Luận văn Sử dụng nước thải từ hầm ủ Biogas để nuôi tảo Chlorella

nước đang phát triển người ta sử dụng 2 hình thức thiết kế cơ bản là: hầm sinh khí cố định, hầm sinh khí có nắp di động và hầm sinh khí dạng túi. Nhiệt độ thích hợp cho vi khẩn sản sinh khí CH4, một loại từ 30 – 400C và một loại ở 50 – 600C (Nguyễn Duy Thiện, 2001). HÌNH 2.3. (A). Hầm sinh khí kiểu vòm cố định; (B). Hầm sinh khí có nắp đậy di động; (C). Hầm sinh khí dạng túi. Phân hủy kỵ khí là một quá trình sinh học, các chất hữu cơ bị phân hủy trong điều kiện thiếu Oxy cuối cùng sẽ sinh ra khí gas. Khí gas được sử dụng trong nấu ăn, sinh nhiệt, sinh điện năng và bùn dinh dưỡng. Quá trình này trải qua 3 giai đoạn (Carina C. Gunnarsson and Cecilia Mattsson Petersen, 2005). Hinh 2.4. Quá trình lên men kỵ khí Giai đoạn thủy phân: Các chất hữu cơ trong nước thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate… một vài chất dạng không hòa tan. Các chất hữu cơ cao phân tử bị phân hủy bởi các enzim ngoại bào được sản sinh bởi các vi sinh vật. sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử nhỏ hơn. Giai đoạn sinh acide: các chất hữu cơ sinh ra ở giai đoạn trên sẽ chuyển thành acide acetic, H2, CO2 bởi vi khuẩn Acetogenic. Giai đoạn sinh methane: các sản phẩm của giai đoạn sinh acid được chuyển đổi thành methane. Các vi khuẩn sinh methane sử dụng acid acetic, methanol, CO2, H2O làm nguyên liệu sản sinh ra methane trong đó acid acetic là nguyên liệu chính (Lăng Ngọc Huỳnh, 2003). 2.2.2. Biogas và lục bình (Eichhornia Crassipes) Theo Carina C. Gunnarsson and Cecilia Mattsson Petersen, 2005 thì lục bình chứa nhiều Nitrogen, đến 3.2% vật chất khô. Tỷ lệ C/N là 15:1, có thể làm phân hoặc làm biogas. Chất thải từ quá trình sinh khí gas cũng chứa nhiều dưỡng chất và cũng có thể làm phân bón. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng thường xuyên, biogas là một giải pháp tối ưu, nhưng điều đó lại bị cản trở bởi khả năng đầu tư và trình độ kỹ thuật. Nếu trộn lục bình và phân động vật đem ủ gas thì sẽ sinh nhiều gas hơn chỉ có lục bình. Khí gas sinh ra có thể chứa 60% methane. Lục bình là một loại bèo có rất nhiều trên các sông rạch của Đồng bằng sông Cửu Long, trước đây lục bình được dùng để làm các đồ thủ công, ủ phân, cho gia súc ăn… nhưng hiện nay lục bình còn được sử dụng vào một mục đích khác đó là sản xuất gas sinh học với dự án VIE/020 Water Hyacinths, được thực hiện tại Hòa An, Phụng Hiệp, Hậu Giang.(Gia Khiêm, SGTT 06/06/2008, cập nhật ngày 9/6/2008 từ www.vietlinh.vn). Các kết quả cho thấy lượng biogas sinh ra từ nước ép lục bình, nước ép 3 Lục Bình + 5% phân heo và nước ép lục bình + 10% phân heo là 0,317 m 3 methane/kg COD bị loại bỏ, 0,31 m 3 methane/kg COD bị loại bỏ và 0,317 m methane/kg COD bị loại bỏ theo thứ tự. Nước ép lục bình thích hợp để sản xuất biogas, tuy nhiên hàm lượng chất hữu cơ của nước ép lục bình sau quá trình lên men yếm khí vẫn còn khá cao, cần phải được xử lý thêm trước khi thải ra môi trường (Lê Hoàng Việt, 2004). Một nghiên cứu của O. Almoustapha & ctv, 2009 cho thấy rằng nguồn biogas sản xuất từ hỗn hợp nước ép lục bình và phân tươi của động vật nhai