Nghien Cuu Ung Dung Vi Sinh Vat Va Vi Tao Lam Spirulina Trong Xu Ly Nuoc Thai Lang Nghe Bun Phu Do

Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học

1

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Đặng Diễm

Hồng – Trưởng Phòng Công nghệ Tảo đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những

kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực tập và làm luận văn tốt

nghiệp.

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, hướng

dẫn của học viên cao học Đinh Thị Ngọc Mai, ThS. NCS. Ngô Thị Hoài Thu, KS.

Đinh Đức Hoàng cùng tập thể cán bộ Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh

học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể thầy cô giáo

Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

đã truyền thụ những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học – Viện

Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn

thành luận văn tốt nghiệp này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người đã quan tâm giúp

đỡ và động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành luận

văn được tốt hơn.

Hà Nội, tháng 12 năm 2010

Học viên cao học

Nguyễn Minh Phương


2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

ADN Axit deoxyribonucleotit

BOD Biological oxygen demand

COD Chemical oxygen demand

CFU Colony Form Unit

Nitơ tổng số Nts

OD Optical density

PHA Poly-3-hydroxyalkanoates

Photpho tổng số Pts

TLK Trọng lượng khô

Spirulina platensis S. platensis

VSV Vi sinh vật


3

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................4

1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu .......................................4

1.1.1 Điều kiện tự nhiên .............................................................................................4

1.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội ....................................................................................4

1.1.3 Công nghệ sản xuất bún truyền thống tại làng bún Phú Đô ..............................5

1.2 Nước thải và phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính ...................6

1.2.1 Phân loại nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải ..........................6

1.2.2 Hệ vi sinh vật trong nước thải ...........................................................................8

1.2.3 Cơ sở sinh học của quá trình làm sạch nước thải ................................................. 9

1.2.4 Cơ chế phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật ............................................................ 11

1.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính............................................... 12

1.3 Nghiên cứu khả năng xử lý nước ô nhiễm bằng vi tảo ..................................15

1.4 Giới thiệu chung về tảo lam Spirulina .............................................................17

1.4.1 Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào của tảo lam Spirulina ..........................17

1.4.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa và thành phần dinh dưỡng của tảo lam

Spirulina ....................................................................................................................18

1.4.3 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina ..........................................................23

1.5 Giới thiệu chung về chất dẻo sinh học và PHAs .............................................28

1.5.1 Giới thiệu chung về chất dẻo sinh học .............................................................28

1.5.2 Giới thiệu về PHAs ..........................................................................................30

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................34

2.1 Vật liệu nghiên cứu ...........................................................................................34

2.2 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................37

2.2.1 Phương pháp xác định số lượng các nhóm VSV trong nước thải và trong


4

bùn hoạt tính ..............................................................................................................37

2.2.2 Phương pháp nuôi tạo bùn hoạt tính ................................................................40

2.2.3 Phương pháp xác định các thông số xử lý nước thải tối ưu .............................41

2.2.4. Xác định tốc độ sinh trưởng phát triển của tảo lam Spirulina platensis bằng

phương pháp đo mật độ quang học (OD) tại bước sóng 420 nm ..............................43

2.2.5. Xác định hiệu quả xử lý nước thải sau từng giai đoạn ....................................43

2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng PHA của tảo Spirulina platensis ..............45

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................46

3.1 Kết quả đánh giá hiện trạng và đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại

làng bún Phú Đô ......................................................................................................46

3.2 Kết quả xác định thời gian lắng tối ưu cho VSV phát triển ..........................48

3.3 Kết quả nuôi tạo bùn hoạt tính từ nước thải sản xuất bún ...........................50

3.4 Kết quả xác định hàm lượng bùn hoạt tính tối ưu cho quá trình xử lý .......52

3.5 Kết quả xác định nồng độ Nitơ và Photpho tối ưu .........................................53

3.5.1 Kết quả xác định nồng độ Nitơ tối ưu ..............................................................53

3.5.2 Kết quả xác định nồng độ Photpho tối ưu ........................................................54

3.6 Kết quả xác định thời gian sục tối ưu đối với nước thải ................................55

3.7 Kết quả về sự thay đổi các thông số đặc trưng của nước thải và VSV phân

giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô .............56

3.8 Sinh trưởng của tảo lam Spirulina platensis CNTĐB thu được trong nước

thải làng nghề bún Phú Đô .....................................................................................61

3.9 Kết quả phân tích hàm lượng PHA ở chủng Spirulina platensis CNT và

CNTĐB .....................................................................................................................63

3.9.1 Kết quả phân tích hàm lượng PHA tích lũy ở chủng Spirulina platensis CNT

dưới điều kiện tạp dưỡng và chiếu tia UV ................................................................63

3.9.2 Xác định hàm lượng PHA trong sinh khối tảo Spirulina thu được sau 20 ngày

nuôi cấy trong môi trường nước thải sản xuất bún ...................................................66

3.10 Đánh giá sơ bộ hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún...............................66

CHƯƠNG 4 . KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................68


5

Kết luận .....................................................................................................................68

Kiến nghị ...................................................................................................................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71

PHỤ LỤC .................................................................................................................80


6

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. Quần thể VSV trong bùn hoạt tính .................................................................. 14

Bảng 2. Tính chất vật lý của một vài dạng PHA và polypropylene ............................. 31

Bảng 3. Thành phần môi trường SOT .......................................................................36

Bảng 4. Bảng tra MPN dùng cho loạt 3 ống nghiệm ở 3 nồng độ pha loãng liên

tiếp .............................................................................................................................39

Bảng 5. Đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng

Phú Đô ......................................................................................................................47

Bảng 6. Sự biến động về thành phần VSV tổng số trong nước thải được lấy từ hệ

thống cống chung cuối làng ......................................................................................48

Bảng 7. Thành phần và số lượng VSV trong bùn hoạt tính đã nuôi được

(CFU/ml) ...................................................................................................................50

Bảng 8. VSV tổng số có mặt trong nước thải được bổ sung bùn hoạt tính nuôi tạo

được ở các nồng độ khác nhau .................................................................................52

Bảng 9. Số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải sau khi được bổ sung

phân đạm có nồng độ khác nhau ...............................................................................54

Bảng 10. Số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải sau khi được bổ

sung phân lân có nồng độ khác nhau ........................................................................55

Bảng 11. Sự thay đổi VSV tổng số phân giải tinh bột theo thời gian sục ở nước

thải được bổ sung 5% bùn hoạt tính, phân đạm là 100 mg/l và phân lân là

80 mg/l ......................................................................................................................56

Bảng 12. Quy trình xử lý nước thải sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng

bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB ......57

Bảng 13. Sự thay đổi các thông số COD, BOD5, Nts, Pts và VSV phân giải tinh bột

trong các giai đoạn xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô ........................................60

Bảng 14. Hàm lượng PHAs tích lũy ở S. platensis CNT khi môi trường được bổ

sung các nguồn cácbon khác nhau ............................................................................64


7

Bảng 15. Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún bằng bùn hoạt tính và chủng tảo

lam Spirulina platensis CNTĐB ...............................................................................67

DANH MỤC HÌNH

Hình 1A. Hình ảnh về Spirulina platensis ................................................................18

Hình 1B. Hình ảnh về Spirulina maxima ..................................................................18

Hình 2. Hình ảnh về Spirulina platensis trên thị trường dưới dạng dược phẩm.......23

Hình 3. Cấu trúc của PHAs .......................................................................................31

Hình 4. Hình thái chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB được nuôi trong

môi trường SOT ........................................................................................................34

Hình 5. Sơ đồ thí nghiệm xử lý nước thải sản xuất bún ở làng nghề bún Phú Đô

bằng bùn hoạt tính và tảo lam Spirulina platensis CNTĐB .....................................44

Hình 6A. Địa điểm thu mẫu nước thải tại cống chung thứ nhất cuối làng ...............46

Hình 6B. Nước thải tại cống chung thứ nhất cuối làng ............................................46

Hình 6C. Địa điểm thu mẫu nước thải tại cống chung thứ hai cuối làng .................46

Hình 6D. Nước thải tại cống chung thứ hai cuối làng ..............................................46

Hình 7A. Hình ảnh khuẩn lạc vi khuẩn có mặt trong nước thải sau 6 giờ ................50

Hình 7B. Hình ảnh khuẩn lạc nấm men có mặt trong nước thải sau 18 giờ. ............50

Hình 7C. Hình ảnh khuẩn lạc nấm mốc có mặt trong nước thải sau 18 giờ .............50

Hình 7D. Hình ảnh khuẩn lạc nấm mốc có mặt trong nước thải sau 24 giờ ............50

Hình 8A. Vi khuẩn phân giải tinh bột có mặt trong bùn hoạt tính ...........................51

Hình 8B. Nấm men phân giải tinh bột có mặt trong bùn hoạt tính ...........................51

Hình 8C. Nấm mốc phân giải tinh bột có mặt trong bùn hoạt tính ...........................52

Hình 8D. Xạ khuẩn phân giải tinh bột có mặt trong bùn hoạt tính ...........................52

Hình 9A. Thí nghiệm trước khi bổ sung tảo .............................................................58

Hình 9B. Thí nghiệm sau 1 ngày nuôi cấy tảo trong nước thải ................................58

Hình 9C. Thí nghiệm sau 6 ngày nuôi cấy tảo trong nước thải ................................59

Hình 9D. Thí nghiệm sau 20 ngày nuôi cấy tảo trong nước thải ..............................59

Hình 10. Sinh trưởng của chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB qua các ngày

nuôi cấy trong nước thải sản xuất bún đã qua giai đoạn xử lý bằng bùn hoạt tính và


8

sục khí .......................................................................................................................62

Hình 11A. Hình thái sợi tảo chủng CNTĐB trước khi nuôi trong nước thải ...........63

Hình 11B. Hình thái sợi tảo chủng CNTĐB sau khi nuôi trong nước thải

20 ngày ......................................................................................................................63

MỞ ĐẦU

Nền kinh tế xã hội nông nghiệp ở nước ta đã hình thành và phát triển từ rất

lâu đời cùng với lịch sử lâu dài dựng nước và giữ nước của dân tộc. Trong suốt tiến

trình phát triển lâu dài ấy, các làng nghề truyền thống cũng đã hình thành và phát

triển trong nông thôn Việt Nam và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế.

Sự phát triển của các làng nghề không những góp phần giải quyết việc làm cho

nhiều lao động, nâng cao thu nhập cho người dân địa phương nói riêng mà còn góp

phần vào sự phát triển nền kinh tế của cả nước nói chung. Đặc biệt, trong nền kinh

tế thị trường với chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần ở nước ta hiện nay,

các làng nghề truyền thống vẫn đang phát triển mạnh mẽ.

