Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ, phot pho của tảo Chlorella sp trong nước thải thủy sản tại công ty cổ phần thủy sản

áo của các nhà khoa học nguồn năng lượng hóa thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm tới.phát triển của nền kinh tế Sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch cùng với sự gia tăng những hậu quả của ô nhiễm môi trường đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước vì nước có vai trò cực kỳ quan trọng với sự sống là cái nôi cho sự sống ra đời, điều hòa khí hậu, và cần cho sự phát triển của công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt của mỗi con người. nhưng chính những hoạt động của con người đã làm cho nguồn nước bị ô nhiễm tại một số vùng trên trái đất có những đoạn sông và những hồ đã trở thành vùng nước chết về mặt sinh học. Tại Việt nam, Công nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp phát triển khá mạnh ở khu vực phía Nam, bên cạnh những lợi ích to lớn đạt được về kinh tế – xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường cần phải giải quyết, trong đó ô nhiễm môi trường do nước thải là một trong những mối quan tâm hàng đầu. Theo các báo cáo về hiện trạng Môi trường, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường chưa được quan tâm đúng mức. Thực tế khoảng rất nhiều cơ sở công nghiệp và các khu công nghiệp chưa có hệ thống xử lý nước thải hoặc có HTXLT nhưng không hoạt động hoặc hoạt động không có hiệu quả. Nguyên liệu của ngành công nghiệp chế biến thuỷ sản rất phong phú và đa dạng, chính vì thế tính chất và thành phần nước thải của ngành công nghiệp này cũng rất đa dạng và phức tạp. Qua nghiên cứu và thực tế đã chứng minh: nguồn nước thải thuỷ sản đối với các khâu chế biến cơ bản, nguồn thải chính từ khâu xử lí và bảo quản nguyên liệu trước khi chế biến, khâu xả đông làm vệ sinh thiết bị nhà xưởng. Nước thải thuỷ sản từ quá trình chế biến là nguồn ô nhiễm hữu cơ vô cùng nghiêm trọng nếu không được quan tâm và xử lí kịp thời. Nó có thể làm ô nhiễm các nguồn nước mặt, nước ngầm, huỷ hoại hệ thuỷ sinh vật và gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Trước tình hình trên, Để xử lý nước thải thủy sản cần áp dụng những biện pháp thích hợp phụ thuộc vào thành phần tính chất của nguồn nước và quan trọng nhất là vấn đề chi phí. Hiện nay việc sử dụng biện pháp sinh học để xử lý nguồn nước thải thủy sản đã được rất nhiều nhà khoa học quan tâm và áp dụng rộng rãi bởi vì biện pháp sinh học thường rẻ tiền và dễ vận hành. Vi tảo được biết đến như một ngành trong những ngành nghiên cứu có triển vọng ứng dụng trong thực tiễn, đó chính là ứng dụng những vi sinh vật có nguồn gốc bản địa trong xử lý nước thải, nuôi cá, làm phân bón, sản xuất thực phẩm, đặt biệt một số loài vi tảo có thể tạo nhiên liệu sinh học. Một số loài tảo chúng có khả năng phát triển trong một số loại nước thải, trong quá trình sống chúng hấp thu một số chất gây ô nhiễm và kiến cho nước sạch hơn sinh khối của chúng được ứng dụng để sản xuất biodiesel. Những loại tảo có thể hấp thu một số chất gây ô nhiễm môi trường là: Chlorella, Tảo Xoắn Spirulina, scenedesmus. Trên cơ sở những yêu cầu cấp thiết của thực tiễn để bảo vệ môi trường, đồng thời dựa trên những dẫn liệu khoa học chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:” Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ, phot