lại (tỷ lệ 3:1) có thể thay thế củi và trở thành nguồn năng lượng cần của Niamey (Niger). Sáu hầm sinh khí có thể tích 5m3 mỗi hầm. chúng sinh ra lượng khí gas kể cả trong mùa nóng lẫn mùa lạnh lần lược là 0,52m3 và 0,29m3 trên m3 trong 1 ngày. 2.3. Tận dụng chất thải từ hầm ủ biogas Luz Estela González (1997) sử dụng vi tảo để xử lý nước thải sẽ mang lại hiệu quả về kinh tế và môi trường thân thiện. sử dụng tảo nuôi trong hệ thống nước thải là một lời khuyên mang tính thời đại. Vi tảo là sự lựa chọn cho việc xử lý chất thải, có hiệu quả khi làm giảm những vật chất nguy hiểm chẳng hạn như kim loại nặng (Lindholm T., 1998 trích dẫn bởi Maria Asplund, 2008). Theo Mark Wells, giới thiệu một hệ thống sản xuất nông nghiệp không có chất thải. Các chất còn lại sau quá trình phân hủy kỵ khí dùng để làm phân bón cho cây trồng, cho xuống ao nuôi cá để phát triển thức ăn tự nhiên, trồng rau thủy canh, cho vào bể nuôi tảo Chlorella. HÌNH 2.5. Hệ thống không có chất thải (www.pmg.org.za) Cá nuôi trong ao đất 200 m2/ao với chất thải từ hầm ủ biogas quy mô nhỏ có thể đạt năng suất 3,7 tấn/ha/năm. Sinh khối của thực vật phiêu sinh ở trong ao thấp, có thể do có nhiều chất cặn bã do đàn cá khuấy động, và cá cũng thu được một lượng lớn dinh dưỡng có ý nghĩa từ mạng lưới thức ăn đó. Ước tính để có 60kg cá hàng năm từ ao 200m2 với chất thảy từ 6.3m3 từ hầm ủ, nó sẽ sinh ra 1.5m3 gas/ngày đủ cho một gia đình ở nông thôn với 5 nhân khẩu (P. Edward, C. S. Rajput and C. Pacharaprakiti, 1987). Tỷ lệ sống của cá chép bón phân từ chất thải của hầm ủ biogas không bổ sung thức ăn là 100% cao hơn tỷ lệ sống của cá ở trong hồ bón phân gà tây là 90% (17.000 kg/ha/năm) và bổ sung thêm cám gạo, bánh dầu (Kaur, 1981). Trong ao xử lý bằng phân gia súc, tỷ lệ sống của cá chép khoảng 93,3% đến 100% (Sandu, 1982; Sood, 1984). Tỷ lệ sống thấp khoảng 62.6% đến 76.8% ở ao bón phân gà, có sử dụng phụ phẩm nông nghiệp (Sehgal và Thomas, 1985). Như vậy, chất thải từ hầm ủ biogas chất lượng hơn phân sống của động vật, phân gà tây cho cá chép (Kaur, K. và S. Sehgal, 1987). Trong những nghiên cứu của Juerg Staudenmann, Ranka junge – Berberovic (1998) về việc sử dụng nước thải biogas cho một hệ thống gồm nhiều module liên tiếp: nước thải sẽ đi qua hệ thống module thực vật vĩ mô Æ module vi tảo Æ module zooplanton Æ module ao nuôi cá kết hợp Æ module các loài thực vật vĩ mô tự nhiên. Hàm lượng dinh dưỡng đi vào hệ thống ban - + đầu: N – NO3 , N – NH4 , tổng lân lần lược là 670mg/l, 150mg/l, 95mg/l. Có đến 36% tổng đạm và 92% tổng phospho được chuyển hóa vào trong sản phẩm thu hoạch, và đó là cách để loại trừ chúng ra khỏi nước. Với lượng nước thải từ hầm ủ biogas khoảng 2,6m3/ tuần cho 280 m3 nước của toàn bộ hệ thống (module thực vật vĩ mô 45m3, module vi tảo 27m3, module zooplankton 86m3, module nuôi cá kết hợp 86m3, module loài thực vật vĩ mô tự nhiên 32m3). Năng suất cá có thể đạt 5.500 kg/ha/năm. CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Thời gian và địa điểm Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu đa dạng sinh học Hòa An, Phụng Hiệp, Hậu Giang từ tháng 02 năm 2009 đến tháng 06 năm 2009. 