Sự phát triển của làng nghề đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng song song

với nó là tiềm ẩn những nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Thực trạng ô nhiễm môi

trường trong các làng nghề truyền thống và các cơ sở ngành nghề nông thôn ngày

nay đang ngày càng gia tăng. Do ý thức bảo vệ môi trường còn thấp của con người

trong quá trình sản xuất, các loại chất thải được thải ra môi trường sống xung quanh

mà không được thu gom và xử lý triệt để nên tình trạng ô nhiễm môi trường đã và

đang xảy ra rất nghiêm trọng ở các làng nghề truyền thống ở Việt Nam.

Là một trong những làng nghề truyền thống vốn có từ lâu đời của thành phố

Hà Nội, làng nghề sản xuất bún Phú Đô cũng đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm

môi trường nghiêm trọng. Từ trước tới nay, nước thải của làng nghề này vẫn được

xả trực tiếp xuống một con mương chung của làng mà không qua bất kỳ một hệ


9

thống xử lý nước thải nào. Vì vậy, nước thải của làng nghề bún Phú Đô luôn trong

tình trạng bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề với nồng độ nitơ, photpho và hàm lượng

BOD5, COD trong nước thải rất lớn. Do đặc thù của nước thải sản xuất bún là ô

nhiễm chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nên việc áp dụng các biện pháp sinh học

nói chung hay xử lý bằng bùn hoạt tính nói riêng để xử lý nước thải là hoàn toàn

phù hợp. Việc kết hợp sử dụng các loài tảo cùng các vi sinh vật (VSV) để xử lý

nước thải ô nhiễm hữu cơ được coi là một giải pháp khá hợp lý do trong nước thải,

hàm lượng nitơ và photpho là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho sự sinh trưởng và phát

triển của tảo. Ngoài ra, việc thu hồi sinh khối tảo trong nước thải sau xử lý có thể

thực hiện một cách dễ dàng và thuận tiện bằng cách vớt hay lọc bằng lưới, góp phần

làm giảm giá thành xử lý.

Chất dẻo sinh học (bioplastic) là một loại vật liệu mới đang ngày càng thu

hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Không giống như

các chất dẻo thông thường khác, chất dẻo sinh học là loại vật liệu “xanh” thân thiện

môi trường với thời gian phân hủy ngắn do chúng có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật

và các loại VSV. Sự ra đời của chất dẻo sinh học có thể được coi là cuộc cách mạng

quan trọng trong công nghệ chất dẻo và được xem như một giải pháp nhằm giảm

dần sự lệ thuộc vào dầu mỏ đang có nguy cơ cạn kiệt, đồng thời góp phần bảo vệ

môi trường. Là một trong những chất dẻo sinh học, poly-3-hydroxyalkanoates –

PHA được tìm thấy trong cơ thể các VSV và vi tảo, trong đó có vi tảo lam

Spirulina.

Việc kết hợp sử dụng các VSV và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải

giàu hữu cơ tại làng nghề bún Phú Đô và thu nhận chất dẻo sinh học từ sinh khối

tảo mang ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn cao. Do vậy, chúng tôi đã tiến hành

thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina trong

xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô” với các nội dung sau:

- Đánh giá hiện trạng và xác định đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại làng

nghề bún Phú Đô;


10

- Nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản

xuất bún, gồm các thông số sau: thời gian lắng tối ưu, nồng độ bùn hoạt tính

tối ưu, nồng độ nitơ, nồng độ photpho và thời gian sục khí tối ưu cho quá

trình xử lý;

- Dựa vào kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý

nước thải, đưa ra được quy trình xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô bằng

VSV và vi tảo lam Spirulina platensis;

- Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của chủng tảo lam Spirulina

platensis qua các ngày nuôi cấy trong nước thải;

- Xác định hàm lượng PHA trong sinh khối tảo Spirulina thu được sau xử lý;

- Sơ bộ đánh giá hiệu quả xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính

và vi tảo lam Spirulina platensis.


11

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

Làng bún Phú Đô thuộc xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm, ở cách trung tâm thành

phố Hà Nội khoảng 10 km về phía Tây Nam. Vị trí ranh giới cụ thể của làng bún

Phú Đô như sau:

- Phía Bắc giáp xã Mỹ Đình;

- Phía Nam giáp đường cao tốc Láng -Hoà lạc;

- Phía Đông giáp thôn Mễ Trì Thượng (thuộc xã Mễ Trì);

- Phía Tây giáp với sông Nhuệ.

Tổng diện tích tự nhiên của làng nghề là 258,6 ha, trong đó đất nông nghiệp

là 164,6 ha [79].

Bao quanh phía Bắc của làng nghề sản xuất bún Phú Đô có một con mương

tiêu nước chảy qua và chảy vào sông Nhuệ. Tình trạng ô nhiễm môi trường xảy ra

nghiêm trọng khi vào mùa mưa, lưu lượng nước lớn gây ra tình trạng ngập úng do

nước thải sản xuất bún hòa trộn cùng toàn bộ nước thải sinh hoạt và chăn nuôi từ

các chuồng trại của các hộ gia đình đều đổ ra kênh dẫn. Nước thải sản xuất bún

cùng nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi đều chưa qua xử lý mà xả thải trực

tiếp vào hệ thống cống chung cuối làng. Sau đó, nước được thải trực tiếp xuống con

mương chảy ra sông Nhuệ, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến

đời sống của người dân trong vùng.


12

1.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội

Theo số liệu thống kê năm 1999, cả làng nghề bún Phú Đô có 1.113 hộ với

5.111 nhân khẩu. Trong số đó có 700 hộ gia đình với 1.600 lao động hành nghề làm

bún. Hàng năm, làng nghề Phú Đô sản xuất được khoảng 5.000 tấn bún, cung cấp

bún cho khoảng 50% thị trường bún ở Hà Nội [87]. Sau hơn 5 năm, tính đến năm

2004, làng Phú Đô có khoảng 5.600 người, với 1.068 hộ gia đình. Trung bình mỗi

hộ có khoảng 4,5 người. Mật độ dân số khoảng 202 người/ha. Trong làng, số hộ làm

bún chiếm khoảng 50%, còn lại 10% số hộ sản xuất phục vụ làng nghề như: sản

xuất công cụ làm bún (cơ khí); xay xát gạo; cung cấp than củi; 20% số hộ làm dịch

vụ thương mại cho nhân dân trong thôn và các khách nơi khác đến; 20% số hộ còn

lại làm các nghề khác [12]. Tuy nhiên, những năm gần đây, ở Phú Đô, số gia đình

làm bún đã giảm nhiều do phần lớn chuyển sang buôn bán, kinh doanh. Từ gần

ngàn hộ gia đình, nay chỉ còn khoảng vài trăm hộ vẫn còn theo nghề làm bún. Trình

độ văn hóa của người dân trong làng không cao. Trong số lao động chuyên nghiệp

làm bún ở Phú Đô hiện nay, chỉ có khoảng 30% tốt nghiệp phổ thông trung học, còn

lại chỉ đạt trình độ văn hoá phổ thông cơ sở [87]. Trong thời đại công nghiệp hóa

với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều phương tiện sản xuất hiện đại, nghề làm bún

ngày nay đã được cơ giới hoá với các máy xay bột, đánh bột, góp phần nâng cao sản

lượng sản xuất bún trong làng.

1.1.3 Công nghệ sản xuất bún truyền thống tại làng bún Phú Đô

Nguyên liệu sản xuất bún là gạo. Công đoạn đầu tiên trong quy trình sản xuất

bún là gạo được sát trắng. Sau đó, gạo được vo kỹ và được ngâm trong nước. Sau

khi ngâm trong nước khoảng 10 giờ, gạo được xóc sạch và đưa vào cối xay nhuyễn

tạo thành bột gạo dẻo, trắng mịn.

Công đoạn tiếp theo là ủ bột và chắt bỏ nước chua và tiến hành nhào bột. Bột

sau khi được nhào và đưa qua màn lọc sạn sẽ được đưa vào khuôn để vắt bột.

Khuôn bún được làm bằng chất liệu dạng ống dài, phía đầu khuôn có một

miếng kim loại đục các lỗ tròn. Để tiến hành vắt bột phải chuẩn bị một nồi nước khá


13

lớn, rộng miệng đặt trên bếp than hồng để đun sôi. Bột bún được cho vào chiếc

khăn vải thô rộng, ở giữa khăn có khoét một khoảng hình tròn để khâu vào miệng

khuôn bún có nhiều lỗ nhỏ. Bột bún sau đó được vắt mạnh cho chảy thành dòng qua

khuôn xuống nồi nước đang sôi tạo thành sợi bún. Sau khi luộc khoảng vài ba phút,

sợi bún trong nồi sẽ được vớt ra và đem tráng qua nước lạnh cho khỏi bết dính và

trở nên săn chắc. Công đoạn cuối cùng là vớt bún trong nồi nước tráng. Sau khi vớt

ra khỏi nồi nước tráng, bún thành phẩm được đặt trên các thúng bằng tre có lót sẵn

lá chuối xanh rồi mới được đem ra chợ bán [79].

Như vậy, quy trình sản xuất bún tiêu thụ một lượng nước khá lớn. Hầu hết

các công đoạn như vo gạo, ngâm gạo, vắt bột, luộc bột…đều thải ra một lượng nước

thải giàu tinh bột đáng kể. Chính vì vậy, đặc thù của nước thải sản xuất bún là giàu

chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.

1.2 Nước thải và phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính

1.2.1 Phân loại nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải

Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như sinh hoạt, dịch vụ,

tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi... Dựa vào nguồn gốc phát sinh,

nước thải có thể phân thành các loại chính sau đây:

+/ Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu vực dân cư bao gồm nước sau

khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui

chơi giải trí. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt thường chứa các chất hữu cơ dễ

phân hủy sinh học (cacbonhydrat, protein, lipit), các chất vô cơ dinh dưỡng (nitơ,

photpho). Các VSV trong nước thải sinh hoạt phần lớn ở dạng các vi khuẩn gây

bệnh như vi khuẩn tả, lỵ, thương hàn và một số loài kí sinh trùng như trứng giun,

sán…Ngoài ra, trong nước thải còn chứa các chất như H2S, NH3 gây mùi khó chịu.

+/ Nước thải công nghiệp: Nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu

thủ công nghiệp, giao thông vận tải gọi chung là nước thải công nghiệp. Nước thải

công nghiệp không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng ngành

sản xuất. Nước thải của xí nghiệp làm acquy có nồng độ axit và chì cao, nước thải

của nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng và sunfua, nước thải từ các cơ sở


14

sản xuất chế biến nông sản, thực phẩm (đường, sữa, bột, tôm, cá, bia rượu) chứa các

chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Nói chung, nước thải của các ngành công nghiệp

hoặc các xí nghiệp khác nhau có thành phần hóa học và hóa sinh rất khác nhau [15].

