng, đầu tiên có thể kể đến là loài Nitrosomonas và Nitrobacter Nitrosomonas oxyhóa N-NH3 sang dạng N-NO3- với sản phẩm trung gian là tập đoàn thủy tức, trongkhi đó Nitrobacter oxy hóa N-NH3 trực tiếp sang dạng N-NO3-

Loài động vật ăn thịt chính trong quá trình chuyển hóa sinh học với tác nhân

sinh trưởng lơ lửng là các động vật nguyên sinh (protozoa), thức ăn chính của chúng

là các vi khuẩn Có khoảng 230 loài đã được xác định là có tham gia vào quá trình xảy

ra trong bùn hoạt tính và chúng có thể tạo ra khoảng 5% sinh khối trong hệ thống.Những loài có roi thường là các động vật nguyên sinh chiếm ưu thế, cả về số lượnglẫn khối lượng sinh khối Trong một số trường hợp, cả amip và loài có roi có thể hiện