3.2. Vật liệu nghiên cứu -Bể nuôi tảo 500 lít, keo thuỷ tinh 10 lít - Hệ thống đèn huỳnh quang, nhiệt kế, pH kế - Dụng cụ theo dõi mật độ tảo: kính hiển vi, buồng đếm tảo Bucker, pipette tự động - Hóa chất: formol cố định mẫu, cồn 700, hóa chất cố định mẫu và phân tích mẫu môi trường. - Nước thải từ hầm ủ biogas: nguồn nước thải có từ hầm ủ biogas 4.5 m3 với 75% phân heo và 25% xác bèo lục bình cắt nhỏ thủy phân 2 ngày trước khi ủ (bổ sung vào hầm ủ 15kg phân heo/ ngày và 109.2 kg lục bình/tuần). Nguồn dinh dưỡng của chất thải sẽ căn cứ vào tổng đạm trong dung dịch Walne (dung dịch chuẩn) là 32 ppm. BẢNG 3.1. Thành phần hóa chất môi trường Walne (Coutteau, 1996) Thành phần các chất Lượng Dung dịch A (dùng 1 – 2 ml cho mỗi lít nước nuôi tảo) FeCl3.6H2O 1.30 g MnCl2.4H2O 0.36 g H3BO3 33.60 g EDTA 45.00 g NaH2PO4.2H2O 20.00 g NaNO3 100.00 g Dung dịch B 1.00 ml Nước cất đến 1000.00 ml Dung dịch B ZnCl2 2.10 g CoCl2.6H2O 2.00 g (NH4)6Mo7O24.4H2O 0.90 g CuSO4.5H2O 2.00 g HCl đậm đặc 10.00 g Nước cất đến 100.00 g Dung dịch C (0.1 ml cho mỗi lít nước nuôi tảo) Vitamin B12 Vitamin B1 Nước cất đến Dung dịch D Na2SiO3.5H2O 40.00 g Nước cất đến 1000.00 ml - Nguồn nước: nước kênh để lắng khoảng 1 ngày lấy phần nước trong, sục Ozon 12 giờ để diệt khuẩn, tiếp tục sục khí 24 giờ để bay hết ozon rồi đem vào sử dụng. - Nguồn tảo: từ phòng tảo giống của trường Đại học Cần Thơ 3.3. Bố trí thí nghiệm 3.3.1. Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella. Thí nghiệm được thực hiện trong trong bể 500 lít, có sục khí liên tục. Nhiệt độ nước thay đổi, ánh sáng được cung cấp từ ánh sáng mặt trời. Tảo Chlorella được nuôi cấy với mật độ ban đầu 500.000 tb/ml. Thí nghiệm sẽ được bố trí ngẫu nhiên 4 nghiệm thức với 3 lần lập lại bao gồm: - NT1: Cấp chất thải hàng ngày theo tỷ lệ đạm: 2 ppm N/ngày. - NT2: cấp chất thải hàng ngày theo tỷ lệ đạm như sau + 5 ngày đầu: 1 ppm N/ngày + Từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 10: 3ppm N/ngày + Từ ngày thứ 11 đến ngày thứ 16: 2ppm N/ngày - NT3: Cấp chất thải hàng ngày với tỷ lệ 1ppm N/ngày. - NT4: đối chứng – dung dịch Walne Thí nghiệm kéo dài trong 7 ngày. 3.3.2. Thí nghiệm 2: tỷ lệ thu hoạch tảo thích hợp trong hệ thống nuôi tảo Chlorella sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas. Thí nghiệm được tiến hành ở trong phòng bằng keo 10 lít (thể tích nuôi 8 lít), nhiệt độ ổn định theo ngày đêm, ánh sáng được cung cấp từ 3 bóng đèn huỳnh quang 1.2m. Tảo Chlorella nuôi cấy với mật độ ban đầu 500.000 tb/ml. Thí nghiệm sẽ được bố trí ngẫu nhiên 4 nghiệm thức với 3 lần lặp lại bao gồm: - NT1: thu hoạch 10% mỗi ngày - NT2: thu hoạch 30% mỗi ngày - NT3: thu hoạch 50% mỗi ngày - NT4: không thu hoạch – đối chứng - Thí nghiệm được thực hiện trong 10 ngày - Nguồn nước thải từ hầm ủ biogas đưa vào thí nghiệm với lượng 2ppm N/ngày (NT2ppm của thí nghiệm 1 có mật độ tảo cao nhất). - Thu hoạch: thu hoạch từ ngày thứ 4 của thí nghiệm. thu hoạch mỗi ngày, dùng ống hút nhựa để rút nước trong các keo nuôi tảo theo tỷ lệ thu hoạch ở các NT10%, NT30%, NT50%, NT0% tương ứng là 0,8 lít, 2,4 lít, 4 lít và 0 lít nước trong keo. Sau đó bổ sung nước mới bù lại lượng nước đã thu đến 8lít. 3.4. Thu thập, tính toán và xử lý số liệu - Các thông số theo dõi: nhiệt độ, ánh sáng, pH, TAN, TN, TP, mật độ tảo. - Ánh sáng: theo dõi hàng ngày bằng máy đo cường độ ánh sáng - pH: theo dõi hàng ngày bằng máy đo pH Các chỉ tiêu sau sẽ thu mẫu 3 ngày/lần: - TAN: phân tích theo phương pháp Indo – phenol blue 3 - TN: NO -  phân tích theo phương pháp Salicilate - TP: phân tích theo phương pháp Molibden blue - Mật độ tảo: Thu mẫu lúc 10 giờ sáng mỗi ngày bằng cách sử dụng micropipet 1ml và cố định mẫu bằng formol 100µl. Và xác định bằng buồng đếm Burker. Xác định mật độ tảo theo Coutteau (1996). Số tế bào tảo/ml = ((n1 + n2)/160) x 10 x d Trong đó : n1: Số tế bào ở buồng đếm thứ nhất n2: Số tế bào ở buồng đếm thứ hai d: Hệ số pha loãng *Xử lý số liệu Số liệu được xử lý với bảng tính Excel và chương trình SPSS với ANOVA (phép thử Ducan test) một nhân tố để so sánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức với P<0,01 và P<0,05. CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella. 4.1.1. Các yếu tố môi trường 4.1.1.1. Nhiệt độ Nhiệt độ 34 33 32 31 30 29 28 0 2 4 6 8  Ngày Sáng Chiều HÌNH 4.1. Nhiệt độ trong bể tảo Nhiệt độ trong suốt thời gian thí nghiệm không có sự biến động lớn. Nhiệt độ trung bình 28,8 ± 0,4 0C lúc 9 giờ sáng và nhiệt độ vào 14 giờ chiều trung bình là 32,9±0,80C. Đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho tảo Chlorella phát triển (Liao, 1983). 4.1.1.2. Ánh sáng Trong thời gian thí nghiệm là mùa mưa nên cường độ ánh sáng thay đổi liên tục qua các ngày. Cường độ ánh sáng vào lúc 9 giờ sáng trung bình 14.395 ± 3.642 lux, buổi chiều là 20.162 ± 2.995 lux. Lux 30000 25000 20000 15000 10000 5000  1 2 3 4 5 6 7 8  ngày Sáng chiều HÌNH 4.2. Cường độ ánh sáng trong bể tảo Qua HÌNH 4.2. cho thấy cường độ ánh sáng thấp nhất vào ngày thứ 5 trong chu kỳ nuôi là 7895 lux do trời mưa. Tuy nhiên, cường độ ánh sáng tăng lên vào buổi chiều (18746 lux). Nhìn chung cường độ ánh sáng trong suốt thời gian thí nghiệm thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella. Theo Oh-Hama và ctv (1986) cường độ ánh sáng cho quá trình quang hợp của tảo Chlorella là 4.000 – 30.000 lux tùy loài. Theo Siranee Sreesai and Preeda Pakpain (2007) nuôi tảo Chlorella vulgaris bằng ánh sáng tự nhiên cường độ ánh sáng dao động từ 2.500 – 9000 lux cho sinh khối cao hơn nuôi ở cường độ ánh sáng cố định 3000 lux, 5000 lux và 8000 lux. 4.1.1.3. pH pH trung bình qua các ngày thí nghiệm là 8,6 ± 0.3 trong đó cao nhất là 9,6 ± 0,1 và thấp nhất là 7,3. Theo Trần Thị Thủy, 2008 Tảo Chlorella phát triển tốt nhất khi pH từ 8 – 9, theo đề nghị của Coutteau, 1996 thì pH tối ưu cho tảo là 8,2 – 8,7. pH trong các nghiệm thức ở khoảng thích hợp cho sự phát triển của tảo Chlorella. Qua HÌNH 4.3 cho thấy không có sự khác bịêt về pH giữa các nghiệm thức cụ thể giá trị pH ở NT2ppm, NT thay đổi, NT1ppm và NT Walne lần lược là 8,9±0,9; 8,7±0,8; 8,6±0,8; 8,2±0,5. Bắt đầu từ ngày thứ 3 pH cao hơn 9,0 ở các nghiệm thức sử dụng chất thải do lúc này tảo đã thích nghi với môi trường mới, tảo tăng trưởng nhanh. Giá trị pH phụ thuộc