+/ Nước thải nông nghiệp: Nước thải nông nghiệp là nước thải ra trong quá

trình canh tác nông nghiệp, thường chứa hàm lượng phân hóa học cao và các hóa

chất bảo vệ thực vật. Nước thải nông nghiệp bị ô nhiễm làm cho đất bị thoái hóa,

các tài nguyên sinh vật bị suy giảm, gây hậu quả nghiêm trọng đến môi trường. Các

chất độc còn tồn dư trong nước thải nông nghiệp gây tác động xấu đến sức khỏe con

người [6].

Các chất gây ô nhiễm môi trường nước có nhiều loại, chúng thường được xếp

thành 9 loại như sau:

+/ Các chất hữu cơ bền vững, khó bị phân hủy;

+/ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy; chủ yếu do tác nhân sinh học (VSV);

+/ Các kim loại nặng;

+/ Các ion vô cơ;

+/ Dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt;

+/ Các chất có mùi hoặc màu;

+ Các chất rắn;

+/ Các chất phóng xạ;

+/ Các VSV.

Dựa vào đặc điểm dễ hay khó bị phân hủy bởi VSV có trong nước thải mà các

chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải có thể được chia thành hai loại:

+/ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: Nhóm các chất hữu cơ dễ bị phân

hủy gồm các chất protein, cacbonhydrat, các chất béo có nguồn gốc động và thực vật.

Các chất gây ô nhiễm này thường có trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí

nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, thủy sản…Trong thành phần các chất hữu cơ

từ nước thải ở các khu dân cư có khoảng 40 – 60% protein, 25 – 50% cacbonhydrat,

10% chất béo. Các hợp chất này chủ yếu làm suy giảm oxy hòa tan trong nước dẫn

đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt. Trong


15

thực tế, người ta thường áp dụng các biện pháp sinh học để xử lý nước thải bị ô

nhiễm bởi các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học.

+/ Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học: Nhóm các chất hữu cơ khó bị

phân hủy sinh học gồm các chất thuộc dạng chất hữu cơ có vòng thơm (cacbuahydro

của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ.

Trong đó, có nhiều chất là các chất hữu cơ tổng hợp và có độc tính cao đối với con

người và động thực vật. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 60.106 tấn các chất hữu

cơ tổng hợp khó phân hủy sinh học được sản xuất trên thế giới như các chất màu,

chất hóa dẻo, thuốc trừ sâu...[2]. Trong tự nhiên, các chất hữu cơ khó bị phân hủy

sinh học khá bền vững, có khả năng tích lũy và lưu giữ lâu dài trong môi trường và

cơ thể sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Các chất

này thường có trong nước thải công nghiệp và nguồn nước ở các vùng nông, lâm

nghiệp sử dụng nhiều thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng, các chất

làm rụng lá, thuốc diệt cỏ...[16].

1.2.2 Hệ vi sinh vật trong nước thải

VSV là những sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé. Tế bào của chúng

không thể nhìn thấy được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi với độ

phóng đại từ 400 đến 1000 lần.

Số lượng và chủng loại VSV trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

các chất hữu cơ hòa tan trong nước, pH môi trường, các chất độc, tia tử ngoại... Mỗi

loại nước thải có hệ VSV đặc trưng. Nước thải sinh hoạt và nước thải của các xí

nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng VSV

trong các loại nước này là rất lớn và chủ yếu là vi khuẩn. Những thủy vực tiếp nhận

nguồn nước thải công nghiệp chứa nhiều axit như nước thải ngành công nghiệp mạ

thường làm tiêu diệt các nhóm VSV ưa trung tính có trong thủy vực.

Các VSV trong nước thải rất phong phú, bao gồm các loại vi khuẩn, vi rút,

xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc. Trong số đó, vi khuẩn chiếm tỉ lệ cao nhất. Nước thải

ở các nhà máy thải ra nhiều xenluloza và nhà máy chế biến thực phẩm thường có

nhiều vi khuẩn Sphaerptilus natans. Loại vi khuẩn này trước đây thường hay bị nhầm


16

với vi nấm trong nước thải do nó phủ lên bề mặt tế bào một lớp nước cực bẩn, thường

tạo thành các sợi, khi vỡ ra sẽ trôi nổi đầy trên mặt nước. Nhóm vi khuẩn này phát

triển mạnh ở nước nhiều oxygen. Ngoài ra, trong nước thải còn có các vi khuẩn phân

giải đường như: Clostridium, Micrococcus urea, Cytophaga sp.; các vi khuẩn gây

thối: Pseudomonas fluorecens, Proteus vulgaris, Bacillus cereus; các vi khuẩn oxy

hóa lưu huỳnh: Thiobacillus, Thiothrix, Beggiatoa; vi khuẩn phản nitrat hóa:

Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans. Trong nước thải chứa dầu

người ta tìm thấy vi khuẩn phân giải cacbonhydrat: Pseudomonas, Nocardia... [18].

Ngoài vi khuẩn, trong nước thải còn có nhiều loại nấm, nhất là nấm men như:

Saccharomyces, Candia, Cryptococcus, Rhodotorula, Leptomitus lacteus, Fusarium

aquaeducteum....[18]. Trong đó, nấm Leptomitus lacteus có khả năng phát triển thành

khối nhầy cùng vi khuẩn Sphaerptilus natans trong 90 – 120 phút và có thể bịt kín

hoàn toàn các song chắn rác làm cản trở dòng chảy, gây phiền hà trong việc thải

nước. Leptomitus lacteus có thể sống quanh năm ở sông hồ và phát triển mạnh vào

mùa đông [15].

1.2.3 Cơ sở sinh học của quá trình làm sạch nước thải

Các quá trình vật lý, hóa học như sự sa lắng và sự oxy hóa giữ vai trò quan

trọng trong quá trình làm sạch nước thải. Tuy nhiên, đóng vai trò quyết định trong

làm sạch nước thải vẫn là các quá trình sinh học. Tại chỗ nước thải đổ ra, thường tụ

tập các loại chim, cá. Chúng sử dụng các phế thải từ đồ ăn và rác làm thức ăn. Tiếp

sau đó là các động vật bậc thấp như ấu trùng của côn trùng, giun và nguyên sinh động

vật. Chúng sử dụng các hạt thức ăn cực nhỏ làm nguồn dinh dưỡng. Song cần phải

nhấn mạnh vai trò quyết định của các VSV trong quá trình làm sạch nước thải. Cơ

chế của quá trình làm sạch nước thải do các VSV bao gồm ba giai đoạn sau:

+/ Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào VSV;

+/ Quá trình khuyếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán

thấm vào trong tế bào VSV;

+/ Chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng

hợp vật liệu mới cho tế bào VSV.


17

Cả ba giai đoạn này có mối liên quan rất chặt chẽ với nhau làm nồng độ các

chất gây ô nhiễm trong nước giảm dần.

Theo phương thức dinh dưỡng, các VSV được chia làm hai nhóm chính:

- Nhóm VSV tự dưỡng: Nhóm VSV này có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu

năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong

nhóm này có các vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh...

- Nhóm VSV dị dưỡng: Nhóm VSV này sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn

cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để sinh trưởng, xây dựng tế bào và phát

triển. Các VSV dị dưỡng có thể chia thành ba nhóm nhỏ dựa theo hoạt động sống của

chúng đối với nhu cầu oxy:

+/ Nhóm VSV hiếu khí: là nhóm VSV cần oxy để sống, giống như quá trình

hô hấp ở động vật bậc cao. Sự phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí thể hiện

ở phản ứng sau:

VSV hiếu khí

Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + sinh khối VSV + năng lượng

+ NH4+ + H2S + NO3

- + SO42-

Sản phẩm của quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm khoảng 40% là sinh khối

VSV và gần 60% là CO2 + H2O.

+/ Nhóm VSV kỵ khí: là nhóm VSV có thể sống và hoạt động ở điều kiện kị

khí (không cần có oxy của không khí). Các VSV này có khả năng sử dụng oxy trong

những hợp chất nitrat, sunfat để oxy hóa các chất hữu cơ. Sự phân hủy các chất hữu

cơ ở điều kiện kị khí được thể hiện ở các phản ứng sau:

VSV kị khí

Chất hữu cơ + NO3- + SO4

2- CO2 + H2O + CH4 + N2 + H2S + NH4+

+ axit hữu cơ + CH4 + sinh khối VSV + năng lượng

+/ VSV tùy nghi hay còn gọi là VSV kỵ khí tùy tiện: Nhóm VSV này có thể

sinh trưởng trong điều kiện có hoặc không có oxy. Chúng luôn có mặt trong nước

thải. Năng lượng được giải phóng ngoài một phần thoát ra ở dạng nhiệt, phần còn lại

được sử dụng cho việc sinh tổng hợp hình thành tế bào mới [15].


18

Trong số các nhóm VSV làm sạch nước thải, vi khuẩn có số lượng nhiều nhất

và cũng đóng vai trò quan trọng nhất. Ngoài ra, cũng có các nhóm VSV khác như

nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn nhưng số lượng ít hơn vi khuẩn. Những nhóm này là

các VSV dị dưỡng hiếu khí. Nhiều loại nấm, kể cả nấm độc có khả năng phân hủy

xenlulozơ, hemixenlulozơ và đặc biệt là lignin. Tuy nhiên, vai trò của nấm, kể cả nấm

mốc, nấm men, cũng như xạ khuẩn trong quá trình xử lý nước thải không quan trọng

bằng vi khuẩn [16].

1.2.4 Cơ chế phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật

Nước thải của các cơ sở sản xuất lương thực, đặc biệt là nước thải từ các làng

nghề sản xuất bún, bánh phở, miến....có hàm lượng tinh bột rất cao. Tinh bột bao gồm

các mạch amilo và amilopectin. Amilo là những chuỗi không phân nhánh bao gồm

hàng trăm đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dãy nối 1,4 glucozit. Amilopectin là

các chuỗi phân nhánh, các đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,6

glucozit. Cơ chế quá trình phân giải tinh bột nhờ VSV được mô tả như sau:

VSV phân giải tinh bột có khả năng tiết ra môi trường hệ enzym amilaza bao

gồm 4 enzym:

+/ α – amilaza có khả năng tác động vào bất kỳ mối liên kết 1,4 glucozit nào

trong phân tử tinh bột. Bởi vậy, α – amilaza còn được gọi là endoamilaza. Dưới tác

động của α – amilaza, phân tử tinh bột được cắt thành nhiều đoạn ngắn gọi là sự dịch

hóa tinh bột. Sản phẩm của sự dịch hóa thường là các đường 3 cacbon gọi là

mantotrioza.