pho của tảo Chlorella sp trong nước thải thủy sản tại công ty cổ phần thủy sản” Nghiên cứu này là hết sức cần thiết để giải quyết vấn để giải quyết vấn ô nhiễm môi trường tại công ty cũng như tạo ra hướng đi mới trong vấn đề xử lý nước thải thủy sản hiện nay đồng thời tạo ra nguồn nguyên liệu sạch hướng để hướng đến phát triển bền vững nhằm giải quyết nhu cầu thiếu hụt của nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai. 2. Mục Tiêu, Nội Dung Và Phương Pháp Nghiên Cứu Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm đươc thực hiện trong quy mô phòng thí nghiệm trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh. Nước thải thủy sản được lấy từ công ty Công Ty Cp Đầu Tư Tm Thủy Sản (Incomfish)  Địa chỉ: Đường số 7, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, Hồ Chí Minh Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, PH, Anh sáng, DO đến quá trình tạo sinh khối của vi tảo Chlorella sp để ứng dụng trong sản xuất biodiesel. Các ảnh hưởng khác nội dung thí nghiệm được loại trừ. Thời gian nghiên cứu: từ tháng 10-12 tuần 2.1. Mục tiêu của đề tài: Mục tiêu chung: nghiên cứ khả năng xử lý nito và photpho của chủng vi tảo Chlorella sp trong nước thải thủy sản. Nghiên cứu tìm ra các điều kiện tối ưu để tăng hiệu quả xử lý nito và photpho và tạo sinh khối từ vi tảo Chlorella sp để ứng dụng trong sản xuất biodiesel. Mục tiêu cụ thể: Nghiên cứu hiệu quả xử lý Nitơ của vi tảo Chlorella sp trong nước thải thủy sản Nghiên cứu hiệu quả xử lý Photpho của vi tảo Chlorella sp trong nước thải thủy sản Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối từ vi tảo Chlorella sp để ứng dụng trong sản xuất biodiesel 2.2. Nội dung nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu theo các nội dung sau: Nội dung 1: Tổng quan về tảo Chlorella sp Đặc điểm sinh học của tảo Chlorella – sp Nội dung 2: Tổng quan về nước thải chế biến thủy sản. Nội dung 3: nội dung và phương pháp nghiên cứu. Nội dung 4: Kết quả và thảo luận. Nội dung 5: Kết luận và Kiến Nghị 2.3. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu: Thu thập thông tin, số liệu tham khảo về: Tình hình nghiên cứu, ứng dụng về tảo Chlorella sp trong xử lý nước thải lượng ở thế giới và Việt Nam. Thành phần tính chất của nước thải thủy sản. Khảo sát, thu thập mẫu Thu và bảo quản mẫu tảo Chlorella sp. Quan sát tảo về tảo Chlorella sp trên kính hiển vi ở vật kính 40x; 100x Đo đạc các chỉ tiêu: Phân tích mẫu: các chỉ tiêu, TSS, COD, N, P và theo dõi các thông số nhiệt độ và ánh sáng, Phương pháp phân tích Nitrate Ÿ Nguyên tắc Phản ứng giữa nitrate và brucine có màu vàng. Cường độ màu được đo ở bước sóng λ = 410nm. Tốc độ phản ứng giữa nitrate và brucine chị ảnh hưởng rõ rệt vào nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình phản ứng. Vì thế, các chất phản ứng được thêm vào lần lượt và ủ ở một khoảng thời gian xác định. Nồng độ acid và thời gian phản ứng được lựa chọn để tạo màu tốt nhất và ổn định. Phương pháp này thích hợp với cả nước ngọt và nước biển, với hàm lượng N – NO3- xấp xỉ 0,1 – 2mg/l. Phương pháp phân tích Nitrite Ÿ Nguyên tắc Nitrite được xác định bằng phương pháp so màu. Màu do phản ứng từ các dung dịch tham chiếu và mẫu sau khi tác dụng với acid sulfanilic và naphthylamine ở môi trường pH = 2 – 2,5 tạo thành hợp chất màu đỏ tím của acid azobenzol naphthylamine sulfonic có màu đỏ tím Phương pháp Diazo thích hợp khi xác định hàm lượng N – NO2 từ 1 - 25µg/l Phương pháp phân tích phosphate Ÿ Nguyên tắc Ở nhiệt độ cao trong môi trường acid, các dạng của phosphate được chuyển về dạng orthophosphate và sẽ phản ứng với ammonium molybdate để phóng thích aicd molybdophosphate, sau đó, acid này kết hợp với SnCl2 tạo màu xanh dương. PO43- + 12 (NH4)2MoO4 + 24 H+ → (NH4)3PO4. 12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O (NH4)3PO4. 12MoO3 + Sn2+ → molybdate (xanh dương) + Sn4+ Phương pháp xác định nồng độ sinh khối vi tảo Nồng độ sinh khối vi tảo của từng loại tảo và tảo kết hợp trong dung dịch được xác định bằng máy quang phổ ở bước sóng 680nm (Sacchetti, Maietti et al., 2005; Tàn, Chen et al., 2012; Zhou, Ge et al., 2013). Nồng độ sinh khối được tính bằng cách so sánh với đường chuẩn được xây dựng từ 5 mẫu được xác định bằng buồng đếm trên kính hiển vi và 5 mẫu sinh khối được sấy ở 500C để xác định khối lượng vi tảo khô trên một đơn vị thể tích. Phương pháp nuôi tảo trong môi trường BBM Chiết từ dung dịch tảo gốc ra erlen (250ml đến 4l) có chứa sẵn môi trường nuôi tảo. Đặt erlen trong phòng thí nghiệm từ 7 đến 14 ngày. Chuyển dung dịch tảo này qua erlen lớn hơn (4l đến 20l, có thể sử dụng bình nhựa để thay thế) có chứa sẵn môi trường nuôi tảo. Đặt erlen ở nơi có ánh sáng yếu và sục khí trong khoảng 2 ngày, sau đó đưa ra nơi có ánh sáng mạnh và tiếp tục sục khí. Giai đoạn này diễn ra từ 7 đến 14 ngày. Khi đó, dung dịch tảo có mày xanh đậm là có thể bắt đầu dùng để xử lý nước thải. Phương pháp phân tích COD Ÿ Nguyên tắc: Đun hồi lưu mẫu thử với lượng Kali dicromat đã biết trước khi có mặt thủy ngân (II) Sunfat và xúc tác bạc trong axit Sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quá trình đó một phần Dicromat bị khử do sự có mặt với các chất có khả năng bị oxy hóa. Chuẩn độ lượng Dicromat còn lại với FAS. Tính toán giá trị COD từ lượng Dicromat bị khử,1 mol dicromat (Cr2O7-2) tương đương với 1.5mol oxy (O2). Nếu phần mẫu thử có chứa Clorua lớn hơn 1000mg/l cần phải áp dụng quy trình khác. Phương pháp xử lý nước thải thủy sản bằng vi tảo ` Vi tảo và nước thải ( chọn tỉ lệ pha trôn tối ưu) Nuôi trong mô hình xử lý nước thải (khoảng 5-7 ngày) Phân tích các chỉ tiêu TSS N- NO2 COD N- NO3- N- NH4 P- PO43- Hình 3.2: Sơ đồ xử lý nước thải bằng vi tảo Phương pháp xử lý nước thải thủy sản bằng vi tảo Vi tảo và nước thải (chọn tỉ lệ pha trôn tối ưu) ` Nuôi trong điều kiện có sục khí Nuôi trong điều kiện không sục khí Nuôi trong Điều Kiện thiếu sáng, nhiệt độ phòng Nuôi trong Ánh sáng trực tiếp, nhiệt độ môi trường Phân tích các chỉ tiêu TSS N- NO2 COD N- NO3- N- NH4 P- PO43- Hình 3.2: Sơ đồ xử lý nước thải bằng vi tảo 3. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Các công trình nghiên cứu liên quan đến việc xử lý nước thải bằng vi tảo Chlorella sp và những ứng dụng của chúng trên thế giới và ở việt nam. Thế giới: Các nghiên cứu trên thế giới: . Tại đức đã sử dụng cocale cholorophycae và cyanophyceae để làm sạch nước thải ở giai đoạn thứ ba . Tại séc, các nhà nghiên cứu đã trồng tảo Chlorella vulgaris trong nước thải nhằm xác định năng suất tảo và tốc độ loại bỏ a môn và phophat trong nước thải chăn nuôi lơn. Tại Việt