vào nhiều yếu tố, pH tăng là do tảo phát triển hấp thu CO2 cho quá trình quang hợp làm thay đổi hàm lượng cacbonate – bicacbonate, đồng thời tảo hấp thu NO3 làm pH tăng (Oh – Hama, 1986). Quá trình phân hủy tảo chết làm gia tăng lượng CO2, pH giảm nhẹ vào cuối thí nghiệm cùng với sự suy tàn của tảo. pH 10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 6 7 8 Ngày NT1 (2ppm) NT2 (thay đổi) NT3 (1ppm) NT4 (Wanle) HÌNH 4.3. Biến động pH trong các nghiệm thức (thí nghiệm 1) pH ở các nghiệm thức biogas lớn hơn so với nghiệm thức đối chứng sử dụng dung dịch Walne. Mật độ tảo trong nghiệm thức sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas tương đối cao hơn so với nghiệm thức Walne (BẢNG 4.1). Sinh khối tảo quang hợp mạnh đồng thời hấp thu nhiều CO2 làm cho pH tăng. Vào cuối giai đoạn nuôi do quần thể tảo tàn lụi, mật độ tảo giảm dẫn đến giảm hấp - thu NO3 trong nước khiến pH giảm, đồng thời sự phân hủy của tảo chết và chất hữu cơ trong nước thải làm tăng lượng CO2 làm pH giảm. BẢNG 4.1. pH các nghiệm thức trong thời gian thí nghiệm (thí nghiệm 1) Ngày NT2ppm NT2 thay đổi NT1ppm NT Walne 1 7.3 7.3 7.3 7.3 2 8.2 8.4 8.3 8.2 3 9.4 9.4 9.5 8.6 4 9.6 9.6 9.4 8.7 5 9.3 8.9 8.6 8.4 6 9.3 8.4 8.5 8.0 7 9.0 - - 8.1 TB 8,9±0,8 8,7±0,8 8,6±0,8 8,2±0,5 4.1.1.4. TAN Đạm amonium (TAN) rất quan trọng cho sự phát triển của quần thể tảo. Theo Oh – Hama (1986) tảo Chlorella luôn ưu tiên sử dụng đạm amonium mặc dù trong môi trường nước có các dạng khác là nitrate và urea. Vì vậy, hàm lượng TAN trong nước sẽ được tảo hấp thu liên tục làm cho hàm lượng TAN trong nước thấp. Điều này phù hợp với các thí nghiệm của Trần Thị Thủy (2008) cho thấy hàm lượng TAN giảm qua 13 ngày nuôi tảo Chlorella trong phòng thí nghiệm. TAN(ppm) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0  1 2 3 4  Đợt thu NT1 (2ppm) NT2 (thay đổi) NT3 (1ppm) NT4 (Wanle) HÌNH 4.4. Biến động hàm lượng TAN ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1) Hàm lượng TAN ban đầu cao nhất ở NT2ppm là 0,96ppm, hàm lượng TAN ở các NT còn lại thấp hơn NT2ppm BẢNG 4.2. Hàm lượng TAN trung bình ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1) Nghiệm thức NT2ppm NT thay đổi NT1ppm NTWalne TAN (ppm)* 0,81±0,17a 0,47±0,13ab 0,48±0,10ab 0,37±0,29b Ghi chú: *: Sự khác biệt có ý nghĩa ở mức P<0,05 Các trị số với ký tự giống nhau trong cùng một hàng chỉ ra rằng không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P>0,05) Lượng TAN trung bình ở các nghiệm thức sử dụng nước thải cao hơn trong nghiệm thức Walne (chủ yếu là đạm NO3- thể hiện qua BẢNG 4.2) Một số nghiên cứu cho thấy tảo hấp thu NH4+ tích cực, theo Syrett, (1953), Morris et al. (1971, trích dẫn bởi Ivor R. Elrifi and David H. Turbin, 4 1985) nhận định rằng sự hấp thu O2 và sinh ra CO2 được diễn ra đồng thời với sự hấp thu NH4+ trong bóng tối. Goldman and Glibert (1982, trích dẫn bởi Ivor R. Elrifi and David H. Turbin, 1985) cho rằng trong ánh sáng sự hấp thu NH + + nhanh chóng. Mặt khác, tảo ưu tiên sử dụng NH4 hơn các dạng nitơ khác (Oh – Hama và ctv, 1986). Do đó, hàm lượng TAN của các NT giảm mạnh ở các ngày sau khi sinh khối tảo gia tăng. 