+/ β - amilaza chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,4 glucozit ở cuối phân tử

tinh bột, bởi thế còn gọi là exoamilaza. Sản phẩm của β - amilaza thường là đường

disaccarit mantoza.

+/ Amilo 1,6 glucosidaza có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucozit tại

những chỗ phân nhánh của amilopectin.

+/ Glucoamilaza phân giải tinh bột thành glucoza và các oligosaccarit. Enzym

này có khả năng phân cắt cả hai loại liên kết 1,4 và 1,6 glucozit.


19

Dưới tác động của 4 loại enzym trên, phân tử tinh bột được phân giải thành

đường glucoza.

VSV có hệ amilaza rất phong phú và đa dạng. Rất nhiều nhóm VSV ở trong

đất và nước thải như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn có khả năng sinh

amilaza.

Những vi khuẩn hiếu khí có khả năng sinh amilaza cao phần lớn thuộc loài

Bacillus subtilis, B. lichenifomic, B. Circulan chịu nhiệt cao và nhóm vi khuẩn

Cytophaga. Nhóm vi khuẩn kị khí sinh amilaza thường gặp là Clochidium

thermosulfurrogens và Thermoanaerobacter, Pyrococceus thuộc vi khuẩn cổ.

Các loài nấm mốc sinh amilaza thường gặp là Aspergillus niger, A. awamori,

Rizopus niveus, Chalara paradoxa, còn nấm men thường gặp loài Cryptococcus spp.,

Endomycopsis fibulegera, Lipomyces spp.. Xạ khuẩn cũng có một số chi có khả năng

phân hủy tinh bột.

Trong các loại VSV kể trên thì các vi khuẩn nhóm Bacillus có khả năng sinh

amilaza mạnh nhất. Một số VSV có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại

enzym trong hệ enzym amilaza nhưng một số loài khác chỉ có thể tiết ra một hoặc vài

enzyme trong hệ đó, các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân hủy tinh

bột thành đường [24].

1.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính

Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải nhưng có thể chia thành

các phương pháp chính sau: cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học. Trong đó, phương

pháp sinh học được sử dụng chủ yếu để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu

cơ cao. So với biện pháp vật lý và hóa học, phương pháp sinh học có ưu điểm hơn

cả là giá thành thiết bị không đắt tiền, nguyên liệu xử lý dễ kiếm lại không gây tái ô

nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là một trong

những phương pháp sinh học điển hình được áp dụng để xử lý nước thải giàu hữu

cơ.

Trong nước thải luôn tồn tại các chất rắn lơ lửng khó lắng. Trong quá trình

sinh trưởng và phát triển trong nước thải, các tế bào VSV sẽ dính vào các hạt lơ


20

lửng này và phát triển thành các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ

gây nhiễm bẩn nước và được lớn dần lên do hấp phụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ

khác. Khi ngừng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dưỡng cho VSV

trong nước thải cạn kiệt, những hạt bông này sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ tạo

thành bùn. Bùn này được gọi là bùn hoạt tính. Nhờ bùn hoạt tính mà lượng chất ô

nhiễm trong nước giảm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được

làm sạch.

Bùn hoạt tính là tập hợp các VSV khác nhau có mặt trong nước thải, chủ yếu

là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở

trong nước. Các bông cặn này có khả năng hấp thu và phân hủy chất hữu cơ. Màu sắc

của các bông cặn thường là màu vàng nâu. Các bông cặn dễ lắng có kích thước từ 3-

150 μm, gồm các VSV sống và cặn rắn (chiếm khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo

bông). Các bông cặn này có khả năng hấp thu và phân hủy chất hữu cơ. Bùn hoạt tính

lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong môi trường thích

hợp có sục khí) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi.

Quần thể VSV trong bùn hoạt tính rất phong phú với các loại vi khuẩn, nấm

men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh. Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt

tính dao động trong khoảng 108 – 1012 trong 1 mg chất khô. Phần lớn chúng là

Pseudomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus,

Flavobacterium…Trong khối nhầy có các loài Zooglea, đặc biệt là Zooglea ramigola,

rất giống Pseudomonas, chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy xung quanh tế bào.

Bao nhầy này là một polyme sinh học, thành phần là polysaccarit, có tác dụng kết các

tế bào vi khuẩn lại thành các hạt bông [16]. Ngoài ra, trong bùn hoạt tính còn có mặt

các vi khuẩn phân hủy các polyme, vi khuẩn phản nitrat hóa, vi khuẩn khử sunfat.

Một số giống vi khuẩn điển hình có mặt trong bùn hoạt tính được thể hiện trên bảng

1.


21

Bảng 1. Quần thể VSV trong bùn hoạt tính

TT Vi khuẩn Chức năng

1 Pseudomonas Phân huỷ cacbonhydrat, protein, các hợp chất hữu cơ

và phản nitrat hóa

2 Arthrobacter Phân huỷ cacbonhydrat

3 Bacillus Phân huỷ cacbonhydrat, protein

4 Cytophaga Phân huỷ các polyme

5 Zooglea Tạo thành chất nhầy, hình thành các chất keo tụ

6 Acinetobacter Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat

7 Nitrobacter Nitrat hoá

8 Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ

9 Acaligenes Phân hủy protein, phản nitrat hóa

10 Flavobacterium Phân hủy protein

11 Acinetobacter Phản nitrat hóa

12 Hyphomicrobium Phản nitrat hóa

13 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat

Các động vật nguyên sinh cũng có mặt trong bùn hoạt tính và tham gia vào

quá trình làm sạch nước thải. Chúng ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường

loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích

thích VSV tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và làm kết lắng

bùn nhanh.

Để xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính có hiệu quả, cần sử dụng nhiều biện

pháp khác nhau để tạo bùn hoạt tính nhằm tăng số lượng cũng như hoạt lực của các


22

VSV có trong đó như: lấy bùn hoạt tính ở nơi xử lý khác có tính chất giống như nước

thải nghiên cứu, hồi lưu bùn đã dùng ở những bể xử lý nước thải trước trở lại các bể

sục khí. Ngoài ra, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển

của VSV có trong bùn hoạt tính như:

- Nhiệt độ của nước thải: Nếu nhiệt độ cao thì phải có thiết bị hạ nhiệt độ

xuống khoảng 25 – 300C;

- pH của nước thải: cần phải điều chỉnh pH của nước thải đạt khoảng 6,5 – 7,5;

- Các nguyên tố có tính độc có thể tiêu diệt hoặc kìm hãm sinh trưởng của

VSV. Nước thải có chứa các độc tố đặc biệt này cần phải có biện pháp xử lý riêng

trước khi được xử lý bằng bùn hoạt tính;

- Tỷ số BOD5: N: P: Đây là các chỉ số cần được quan tâm khi cân bằng dinh

dưỡng cho VSV trong nước thải. Tỷ lệ BOD5: N: P được đề xuất tối ưu là 100: 5: 1.

Ngoài chất hữu cơ, nitơ và photpho là hai nguồn dinh dưỡng quan trọng cho sự tạo

thành tế bào mới và hoạt động của VSV trong bùn hoạt tính. Ngoài ra, để phát huy

được vai trò của bùn hoạt tính đến điều kiện hiếu khí hay nồng độ oxy hòa tan trong

nước, chúng ta phải quan tâm trong các quy trình công nghệ xử lý nước thải bằng bùn

hoạt tính. Có thể làm tăng nồng độ oxy hòa tan bằng cách tăng mặt thoáng của ao hồ,

áp dụng các biện pháp sục khí và khuấy cưỡng bức [16].

- Cách tạo bùn hoạt tính:

+/ Môi trường tạo bùn hoạt tính: là nước thải có cùng hoặc gần giống với phổ

nhiễm bẩn của nước thải cần xử lý. Môi trường tạo bùn cần được bổ sung các nguồn

dinh dưỡng N, P theo tỉ lệ BOD5: N: P = 100: 5: 1, đường kính (hoặc glucoza,

mantoza) với hàm lượng khoảng 50 g/l môi trường;

+/ Giống VSV: là bùn hoạt tính lấy từ các nơi khác hoặc những bể chứa nước thải

cần xử lý đã hình thành bùn ở điều kiện hiếu khí trong các nguồn nước thải giống

nhau. Bùn này được cho vào bình tam giác theo tỷ lệ 5 – 10% rồi đặt trên máy lắc có

tốc độ 180 – 200 vòng/phút ở 25- 30 0C, trong thời gian từ 24 – 48 tiếng. Sau đó lấy

cặn bùn từ bình tam giác đưa vào các thùng lớn chứa môi trường có sục khí để kích

thích sinh trưởng trong điều kiện hiếu khí rồi chuyển sang hệ thống xử lý. Bùn hồi lưu


23

có thể được làm tái sinh hay hoạt hóa để tăng hoạt lực của bùn trong các bể xử lý đã

có tỉ lệ môi trường thích hợp và sục khí tích cực trong vài giờ, sau đó bùn được quay

trở lại các bể xử lý hiếu khí khác [1].

1.3 Nghiên cứu khả năng xử lý nước ô nhiễm bằng vi tảo

Tảo là thực vật bậc thấp, sống theo kiểu quang tự dưỡng, dị dưỡng hoặc tạp

dưỡng. Có loại tảo có cấu trúc đơn bào, có loại mọc nhánh dài. Chúng là thực vật

phù du, có thể trôi nổi ở trong nước hay móc vào các giá đỡ (loài thực vật khác).

Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm đến 2/3 [90]. Nhiều

loài tảo, như vi tảo còn được xếp vào nhóm VSV, tảo lam được xếp vào nhóm vi

khuẩn lam. Tảo phát triển làm nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo (tảo

lam Anabaena cylindrica làm cho nước có màu xanh lam, Oscilatoria rubecens làm

cho nước ngả màu hồng, các loài khuê tảo Melorisa, Navicula làm cho nước có màu

vàng nâu...) [16].

Trong nước thải giàu nguồn N và P là điều kiện tốt cho tảo phát triển. Nguồn

CO2 có thể do VSV hoạt động thải ra trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo

thành và cung cấp cho tảo hoặc từ không khí.

Cơ sở sinh học của việc sử dụng một số loài tảo để xử lý nước thải là dựa

vào đặc tính sinh trưởng tự nhiên của chúng. Tảo sử dụng CO2 hoặc bicacbonat làm

nguồn cacbon và nguồn nitơ, photpho vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của

năng lượng ánh sáng mặt trời, đồng thời thải ra khí oxy. Quá trình quang hợp của

tảo được biểu diễn như sau:

ánh sáng

CO2 + NH4+ + PO4

3- Tế bào tảo mới (tăng sinh khối) + O2

Các khí oxy phân tử sinh ra làm giàu thêm hàm lượng oxy hòa tan trong

nước, tạo điều kiện thuận lợi giúp vi khuẩn hiếu khí phát triển và thúc đẩy các phản

ứng oxy hóa - khử trong quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ xảy ra nhanh

hơn.