Nam, cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này, tiêu biểu là công trình nghiên cứu của Tiến sĩ Nguyễn Thị Thanh Xuân (Giảng viên Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng). Cụ thể, TS Xuân đã nghiên cứu nuôi trồng vi tảo với mục đích xử lý nước thải tại các trang trại chăn nuôi, là nơi có nguồn nước thải giàu chất dinh dưỡng, phụ phẩm giàu chất hữu cơ (đồng thời tận dụng sinh khối sản xuất biodiesel và thương mại hóa sản phẩm này). Lâm minh triết đã tiến hành nghiên cứu sử dụng Chlorella để xử lý nước thải. Đặng xuyến như và cộng sự đã nghiên cứu khả năng phát triển của tảo Spirulina platensis trong môi trường có nồng độ a môn cao Ý nghĩa của đề tài: Ý nghĩa khoa học Công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo là một công nghệ mới tại Việt Nam. Có nhiều ưu điểm, thân thiện với môi trường. Việc áp công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo để chiết tách nhiên liệu sinh học là một công nghệ xanh thân thiện với môi trường. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối của tảo giúp tìm ra phương án tối ưu để xử lý nước thải và thu được sinh khối nhằm ứng dụng trong sản xuất biodiesel. Là một công nghệ có chi phí thấp và nhiều ứng dụng, công nghệ vi tảo hứa hẹn sẽ mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế và môi trường, chiếm vai trò quan trọng trong tương lai. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài tạo hướng đi mới trong xử lý nước thải thủy sản. Để tại tạo nguồn tài liệu liệu cũng như là nền tản để phát triển ứng dụng của vi tảo để thay thế nguồn nhiên liệu trong tương lai. . Tính mới của đề tài Sử dụng vi tảo sử dụng Chlorella xử lý nước thải thủy sản. Góp phần đa dạng hóa các phương pháp xử lý ô nhiễm nước thải thủy sản, giúp cho công tác quản lý ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước ngày càng tốt hơn và nâng cao chất lương cuộc sống. Đề tài nghiên cứu ứng ụng sinh khối Chlorella sp để sản xuất biozen Kết quả đạt được của đề tài: - Đánh giá hiệu quả xử lý nito và photo trong nước thải thủy sản - Chọn được những điều kiện tối ưu để Chlorella sp sinh trưởng phát triển tạo sinh khối để ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học 4. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Cụ thể trong từng giai đoạn, những hoạt động, các bước được tiến hành và thời gian dự kiến cho từng hoạt động như sau: Bảng 2. Tiến độ thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Thực hiện đề cương đồ án Nuôi mẫu giống trên môi trường BBM Đọc tìm hiểu phân tích tài liệu, Lựa chọ phương pháp nghiên cứu, xây dựng mô hình nghiên cứu Đánh giá hiệu quả xử lý nito và photo trong nước thải thủy sản Đánh giá hiệu quả xử lý photo trong nước thải thủy sản Nghiên cứu ảnh hưởng anh sáng đến quá trình tạo sinh khối của tảo chlorela sp Nghiên cứu ảnh hưởng Nhiệt độ đến quá trình tạo sinh khối của tảo chlorela sp Nghiên cứu ảnh hưởng Oxy đến quá trình tạo sinh khối của tảo chlorela sp phân tích, xử lý số liệu đo tác chi tiêu P- PO43-, TSS, COD, NO2-, NH4, NO3- Thảo luận kết quả, đề xuất nuôi thực tế Hoàn thiện đồ án 5. BỐ CỤC DỰ KIẾN CỦA LUẬN VĂN Dự kiến đồ án bao gồm: MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Tình hình nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết quả đạt được của đề tài Ý nghĩa của đề tài Tính mới của đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về vi tảo 2.1.1. Tảo Scenedesmus - sp [6] 2.1.2. Tảo Chlorella – sp [1-6] 2.2 Tổng quan về nước thải chế biến thủy sản 2.2.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải chế biến thủy sản 2.2.2. Tính chất và thành phần của nước thải thủy sản 2.2.3. Ảnh hưởng của nước thải thủy sản CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đánh giá[8]: 3.1.1. Phương pháp phân tích COD 3.1.2. Phương pháp phân tích Ammoniac 3.1.3. Phương pháp phân tích Nitrate 3.1.4. Phương pháp phân tích Nitrite 3.1.5. Phương pháp phân tích phosphate 3.1.6. Phương pháp phân tích Chlorophyl[5] 3.1.8 Phương pháp xác định nồng độ sinh khối vi tảo 3.2. Môi trường BBM nuôi vi tảo 3.3 Phương pháp nuôi tảo 3.3.1. Phương pháp nuôi từng loại tảo trong môi trường BBM 3.3.2. Phương pháp nuôi kết hợp 2 loại tảo 3.4. Phương pháp xử lý nước thải thủy sản bằng vi tảo CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 4.1Kết quả phân tích nồng độ sinh khối vi tảo 4.1.1Nồng độ sinh khối vi tảo Chlorella sp 4.1.1.1. Đường chuẩn vi tảo Chlorella sp 4.1.1.2 Kết quả nồng độ sinh khối vi tảo Chlorella sp theo tỉ lệ 7:3 4.1.1.3 Kết quả nồng độ sinh khối vi tảo Chlorella sp theo tỉ lệ 8:2 4.1.2Nồng độ sinh khối vi tảo Scenedesmus sp 4.1.2.1. Đường chuẩn vi tảo Scenedesmus sp (SED 1) 4.1.2.2 Kết quả nồng độ sinh khối vi tảo Scenedesmus sp theo tỉ lệ 7:3 4.1.2.3 Kết quả nồng độ sinh khối vi tảo Scenedesmus sp theo tỉ lệ 8:2 4.1.3Nồng độ sinh khối vi tảo kết hợp 4.1.2.1. Đường chuẩn vi tảo kết hợ 4.1.2.3 Kết quả nồng độ sinh khối vi tảo kết hợp theo tỉ lệ 7:3 4.1.2.3Kết quả nồng độ sinh khối vi tảo kết hợp theo tỉ lệ 8:2 4.2Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong quá trình xử lý nước thải 4.2.1Chỉ tiêu COD 4.2.2Chỉ tiêu Amoniac 4.2.3Nitrate 4.2.5Phosphate KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Tiếng Anh PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước ngoài: [1] – Oh-Hama. T and S. Myjachi, 1986. “Chlorella”. Micro-algal Biotechnology. Michael A.Borowitzka and Lesley J. Borow itzka (Eds), Cambridge University press, pp. 3-26. [2] – Iriate F., Buitrago, E., 1991. “Determination of concentration and optimal nitrogen source for Chlorella sp. Culture used as inoculant for massive culture”. MEM-SOC. –CIENC.- NAT. – SALLE 51 (135-136), 181-193. [3] - Subhasha Nigam (2011), “Effect of Nitrogen on Growth and Lipid Content of Chlorella pyrenoidosa”, American Journal of Biochemistry and Biotechnology, vol 7, No 3 124-129. [4] - Liang Wang et al., 2009. Cultivation of Green Algae Chlorrela sp. in Different Wastewaters from Municipal Wastewater Treatment Plant. Appl Biochem Biotechnol. [5] - Spectrophotometric Determination of Chlorophyll - A, B and Total Carotenoid Contents of Some Algae Species Using Different Solvents Tài liệu Việt Nam: [6] – Bùi Hoàng Khang, 2013. Xử lý nước thải từ nhà máy của công ty sát trùng Cần Thơ bằng 2 dòng vi tảo Chlorella sp. và Scenedesmus sp. Trường ĐHCT. [7] - Trần Thị Thủy, 2008. Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, dinh dưỡng lên sự phát triển của Chlorella. LVĐH-NTTS Trường Đại học Cần Thơ. [7] – Bài giảng môn thí nghiệm hóa kỹ thuật môi trường, Khoa CNSH & KTMT, trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm. Tài liệu web: [10] –