3 4.1.1.5. NO - Nitrate là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa amoniac, không độc đối với thủy sinh vật. Đây là chất dinh dưỡng được tảo hấp thu trực tiếp và chuyển hóa thành chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp. Do môi trường nuôi cấy và liều lượng biogas ở các nghiệm thức khác nhau dẫn đến hàm lượng dinh dưỡng ban đầu trong môi trường nước khác nhau. Hàm lượng ban đầu NO3- ở NT2ppm là 0,30ppm, NT thay đổi, NT1ppm là 0,51ppm và NT Walne là 16,16ppm. Nguồn Nitơ chủ yếu cung - cấp cho dung dịch Walne là NO3 nên hàm lượng này trong NT4 cao. Tảo hấp thu NO3- chậm ở những ngày đầu vì chúng ưu tiên hấp thu NH4+. NO3- (ppm) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Đợt thu NT1 (2ppm) NT2 (thay đổi) NT3 (1ppm) NT4 (Wanle) 1 2 3 4 HÌNH 4.5. Biến động hàm lượng NO3- ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1) 3 Hàm lượng NO - trong các NT sử dụng dinh dưỡng từ nước thải biogas tăng lên trong lần thu mẫu thứ 2 (ngày thứ 4 của thí nghiệm), do tảo ưu tiên sử 4 dụng NH + nên lượng NO - được tích trữ lại. Tuy nhiên vào cuối kỳ nuôi mật 3 độ tảo cao, nguồn NH4+ giảm xuống nên tảo chuyển sang sử dụng NO3- làm hàm lượng này giảm. Trong một thí nghiệm của Gozáles (1997) về khả năng sử dụng tảo Chlorella trong xử lý nước thải của nhà máy sữa và từ trại heo cho kết quả tương đương với thời gian nuôi là 9 ngày, hàm lượng NO3- tăng lên trong giai đoạn đầu đến ngày thứ 6 từ 5mg/l đến 45mg/l sau đó nó được duy trì đến cuối thí nghiệm. 4.1.1.6. TN Hàm lượng đạm tổng số trong NT Walne cao hơn so với các NT khác, Hàm lượng đạm tổng số trung bình ở NT Walne, NT thay đổi, NT1ppm, NT2ppm lần lượt là 19,5±2,8ppm, 3,0±0,2ppm, 2,9±0,7ppm, 4,5±0,5ppm. TN(ppm) 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 Đợt thu NT1 (2ppm) NT2 (thay đổi) NT3 (1ppm) NT4 (Wanle) HÌNH 4.6. Biến động hàm lượng đạm tổng số trong các nghiệm thức (thí nghiệm 1) Hàm lượng đạm trong nghiệm thức sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas có giảm ở lần thu mẫu thứ 2 (ngày thứ 4 của thí nghiệm). Lý do là tảo đang trong giai đoạn tăng trưởng, cần nhiều dưỡng chất, tảo hấp thu nhiều NH4+ và NO3-. Nguồn dinh dưỡng cho tảo là nguồn dinh dưỡng hữu cơ nên có một số chất dinh dưỡng tảo không hấp thu trực tiếp được mà phải trải qua quá trình phân hủy, cộng với việc đưa dinh dưỡng với lượng vừa đủ vào nên hàm lượng đạm không cao và tương đối ổn định. Còn môi trường Walne, hàm lượng đạm suy giảm nhanh chóng, vì đây là đạm vô cơ nên tảo có thể hấp thu trực tiếp dễ dàng. Cuối kỳ nuôi, hàm lượng đạm ở các nghiệm thức sử dụng nước thải - biogas tăng nhẹ do sự gia tăng của NO2 từ sự phân hủy của tảo chết. 4.1.1.7. TP Tương tự như các thành phần trên lân trong mẫu Walne rất cao. Hàm lượng TP trung bình ở NT Walne là 8,7±7,5ppm, NT thay đổi là 1,2±0.1, NT1ppm là 1,3±0,3ppm, NT2ppm là 1.7±0,1ppm. TP (ppm) 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00  1 2 3 4 Đợt thu NT1 (2ppm) NT2 (thay đổi) NT3 (1ppm) NT4 (Wanle) HÌNH 4.7. Hàm lượng lân trong các nghiệm thức (thí nghiệm 1) Hàm lượng lân tăng nhẹ trong các nghiệm thức dinh dưỡng là nước thải từ hầm ủ biogas là do tảo hấp thu lượng lân trong nước chưa triệt để, có thể trong chất thải vẫn còn lân ở dạng hữu cơ chưa phân hủy hết nên tích lũy dần làm lân tăng lên ở cuối kỳ thí nghiệm. TP tăng vào cuối thí nghiệm cũng có thể do sự phân hủy của tảo chết quần thể bị suy tàn. Chiều hướng biến động của các chất dinh dưỡng tương tự nhau, sự biến động dinh dưỡng trong nghiệm thức sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas rất ít và tăng nhẹ ở cuối kỳ nuôi do sự tích lũy các hợp chất hữu cơ chưa phân hủy hết. Đối với nghiệm thức sử dụng dinh dưỡng Walne, các chất dinh dưỡng sẽ giảm mạnh thông qua sự phát triển của sinh khối tảo và có thể tăng ở cuối thí nghiệm do sự phân hủy của tảo chết. 4.1.2. Sự phát triển của tảo Qua HÌNH 4.8 và BẢNG 4.3 cho thấy sinh khối tảo phát triển trong vòng 7 ngày, mật độ tảo của NT thay đổi, NT1ppm đạt cao nhất ở ngày thứ 4. Mật độ tảo của NT2ppm, NT Walne đạt cao nhất vào ngày thứ 5, sau đó suy tàn nhanh chóng do bị tạp nhiễm. Dinh dưỡng cung cấp từ nước thải biogas trong 4 ngày đầu của NT thay đổi, NT1ppm là 1ppm N/ngày không đáp ứng đủ nhu cầu của sinh khối tảo nên quần thể tảo ở NT thay đổi, NT1ppm đạt cực đại vào ngày thứ 4 và cùng bị suy tàn nhanh chóng vào ngày thứ 5. NT2ppm, NT Walne đạt mật độ cao nhất vào ngày thứ 5, trong đó mật độ tảo NT2ppm là 7,85 ± 0,28 triệu tb/ml, NT Walne (đối chứng) là 3,16 ± 0,33 triệu tb/ml. Đối với NT2ppm hàm lượng nước thải đưa vào 2ppm N/ngày, đến thời điểm ngày thứ 4 dinh dưỡng đủ cung cấp tiếp tục cho quần thể tảo nhân mật độ để đạt cực đại ở ngày thứ 5. Mật độ tảo (triệu tb/ml) 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Ngày NT1 (2ppm) NT2 (thay đổi) NT3 (1ppm) NT4 (Wanle) HÌNH 4.8. Mật độ tảo (Thí nghiệm 1) Qua HÌNH 4.8 cho thấy pha tăng trưởng của tảo trong vòng 5 ngày đầu. Do mức độ cung cấp dinh dưỡng vào bể khác nhau mà có sự khác biệt về mật độ cực đại ở các nghiệm thức. Mật độ tảo ở nghiệm thức sử dụng dinh dưỡng là nước thải biogas đạt mật độ tảo cao hơn so với nghiệm thức đối chứng. Mật độ tảo ở NT2ppm khác biệt rất có ý nghĩa thống kê (P<0,01) so với các nghiệm thức còn lại kể cả nghiệm thức đối chứng sử dụng dung dịch Walne. Có thể do trong nước thải từ hầm ủ biogas chất hữu cơ được phân huỹ và phóng thích dinh dưỡng từ từ vào môi trường nước tảo hấp thu liên tục. Nước thải không phải đưa vào một lần như Walne cho cả chu kỳ nuôi mà đưa vào hàng ngày, cho thấy sự cung cấp dinh dưỡng vừa đủ phù hợp với nhu cầu hàng ngày của tảo, không làm nước nuôi bị nhiễm bẩn, quần thể tảo nhờ đó phát triển tốt hơn. Mật độ tảo trong nghiệm thức Walne thấp hơn các nghiệm thức khác do mật độ tảo vào ngày đầu thí nghiệm thấp, dinh dưỡng cao (cho vào một lần) tạo điều kiện cho các nhóm động vật phiêu sinh phát triển hơn. Mặt khác, tại khu vực bố trí thí nghiệm có nhiều nguồn gây nhiễm tạp xung quanh như: phân heo ủ với lục bình nuôi trùng quế, thuỷ phân lục bình... môi trường dễ bị nhiễm tạp làm ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. BẢNG 4.3. Mật độ tảo ở các nghiệm thức (thí nghiệm 1; Đơn vị: triệu tb/ml) Ngày NT2ppm NT thay đổi NT1ppm NT Walne 1ns 0,5a 0,5a 0,5a 0,5a 2* 