24

Vai trò chính của tảo và thực vật thủy sinh là khử nguồn amonium hoặc

nitrat, cùng nguồn photphat có trong nước. Việc làm giảm các chất hữu cơ ô nhiễm

trong nước chủ yếu là nhờ một số loại vi khuẩn, tảo và thực vật khác chỉ sinh oxy

và có rễ để vi khuẩn bám vào, cùng tán lá che chắn làm giảm tác động của ánh sáng

mặt trời giúp vi khuẩn khỏi chết và tạo điều kiện cho chúng hoạt động tốt hơn.

Các loài vi tảo có thể làm thức ăn tự nhiên trong nuôi trồng thủy sản. Một số

loài tảo có khả năng phát triển trên một số loại nước thải đóng vai trò quan trọng

trong quá trình làm sạch nước thải. Cùng với các VSV khác, vi tảo giữ vai trò như

máy lọc sinh học tự nhiên, trực tiếp hấp thu tất cả những sản phẩm thừa, sản phẩm

sau cùng của phân huỷ hữu cơ và chuyển hoá chúng sang dạng ít độc hại hơn hoặc

phân giải chúng thành những vật chất khác đơn giản và vô hại. Những loại tảo và vi

khuẩn lam nước ngọt được sử dụng phổ biến trong quá trình xử lý nước thải chủ

yếu thuộc các chi Chlorella, Spirulina, Scenedessmus…Từ nhiều năm qua đã có

nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về việc ứng dụng các loài tảo trong xử lý

nước ô nhiễm. Tại Việt Nam, năm 2010, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa

TP. Hồ Chí Minh đã chứng minh loài tảo Tetraselmis sp. có khả năng làm sạch

nước thải nuôi tôm sú [80]. Tại Trung Quốc, năm 2009, nghiên cứu của trường Đại

học Nanchang cũng đã chứng minh được khả năng xử lý nước thải đô thị rất hiệu

quả của loài tảo Chlorella [47]. Năm 2010, các nhà nghiên cứu của Thụy Điển cũng

chỉ ra các loài vi tảo có hiệu quả xử lý nitơ và photpho có trong nước thải rất tốt,

hiệu suất xử lý nitơ đạt 60 - 80% và photpho đạt từ 60 – 100% trong các tháng của

mùa hè [43].

1.4 Giới thiệu chung về tảo lam Spirulina

1.4.1 Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào của tảo lam Spirulina

Tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam, là loài VSV đầu tiên có khả năng

quang hợp và sinh ra khí oxy được phát hiện từ hơn 3,5 tỷ năm trước [39].

Spirulina (Athrospira) platensis thuộc ngành vi khuẩn lam (Cyanophyta), lớp

Cyanophyceae, bộ Oscillatoriales, họ Oscillatoraceae, chi Spirulina.


25

Spirulina là tảo đa bào, dạng sợi. Có hai loài quan trọng là Spirulina maxima

và Spirulina platensis. Chiều dài sợi tảo Spirulina có thể đạt 250 µm. Spirulina có 5

– 7 vòng xoắn, dạng lò xo không phân nhánh. Bước xoắn có chiều dài khoảng 60

µm, đường kính xoắn khoảng 35 – 50 µm [13]. Sợi tảo có khả năng tự chuyển động

theo kiểu thanh trượt quanh trục của sợi. Một số hình ảnh về tảo Spirulina được

minh họa trên hình 1.

Error!

�

Hình 1A. Hình ảnh về

Spirulina platensis

[Nguồn:

http://erectomaxx.com/ingredients.htm]

Hình 1B. Hình ảnh về

Spirulina maxima

[Nguồn:

http://www.naturezadivina.com.br/loja

/product_info.php?products_id=56]

Tế bào tảo Spirulina chưa có nhân điển hình, vùng nhân là vùng giàu axit

nucleic chưa có màng nhân bao bọc, phân bố trong nguyên sinh chất. Ngoài ra, tế

bào Spirulina không có không bào thực, chỉ có không bào chứa khí làm chức năng

điều chỉnh tỷ trọng tế bào. Nhờ có không bào chứa khí mà Spirulina có thể nổi lên

mặt nước. Mặc dù không có ty thể và mạng lưới nội chất song tế bào Spirulina vẫn

có ribosom và một số thể vùi như các hạt polyphotphat, glycogen, phycocyanin,

carboxysome và hạt mesosome.

Thành tế bào Spirulina có cấu trúc nhiều lớp, không chứa xenlulo mà chứa

mucopolyme pectin và các loại polisaccarit khác. Màng tế bào nằm sát ngay bên

dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylakoid tại một vài điểm. Spirulina


26

không có lục lạp mà chỉ chứa thylakoid quang hợp nằm rải rác trong nguyên sinh

chất [7].

1.4.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa và thành phần dinh dưỡng của tảo lam

Spirulina

1.4.2.1 Đặc điểm sinh lý

Tảo lam Spirulina có thể phân bố rộng rãi trong đất, nước ngọt, nước lợ,

nước mặn và cả trong những suối nước nóng. Ngoài hàm lượng chất dinh dưỡng

cần thiết cho tảo là nguồn cacbon và nguồn nitơ, photpho, sinh trưởng của loài tảo

này còn chịu ảnh hưởng bởi một số yếu tố vật lý như sau:

+/ Yếu tố nhiệt độ: Sinh trưởng của Spirulina đạt tối ưu ở 35 – 370C trong

điều kiện phòng thí nghiệm. Spirulina phát triển rất chậm dưới 250C. Ở những

nguồn nước có nhiệt độ 450C hay những suối nước nước nóng có nhiệt độ 600C vẫn

thấy sự hiện diện của tảo này [82].

+/ Yếu tố ánh sáng: Tảo Spirulina ít bị chi phối bởi chu kì sáng tối. Cường

độ ánh sáng thích hợp nhất cho Spirulina phát triển nằm trong khoảng 25 – 30 klux.

+/ Yếu tố pH: Spirulina phát triển trong khoảng pH từ 8,3 – 11. Tuy nhiên,

pH của môi trường tối ưu cho sinh trưởng và phát triển của tảo là từ 8,5 – 9. Tại

khoảng pH này, nguồn cacbon vô cơ được đồng hóa nhiều nhất [30].

Chu kì phát triển của tảo Spirulina rất ngắn, thời gian thế hệ chỉ kéo dài

trong 24 giờ. Tảo lam Spirulina có hai hình thức sinh sản:

+/ Sinh sản sinh dưỡng: Hình thức sinh sản này được thực hiện bằng cách

đứt từng khúc trên sợi tảo;

+/ Sinh sản vô tính: Spirulina sinh sản vô tính bằng cách tạo bào tử khi điều

kiện sống không thuận lợi [13].

1.4.2.2 Đặc điểm sinh hóa

Đặc điểm sinh hóa nổi bật của Spirulina là có hàm lượng protein rất cao,

chiếm khoảng 50 – 70% trọng lượng của tế bào, trong khi các thực phẩm được coi

là giàu đạm như đậu đỗ, thịt, phomat cũng chỉ có 20% đạm. Nhiều nghiên cứu đã

chỉ ra rằng đạm trong Spirulina hoàn toàn không có hại. Và cũng khác với các loại


27

đạm khác, đạm trong Spirulina rất dễ hấp thụ do các axit amin hầu như ở dạng tự

do. Tỷ lệ hấp thụ đạm trong Spirulina là hơn 90% [73].

Thành phần hóa học của tảo Spirulina so với % trọng lượng khô (TLK) như

sau: protein tổng số 50 – 70%; gluxit 13 – 16%; lipit 7 – 8%; axit nucleic 4,29%;

chlorophylla 0,76%; carotenoit 0,23%; tro 4 – 5%. Tuy nhiên, thành phần sinh hóa

của tảo Spirulina thay đổi tùy thuộc vào điều kiện nuôi trồng [13].

Protein của tảo Spirulina chứa hầu hết các loại axit amin thay thế và không

thay thế, tỉ lệ của các axit amin này khá cân đối. Tổ chức lương thực thực phẩm thế

giới (FAO) đã công nhận loại tảo này là nguồn thực phẩm chức năng bổ sung cho

người rất tốt [17]. Trong số các axit amin trong tảo có 4 loại axit amin không thể

thay thế quan trọng sau: lyzin, methionin, phenylanalin, tryptophan (là nguyên liệu

gốc để tổng hợp vitamin B3). Không chỉ cung cấp các axit amin không thể thay thế,

tảo Spirulina còn là nguồn cung cấp các axit béo không bão hòa quan trọng mà cơ

thể không thể tự tổng hợp được, trong đó đặc biệt quan trọng là các axit γ –linolenic

khiến cho Spirulina trở thành một loại thực phẩm có giá trị chống suy dinh dưỡng

và chống béo phì. Các carotenoit chính ở Spirulina là oscillaxanthin,

mycoxanthophyll, zeaxanthin, hydro-echinenon, β-carotene, β-crytoxanthin,

echinenon. Các lipit chủ yếu của Spirulina là mono-di-galactosyldiglycerrid và

phosphatidyglycerol [7].

Đặc biệt, tảo Spirulina là loại thực vật chứa hàm lượng β-carotene (tiền

Vitamin A) cao nhất, gấp 10 hàm lượng β-carotene có trong cà rốt, được biết đến

như loại rau quả thông dụng giàu β-carotene nhất trong thực phẩm hàng ngày [35].

β-carotene trong Spirulina là chất chống ôxy hóa mạnh nhất, giúp tiêu diệt các gốc

tự do là nguyên nhân của bệnh tật và gây chết. Dùng liều cao β-carotene trong khẩu

phần dinh dưỡng hàng ngày sẽ phòng chống rất hiệu quả các dạng ung thư [42].

Tảo Spirulina còn có vitamin thuộc nhóm B – loại vitamin rất cần thiết cho

hoạt động của các cơ, hệ tiêu hóa, rất tốt cho mắt, gan, da, vòm miệng, tóc, giúp

điều hòa hệ thần kinh, điều chỉnh lượng cholesterol trong máu. Trong tảo Spirulina

còn có sắc tố màu lam phycocyanil, không tồn tại trong bất kỳ thực phẩm nào khác.


28

Phycocyanil giúp ổn định quá trình trao đổi chất và tăng cường hệ miễn dịch, hỗ trợ

hoạt động của gan trong các trường hợp phải điều trị bằng nhiều loại thuốc. Kết hợp

cùng với các vitamin, phycocyanil được sử dụng trong điều chế các dược phẩm điều

trị ung thư [74].

1.4.2.3 Thành phần dinh dưỡng

Năm 1964, nhà thực vật học người Bỉ đã phát hiện ra một bộ tộc thổ dân ở

châu Phi có nhiều người già ở tuổi bách niên, hơn nữa họ hầu như không đau ốm,

trong khi tuổi thọ trung bình của người dân châu Phi thời đó chỉ là 35. Nguyên nhân

là do trong khẩu phần ăn hàng ngày của bộ tộc đó đều có một loại bánh màu xanh,

hình thù tương tự như bánh mỳ dẹt. Những chiếc bánh này được làm từ loại rong

vớt trên mặt hồ và sau đó được sấy khô dưới nắng. Loại tảo đó chính là Spirulina

platensis [72]. Hai mươi năm sau, vào những năm cuối thập kỷ tám mươi thế kỷ 20

- nhiều giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina đã được khám

phá và công bố rộng rãi ở nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ, Nhật, Canada,

Mehico, Đài Loan…

Là một loại tảo quang tự dưỡng, Spirulina sử dụng CO2 và đồng hóa nitơ chủ

yếu ở dạng NO3- và nhiều dạng nitơ khác như NH4

+, NO2-, (NH2)CO dưới tác dụng

của ánh sáng mặt trời. Các thành phần dinh dưỡng trong tảo gồm có:

- Dinh dưỡng cacbon: Nguồn cacbon được sử dụng để nuôi cấy tảo Spirulina là CO2

và NaHCO3. Spirulina phát triển thuận lợi ở môi trường có HCO3- hơn CO3

2-. Khi

tiến hành sục khí CO2 vào môi trường nuôi cần phải kết hợp với cung cấp muối

bicacbonat để tạo pH thích hợp cho tảo phát triển. Trong thực tế nuôi trồng

Spirulina, người ta thường bổ sung 16,8g/l NaHCO3 và sục khí CO2 1%, ở nhiệt độ

33-350C, cường độ ánh sáng 25 klux. Ngoài ra, tế bào tảo Spirulina platensis có thể

sinh trưởng theo kiểu tạp dưỡng do có khả năng sử dụng đồng thời cacbon hữu cơ

và vô cơ dưới tác dụng của ánh sáng [23].

- Dinh dưỡng nitơ: Các muối nitrat là nguồn nitơ thích hợp cho tảo Spirulina phát

triển. Hàm lượng nitrat cho vào môi trường phải lớn hơn 100 mg/l. Urê cũng là

nguồn nitơ thông dụng với nồng độ thường được sử dụng là 1,5 mg/l. Ngoài ra, axit


29

nitric cũng được sử dụng làm nguồn nitơ cho tảo Spirulina nhưng ở nồng độ thấp

[13].

- Dinh dưỡng photpho: Photpho được tế bào tảo sử dụng để tổng hợp ATP, axit

nucleic và các hợp chất cấu tạo khác. Năng suất của tảo Spirulina đạt tối đa ở nồng

độ photpho là 90 – 180 mg/l sau 14 ngày [21]. Nếu thiếu hoàn toàn photpho trong

môi trường nuôi, quang hợp của tảo Spirulina giảm sau 14 ngày, còn sinh trưởng

giảm sau 5 ngày [23].

- Dinh dưỡng khoáng: là nguồn dinh dưỡng đóng vai trò quan trọng cho sự sinh

trưởng và phát triển của tảo.

+/ Tảo Spirulina rất ưa muối. Trong môi trường ưu trương, hàm lượng kali

có thể lên tới 5 g/l và natri có thể lên tới 18 g/l. Trong nuôi trồng tảo Spirulina, cần

chú ý đến tỉ lệ K/Na phải nhỏ hơn 5. Nếu tỉ lệ này lớn hơn 5, tảo sẽ bị chậm phát

triển hoặc cấu trúc tảo sẽ bị phá vỡ.

+/ Mg đóng vai trò tương tự như photpho trong việc tổng hợp các

polyphotphat. Canxi không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng của tảo.

+/ Fe ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng và hàm lượng protein trong tảo.

Tảo Spirulina có thể sinh trưởng bình thường trong giới hạn nồng độ sắt khá rộng,

từ 0,55 – 56 mg/l môi trường [21].

+/ Các nguyên tố vi lượng khác như Zn, Cu, Mn….không ảnh hưởng rõ rệt

đến hàm lượng protein, nhưng có ảnh hưởng tới một số thành phần vitamin của tảo

Spirulina [13].

Nhờ những đặc điểm về sinh hóa và thành phần dinh dưỡng mà tảo Spirulina

được coi là nguồn thực phẩm bổ sung rất tốt để chăm sóc và tăng cường sức khỏe

cho con người ở mọi lứa tuổi. Bắt đầu từ việc đưa tảo Spirulina vào khẩu phần dinh

dưỡng không thể thiếu cho các phi hành gia vũ trụ, các nhà thám hiểm và các lực

lượng tác chiến cơ động trong quân đội, từ những năm 1980 đến nay, tảo Spirulina

đã trở nên rất thông dụng trên toàn thế giới. Sau hơn 50 năm được sản xuất công

nghiệp, Spirulina vẫn được coi là sản phẩm an toàn, sử dụng nhiều nhất trong nhóm

bổ sung dinh dưỡng. Loài tảo này đang được nghiên cứu để sử dụng rộng rãi trong


30

công nghiệp thực phẩm làm thức ăn bồi bổ sức khỏe, làm thuốc điều trị suy dinh

dưỡng, thực phẩm chống béo phì. Axit béo gamma linolenic (GLA) chứa trong tảo

Spirulina rất cần thiết cho sức khỏe. Hiện nay các sản phẩm chứa Spirulina đã có

mặt rộng rãi trên thị trường như bột dinh dưỡng Enalac, Linafort,

Supermilk…Ngoài dạng thực phẩm quen thuộc, tảo Spirulina còn có mặt trên thị

trường dưới dạng dược phẩm như Linavina (Mekophar), viên bọc đường hoặc viên

nang dùng bổ sung dinh dưỡng cho những người cần cung cấp protein khi đang điều

trị viêm gan, xơ gan, tiểu đường hoặc loét dạ dày. Hình 2 minh họa một vài hình

ảnh về Spirulina platensis trên thị trường dưới dạng dược phẩm.

�

[Nguồn:

http://en.wikipedia.org/wiki/Spirulina_(diet

ary_supplement)]

[Nguồn:

http://www.la-boutique-bio.com/specials.php]

Hình 2. Hình ảnh về Spirulina platensis trên thị trường dưới dạng dược phẩm

Theo số liệu của Tổ chức Y tế Thế giới WHO, tảo Spirulina có thể giúp con

người phòng chống ít nhất là 70% các loại bệnh. Chính vì vậy, tảo Spirulina đã

được EC khuyến cáo, được WHO và Bộ Y tế của nhiều quốc gia trên thế giới công

nhận không chỉ là nguồn thực phẩm sạch mà còn là giải pháp cho phòng và điều trị

một số bệnh của thế kỉ 21 [88].

1.4.3 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina

1.4.3.1 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina trên thế giới


31

Năm 1974, DIC – một tập đoàn hóa chất lớn của Nhật Bản đã bắt đầu tập

trung nghiên cứu tảo Spirulina. Đây là tập đoàn đầu tiên đã thành công trong việc

nuôi trồng Spirulina ở qui mô công nghiệp và thương mại hóa tảo Spirulina trên thế

giới [35]. Ngày nay, với 3 trang trại nuôi trồng tại Mỹ, Trung Quốc và Thái Lan, tập

đoàn DIC đã nuôi trồng và sản xuất tảo Spirulina với sản lượng hàng năm lên đến

900 tấn. Năm 1979, tại Mỹ, tập đoàn Earthrise cũng đã nghiên cứu và đưa Spirulina

đến với thị trường thực phẩm thiên nhiên. Sau đó, vào năm 1982, Earthrise xây

dựng trang trại nuôi trồng Spirulina đầu tiên tại Mỹ. Cho đến nay đây là trang trại

nuôi trồng Spirulina lớn nhất trên thế giới [86].

Không chỉ được biết đến như một nguồn thực phẩm chức năng trên thế giới,

khả năng xử lý môi trường của tảo lam Spirulina đã được nghiên cứu tại nhiều

nước. Năm 2000, tại Malaysia, Spirulina được ứng dụng trong xử lý nước thải từ

nhà máy sản xuất dầu cọ [57]. Năm 2003, tại Thái Lan, khả năng làm sạch nước thải

ao nuôi tôm của Spirulina cũng đã được chứng minh [32]. Tại Nhật Bản, cùng với

chủng vi khuẩn tía Rhodobacter sphaeroides và một chủng Chlorella sorokiniana,

tảo lam Spirulina cũng được nghiên cứu để ứng dụng trong xử lý nước thải giàu

hàm lượng hữu cơ. Hiện nay, việc áp dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp và công nghệ

gen để chuyển gen vào tảo Spirulina đang được tiến hành ở Nhật Bản nhằm tạo ra

những chủng giống tảo có đặc tính mong muốn là một hướng đầy triển vọng trong

việc sử dụng tảo này trong xử lý một số loại nước thải [53]. Các nhà khoa học tại

Mehico đã nghiên cứu sử dụng Spirulina để loại bỏ NH4+ và PO4

3- trong nước thải

chăn nuôi lợn có hiệu quả [55]. Năm 2010, Spirulina cũng được các nhà khoa học

Tây Ban Nha chứng minh có khả năng xử lý nước thải ô nhiễm nitơ và photpho một

cách có hiệu quả [34].

Ngoài ra, cũng có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng sử dụng tảo lam

Spirulina loại bỏ một số kim loại nặng trong nước thải. Năm 2006, công trình

nghiên cứu tại Trường Đại học Goana, Italia về khả năng của tảo lam Spirulina

trong việc loại bỏ đồng trong nước thải cũng đã được công bố [62]. Năm 2007,

Trường Đại học Iowa, Mỹ cũng đã công bố khả năng hấp thụ thủy ngân của chủng


32

Spirulina platensis [28]. Spirulina cũng được chứng minh có hiệu suất hấp thụ

cadimi trong nước rất tốt [60, 51].

1.4.3.2 Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina tại Việt Nam

Từ cuối những năm 1970, tảo Spirulina được sản xuất đại trà ở một số nước

như Mỹ, Nhật Bản, Mêhicô, Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Đài Loan, Cuba và

Việt Nam.