1,84±0,28a 1,50±0,13ab 1,11±0,35ab 1,31±0,05b 3* 3,23±0,48a 2,79±0,35b 3,03±1,29b 2,27±0,15b 4** 7,00±1,59a 4,35±0,94ab 3,64±1,69ab 2,69±0,02b 5** 7,85±0,83a 1,04±1,26b 1,04±1,35b 3,16±0,33b 6** 5,08±0,84a na na 1,99±1,34b 7 1,48± 1,40a na na 1,02±1,40a Ghi chú: *: Sự khác biệt có ý nghĩa ở mức P<0,05 **: Sự khác biệt rất có ý nghĩa ở mức P<0,01 Các trị số với ký tự giống nhau trong cùng một hàng chỉ ra rằng không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P>0,05) ns: không có sự khác biệt na: không có giá trị xác định 4 Sử dụng nguồn nước thải từ hầm ủ biogas làm dinh dưỡng nuôi cấy tảo dẫn đến dễ bị tạp nhiễm, nên quần thể tảo không duy trì được lâu và suy tàn nhanh. Song song đó, mật độ tảo không cao hơn so với mật độ tảo trong bể cá rô phi 25ppt. Theo Trần Sương Ngọc (2003) mật độ tảo Chlorella trong bể cá rô phi cho ăn 3% trọng lượng thân đạt cao nhất là 13,13 ± 0,89 triệu tb/ml vào ngày thứ 11, sử dụng ánh sáng tự nhiên và nhiệt độ biến động. Theo Cao Thanh Vân (1988) sự phát triển của các nhóm tảo trong đó tiêu biểu là tảo lục, với giống loài đại diện là Chlorella có mật độ cực đại ở ngày thứ 8 khi sử dụng thuần nước thải biogas hàm lượng đạm (N – NH +) là 2ppm để nuôi đạt 7.501.660 ct/lít. Như vậy, khi nuôi sinh khối tảo bằng nước thải từ hầm ủ biogas với lượng 2ppm N/ngày là thích hợp và cho mật độ tảo tương đối cao. 4.2. Thí nghiệm 2: tỷ lệ thu hoạch tảo thích hợp trong hệ thống nuôi tảo Chlorella sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas. 4.2.1. Các yếu tố môi trường 4.2.1.1. Nhiệt độ Nhiệt độ của các nghiệm thức được giữ ổn định 290C trong suốt thời gian thí nghiệm. 4.2.1.2. pH pH trung bình của thí nghiệm là 7,74 ± 0,66. Trong đó, pH cao nhất là 8,9 ± 0,17 ở NT0 vào ngày thứ 4 và thấp nhất là 6,4 ± 0,26 ở NT50% vào ngày thứ 7. pH vẫn nằm trong khoảng thích hợp cho tảo Chlorella phát triển. pH tăng nhẹ khi bố trí đến ngày thứ 4 là ngày thu hoạch đầu tiên. pH giảm dần đến cuối kỳ nuôi. Nguyên nhân khiến pH giảm dần kể từ ngày thứ 6 do đã có sự xất hiện của tảo chết, quá trình phân hủy tảo chết của vi sinh vật đã làm tăng lượng CO2 làm cho pH có khuynh hướng giảm. Đối với NT50% pH giảm thấp nhất, do mật độ tảo thấp, lượng NO3-, CO2 được hấp thu ít nên làm pH giảm, nước mới thay vào có pH thấp, lượng nước thay nhiều cũng là nguyên nhân khiến pH giảm. NT10% pH giảm là do sự phát triển của tảo nhanh nên lượng dinh dưỡng không đáp ứng đủ, quần thể xuất hiện tảo chết làm tăng lượng CO2 dẫn đến pH giảm. ở NT50%, NT0% tuy pH có giảm nhưng ổn định do mật độ tảo được duy trì ở mức vừa phải, tạo được sự cân bằng hệ đệm trong nước làm cho pH thay đổi ít và ổn định. pH 9 8 7 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ngày NT10% NT30% NT50% NT0% HÌNH 4.9. Biến động pH trong các nghiệm thức (thí nghiệm 2) Nhìn chung sự thay đổi pH trong thí nghiệm này không lớn và nằm trong khoảng pH thích hợp cho sự phát triển của tảo. Sự thay đổi pH trong thí nghiệm không lớn và không có sự khác biệt về thống kê nhưng nhìn chung giá trị trung bình ở các nghiệm thức tỷ lệ nghịch với tỷ lệ thu hoạch cụ thể là 8.0±0,7; 7.8±0,5; 7.7±0,6; 7.5±0,9 lần lượ