Ở nước ta, tảo Spirulina được nhập nội từ Pháp năm 1972. Nó đã trở thành

một đối tượng nghiên cứu sinh lý, sinh hoá, tại Viện Sinh Vật học (nay là Viện

Công nghệ Sinh học) do cố Giáo sư Nguyễn Hữu Thước chủ trì. Những nghiên cứu

về tác động của ánh sáng, nhiệt độ, pH đã cho phép đẩy nhanh quá trình thích ứng

của tảo này với điều kiện khí hậu của Việt Nam. Một môi trường dinh dưỡng rẻ tiền,

thích hợp cho tảo này cũng đã được đưa ra dựa trên những nghiên cứu về tác động

của các nguyên tố khoáng lên sinh trưởng và quang hợp của tảo Spirulina. Sử dụng

các môi trường này tảo Spirulina đã được đưa vào nuôi trồng thử nghiệm đại trà tại

Hà Nội, Bình Thuận, Bến Tre, Thành phố Hồ Chí Minh với một kỹ thuật bổ sung

môi trường trong nuôi trồng đại trà đã được thiết lập [10]. Trong khoảng thời gian

1981 – 1985, nuôi trồng Spirulina ở quy mô lớn tại suối nước khoáng Vĩnh Hảo

giàu bicacbonat và các chất khoáng khác, có nhiệt độ cao, gió và ánh sáng quanh

năm đã được tiến hành với quy mô ban đầu là 60 bể (mỗi bể 45m3) với năng suất 8 –

10g khô/m2/ngày. Cũng trong thời gian này, hàng loạt nghiên cứu ứng dụng sinh

khối Spirulina cho gia cầm, cá, vịt, ong, tằm cũng đã được thực hiện.

Vào đầu thời điểm những năm 1980s, ở Thuận Hải hai sản phẩm Spirulina -

“Linavina” và “Lactogyl” đã có mặt trên thị trường được dùng làm thuốc bổ dưỡng.

Các bệnh viện Thống Nhất, Bệnh viện phụ sản Từ Dũ, Bệnh viện tỉnh Thuận Hải,

Trung tâm dinh dưỡng trẻ em thành phố Hồ Chí Minh cũng tiến hành thử nghiệm sử

dụng sinh khối Spirulina trong phòng chống suy dinh dưỡng ở trẻ em và người già

[11, 21]. Trong giai đoạn 1986 – 1990, diện tích nuôi trồng Spirulina ở Thuận Hải


33

được nâng lên 5000m2 với sản lượng đạt được 6 tấn khô/ năm, giá bán 10 – 12

USD/ 1kg.

Những nghiên cứu sâu về nguồn cacbon và công nghệ sử dụng CO2 trực tiếp

(không qua phối trộn khí) đã được thử nghiệm thành công tại hai cơ sở nuôi trồng

tảo này ở Bến Tre và Đồng Nai. Hàng loạt công trình nghiên cứu nhằm đánh giá

tổng quát hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học của Spirulina cũng đã được các

nhà khoa học Việt Nam nghiên cứu. Nhằm tận dụng nguồn nước biển, nước lợ cho

khả năng sản xuất Spirulina trong tương lai nên những nghiên cứu về khả năng

chống chịu muối NaCl của tảo này cũng đã được nghiên cứu. Khả năng sử dụng

nước khoáng Đắc Min (tỉnh Đắc Lắc) để sản xuất đại trà tảo Spirulina với công

nghệ thích hợp cũng đã được quan tâm nghiên cứu trong giai đoạn này [7]. Một quy

trình công nghệ tách chiết sắc tố lam từ Spirulina để ứng dụng cho bệnh nhân ung

thư và tai, mũi, họng cũng đã được hoàn chỉnh. Chế phẩm “Phycobleu” đã được

trường Đại học Y khoa Hà Nội thử độc tính và dùng thử nghiệm cho bệnh nhân tại

Viện Tai Mũi Họng Hà Nội [21].

Sinh khối của tảo lam Spirulina dùng để tách chiết các chất có hoạt tính sinh

học có giá trị dinh dưỡng làm thực phẩm chức năng cho người và động vật, nguồn

phân bón sinh học và vai trò của nó trong xử lý môi trường cũng đã được đi sâu

nghiên cứu [7]. Khả năng nuôi trồng tạp dưỡng, ảnh hưởng của một số nguồn

cacbon hữu cơ (như glucose, fructose, galactose, saccarose, L-arginine, axetat natri)

lên sự sinh trưởng của tảo lam S. platensis cũng như quang hợp và sinh trưởng của

tảo này trong điều kiện thiếu nitơ, phốtpho và kali đều đã được nghiên cứu. Các kết

quả thu được cho thấy các điều kiện nêu trên đã ảnh hưởng rất rõ rệt lên tốc độ

quang hợp, sinh trưởng cũng như hàm lượng sắc tố của S. platensis [26]. Các nguồn

phế thải hữu cơ như rỉ đường, nước thải ươm tơ, phế thải công nghiệp rượu bia cũng

đã được thử nghiệm để nuôi thu sinh khối tảo này [23]. Hướng nghiên cứu này có

triển vọng rất to lớn vì vừa bảo đảm làm sạch môi trường vừa hạ giá thành sản

phẩm, đồng thời rất có ý nghĩa về mặt sinh thái môi trường. Tất nhiên, vấn đề về kỹ

thuật và công nghệ của hướng nghiên cứu này cần được tiếp tục nghiên cứu.


34

Ngoài ra, hoạt tính sinh lý của dịch tảo S. platensis lên sinh trưởng của lúa ở

giai đoạn nảy mầm, lên sự ra rễ của cành giâm Đậu xanh và Đậu cô ve cũng đã

được nghiên cứu [3]. Nghiên cứu dịch chiết phycoxianin từ tảo lam S. platensis và

ứng dụng của nó trên chuột thuần chủng BAL/C để hạn chế sự phát triển tế bào ung

thư của mô liên kết180 khoảng 70-80% đã được công bố [14].

Ứng dụng của vi tảo trong sản xuất thức ăn cho ấu trùng một số loài tôm

cũng đã được nghiên cứu với chất lượng luôn ổn định, giá thành của chế phẩm có

thể chấp nhận được [10].

Triển vọng sử dụng nước biển và nước lợ cho nuôi trồng đại trà Spirulina ở

nước ta trong tương lai cũng đã được đề cập thông qua các nghiên cứu sử dụng

nguồn nước biển để nuôi trồng tảo này cũng như ảnh hưởng của các nồng độ NaCl

khác nhau lên các đặc điểm sinh lý, sinh hoá của tảo lam Spirulina cũng đã được

tiến hành nghiên cứu [4]. Nghiên cứu các phương pháp chuyển gien trên đối tượng

tảo Spirulina để tiến tới áp dụng thành công kỹ thuật ADN tái tổ hợp trong việc tạo

ra dược các chủng tảo lam có những đặc tính mong muốn cũng đã được công bố [5,

20].

Nghiên cứu tảo lam Spirulina của Nguyễn Thị Kim Hưng (Trung tâm Dinh

dưỡng trẻ em TP. Hồ Chí Minh) và cộng sự với đề tài "Nghiên cứu sản xuất và sử

dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng điều trị" đã đạt giải nhì trong hội

thi sáng tạo kĩ thuật cấp thành phố năm 1998. Năm 2009, tại Hội nghị Công nghệ

sinh học toàn quốc, đề tài “Nghiên cứu nuôi Spirulina platensis bằng phương pháp

kín sạch thành thức uống dùng tươi có giá trị dinh dưỡng và chức năng” của Lê

Chiến Phương (Viện Sinh học Nhiệt đới TP.Hồ Chí Minh) cũng đã được công bố.

Năm 2008, công ty Cổ phần hỗ trợ và phát triển công nghệ DETECH cũng

đã phối hợp cùng các nhà khoa học của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam sản

xuất thành công 5 sản phẩm từ tảo Spirulina là Spir@. Loại sản phẩm này đã được

Cục An toàn vệ sinh thực phẩm - Bộ Y tế cấp phép lưu hành trên thị trường [89].

Sinh khối của tảo lam Spirulina không chỉ được nghiên cứu dùng để tách

chiết các chất có hoạt tính sinh học có giá trị dinh dưỡng làm thực phẩm chức năng


35

cho con người và động vật mà vai trò quan trọng trong xử lý môi trường của tảo

lam Spirulina cũng được đi sâu nghiên cứu. Tảo lam Spirulina đã được sử dụng

trong xử lý nước thải giàu amoni từ một số nguồn phân hoá học trong trồng trọt ở

Việt Nam để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm giá thành sản phẩm từ

Spirulina [14]. Ngoài ra, các thử nghiệm nuôi trồng tảo này bằng nguồn nước thải

ươm tơ tằm, nước thải của nhà máy phân đạm, nước thải từ hầm biogas….đã được

triển khai, ngay cả các nguồn phế thải hữu cơ như rỉ đường, phế thải công nghiệp

rượu bia cũng đã được thử nghiệm để nuôi trồng và thu sinh khối tảo này [23].

Nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm từ tảo Spirulina đã được

thành lập với công nghệ nuôi tảo trên các bể nông xây bằng xi măng sử dụng khí

CO2 của công nghệ tạo nguồn cacbon, nguồn CO2 trực tiếp lấy từ các nhà máy bia,

cồn, rượu…nén hóa lỏng vào bình chứa. Đó là các cơ sở như Vĩnh Hảo (Bình

Thuận), Châu Cát, Suối Nghệ (Đồng Nai), Đắc Min (Đắc Lắc) [89].

Trước thực trạng ô nhiễm môi trường ở Việt Nam nói chung và đặc biệt môi

trường xung quanh các làng nghề truyền thống nói riêng đang bị ô nhiễm ở mức

báo động, việc sử dụng VSV và vi tảo lam Spirulina để xử lý môi trường là hoàn

toàn có thể áp dụng được, có tính khả thi cao [5]. Tuy nhiên, giá thành xử lý sẽ cao

do chi phí cho các thiết bị để lắp đặt, xây dựng hệ thống các bể xử lý nước thải

lớn….Trong bối cảnh trên, nếu chúng ta tạo chọn được các chủng tảo lam Spirulina

có khả năng tổng hợp cao các chất có hoạt tính sinh học (như chất dẻo sinh học)

bằng các tác nhân vật lý như UV, tia phóng xạ có liều thấp, các chất gây đột biến

nhân tạo cũng như các kỹ thuật di truyền và sau đó sử dụng chính các chủng tảo

này để xử lý nước thải, đồng thời thu sinh khối tảo để khai thác các chất có hoạt

tính sinh học là một hướng đi đúng, có tính khả thi cao. Việc kết hợp xử lý nước

thải của các làng nghề truyền thống giàu tinh bột bằng VSV và tảo lam Spirulina

kết hợp với việc tách chiết các chất có hoạt tính sinh học như chất dẻo sinh học từ

sinh khối tảo sẽ làm giảm giá thành xử lý, có tính khả thi cao và có ý nghĩa cả về

mặt khoa học và thực tiễn.

1.5 Giới thiệu chung về chất dẻo sinh học và PHAs


36

1.5.1 Giới thiệu chung về chất dẻo sinh học

Chất dẻo là các hợp chất cao phân tử, còn được gọi là nhựa hoặc polyme.

Chúng có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt độ, áp suất và vẫn giữ

được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Chất dẻo sinh học (bioplastic) là một nguồn

vật liệu polyme mới đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Không chỉ

được tổng hợp từ thực vật và các loài ngũ cốc quen thuộc trong đời sống hàng ngày

như ngô, lúa mì, củ cải, khoai tây, dầu đậu nành,…chất dẻo sinh học còn có nguồn

gốc từ các loài VSV, trong đó có tảo lam Spirulina (Arthrospira). Chất dẻo sinh học

có thời gian phân hủy khá nhanh trong môi trường. Nếu như chất dẻo truyền thống

như polyetilen (PE) phải mất gần bốn thế kỷ mới hoàn toàn bị thoái hóa thì việc

trộn lẫn PE với chất dẻo sinh học, thời gian thoái hóa rút ngắn chỉ còn 4 đến 5 năm

trong điều kiện môi trường bình thường, thậm chí chỉ còn 20 ngày nếu trộn lẫn với

phân hữu cơ compost và ủ trong điều kiện nhiệt độ khoảng 50 - 600C với sự có mặt

các vi khuẩn ưa nhiệt [71].

Chất dẻo sinh học có đặc tính của hợp chất polyme giống như chất dẻo thông

thường như: có trọng lượng phân tử lớn, có tính chịu nhiệt và đàn hồi cao. Tuy

nhiên, chất dẻo sinh học có những ưu điểm hơn hẳn so với chất dẻo thông thường

như: khả năng tái sử dụng cao, có thể thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống là

dầu mỏ và lợi thế quan trọng nhất là không gây ô nhiễm môi trường do có nguồn

gốc chủ yếu từ thực vật, các loại VSV và thời gian phân hủy tương đối ngắn. Chính

vì những ưu điểm nổi trội này mà chất dẻo sinh học được coi là giải pháp tiết kiệm

năng lượng trong quá trình sản xuất, làm giảm sự lệ thuộc vào dầu mỏ - một loại tài

nguyên quý báu đang có nguy cơ cạn kiệt và có thể mở ra một kỷ nguyên công

nghiệp mới [49].

Quá trình tổng hợp chất dẻo sinh học có thể chia thành 3 loại dựa vào nguồn

nguyên liệu tổng hợp ban đầu:

+/ Dựa vào hợp chất polyme tự nhiên;

+/ Dựa vào quá trình lên men của thực vật;

+/ Tổng hợp trực tiếp từ VSV.


37

Chất dẻo sinh học bao gồm nhiều loại như: PLA (polylactic acid), PHAs

(Poly-3-hydroxylalkanoates), aliphactic polyeste, polysaccarit, cellulose acetate,

polyamide đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp

[52].

Hiện nay trên thế giới có khoảng 60% bioplastic đang được sử dụng rộng rãi

trong ngành công nghiệp dệt và công nghệ đóng gói. Năm 2002, bioplastic đã được

các tập đoàn công nghiệp và điện tử lớn như Toyota, Fujitsu của Nhật Bản ứng

dụng để chế tạo một số bộ phận thiết bị sử dụng cho ngành điện tử và công nghệ

thông tin. Năm 2007, PLA cũng đã được sản xuất tại Hàn Quốc với công suất 5000

tấn/năm [85]. Các nghiên cứu về bioplastic ngày càng thu hút nhiều nhà khoa học

trên thế giới. Năm 2009, các nhà khoa học tại Bắc Ai-Len đã nghiên cứu sử dụng

thành công kỹ thuật mới để sản xuất chất dẻo sinh học từ cây chuối [84]. Năm 2010,

các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Almaden của tập đoàn IBM ở Nam

California (Mỹ) đã nghiên cứu thành công phương pháp sản xuất chất dẻo sinh học

từ thực vật thân thiện với môi trường [78].

1.5.2 Giới thiệu về PHAs

1.5.2.1 Đặc điểm về cấu trúc

PHAs là một trong các loại chất dẻo sinh học, có bản chất là polyeste của

hydroxyalkanoates. Lần đầu tiên PHAs được tìm thấy ở một loài vi khuẩn có tên là

Bacillus megaterium năm 1926 [46]. Nhiều năm sau, PHAs bắt đầu được phát hiện

trong cơ thể của nhiều loài VSV khác [40, 67, 27, 68]. PHAs được tổng hợp và giữ

trong tế bào chất ở dạng không hòa tan, được coi là một dạng năng lượng dự trữ của

tế bào [63]. Chúng có thể bị phân hủy nhờ quá trình trao đổi và xúc tác của enzym

nội bào thành cacbon và giải phóng năng lượng, hỗ trợ dinh dưỡng cho tế bào.

Trong tế bào, PHAs thường được giữ dưới dạng các hạt riêng biệt (granules), kích

thước và số lượng của các hạt biến đổi tùy thuộc vào các loài VSV. Riêng trong một

tế bào ở loài Alcaligenes eutrophus có khoảng 8-13 hạt với đường kính hạt tương

ứng khoảng 0,2 – 0,5 µm quan sát được dưới kính hiển vi điện tử [29]. PHAs gồm


38

hơn 150 monome, chiều dài mạch từ 3 – 14 nguyên tử cacbon với trọng lượng phân

tử khoảng 50.000 – 1000.000 daltons [41].

Cấu trúc của PHAs được minh họa trên hình 3.

Hình 3. Cấu trúc của PHAs

[Nguồn: Ngô Thị Hoài Thu, 2006]

PHAs được chia thành hai nhóm tùy thuộc vào số nguyên tử cacbon trong phân tử:

+/ PHAs mạch ngắn: bao gồm 3 – 5 nguyên tử cacbon;

+/ PHAs mạch dài: bao gồm 6 – 14 nguyên tử cacbon.

PHAs có đặc tính của các polyme chịu nhiệt như trọng lượng phân tử lớn, độ

đàn hồi cao, nhiệt độ nóng chảy từ 50 – 1800C [33]. Dựa vào số lượng nguyên tử

cacbon trong phân tử, PHAs có thể chia thành nhiều loại như: poly (3-

hydroxylbutyrate) (PHB), poly (3-hydroxyvalerate) (PHV) và poly (3-

hydroxylbutyrate-co-3-3-hydroxyvalerate) (PH-PV). Tính chất vật lý của một vài

dạng PHA và polypropylen được chỉ ra trên bảng 2.

Bảng 2. Tính chất vật lý của một vài dạng PHA và polypropylen

Các đặc tính

PHB

P (HB-HN)a

Poly-

propylen

3 mol % 14 mol % 25 mol %

Nhiệt độ nóng chảy (0C) 175 169 150 137 176

Chuyển trạng thái (0C) 15 - - -1 -10

Kết tinh (%) 80 - - 40 70

Sức căng (Mpa) 40 38 35 30 34,5

Độ đàn hồi (%) 6 - - - 400


39

Ghi chú: -: Không xác định; a: poly (3-hydroxylbutyrate-co-3- hydroxyvalerate)

[Nguồn: Ozomu, 2004]

1.5.2.2 Cơ chế tổng hợp PHA

Cơ chế tổng hợp PHA gồm hai giai đoạn:

+/ Giai đoạn đầu là quá trình đồng hóa hoặc dị hóa nguồn cacbon như đường,

axit béo. Tùy thuộc vào nguồn cacbon, sẽ có các enzym chuyển hóa tương ứng (3-

hydroxyacyl-ACP-CoA transferase).

+/ Giai đoạn hai là quá trình trùng hợp các phân tử nhỏ (monomer) thành các

phân tử lớn (polymer) nhờ xúc tác của enzym chìa khóa PHA synthase.

Quá trình tổng hợp PHA được chia thành bốn con đường khác nhau đặc

trưng bởi nguồn cacbon được sử dụng. Tất cả bốn con đường trên đều có mặt

enzym PHA synthase (pha C) – enzym chìa khóa cho quá trình sinh tổng hợp PHA.

Cấu trúc của gen mã hóa cho PHA synthase của 40 chủng vi khuẩn Gram dương,

Gram âm và cả ở tảo lam đều đã được xác định như ở Rhodobacter eutropha,

Azotobacter caviae, Rhodobacter sphaeroides… PHA synthase của vi khuẩn lam

thuộc tuýp III, bao gồm 2 tiểu phân nhỏ: tiểu phần C (ký hiệu pha C) và tiểu phần E

(ký hiệu pha E). Trình tự và cấu trúc protein của 2 gen pha E và pha C đã được xác

định ở một số loài như Chromatium vinosum, Thiocystis violaca và

Synechococystics [36, 64]. Đến nay, rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng

tổng hợp PHA của các chủng vi khuẩn như Bacillus spp., Alcaligenes spp.,

Pseudomonas spp., Aeromonas hydrophila, Rhodopseudomonas palustris,

Escherichia coli, Burkholderia sacchari, Halomonas boliviensis, Halococcus

saccharolyticus… đều đã được công bố trên thế giới [45, 50, 59, 69].

1.5.2.3 Ứng dụng của PHAs trong đời sống

Trong 2 – 3 thập kỷ qua, số lượng và chủng loại PHAs được sử dụng trong

đời sống ngày càng được mở rộng. Cho đến nay, chỉ riêng tại châu Âu lượng PHAs

tiêu thụ đã đạt khoảng 50.000 tấn/năm [33]. Trong nhóm PHA thì poly (3-

hydroxybulyrate) (PHB) lẫn các copolyme của chúng như poly (3-hydroxybutyrate-

co-3-hydroxyvalerate) có tầm quan trọng lớn và được tổng hợp nhiều nhất. P (HB-


40

HV) đã được sử dụng làm film, các chai nhựa và có thể dùng làm nguyên liệu sản

xuất giấy [48]. Ngoài ra, với khả năng tự phân hủy, P (HB-HV) cũng được sử dụng

trong y học [44, 41, 70]. Sự phân hủy của PHB đã được phát hiện thấy trong các tế

bào máu của người, vì vậy có thể sử dụng PHB trong các mô của động vật có vú mà

không lo ngại đến khả năng bị ngộ độc. PHB và một số PHA khác thích hợp cho sử

dụng làm bao bì và vật liệu tráng nhưng cũng dùng cho các mặt hàng vệ sinh như tã

giấy hoặc băng vệ sinh [52].

1.5.2.4 Sản xuất PHAs

Từ những năm 1980, hai loại PHAs là 3-hydroxybutyrate và 3-

hydroxyvalerianacid đã được một công ty hóa chất lớn của Anh sản xuất trên thị

trường với sản phẩm tên gọi là "Biopol". Sản phẩm này sau đó được phân phối từ

công ty Monsanto và Metabolix tại Mỹ và tiếp tục được phát triển rộng rãi trên thế

giới. Hiện nay, các tập đoàn công nghiệp sản xuất PHAs lớn trên thế giới gồm có:

công ty Metabolix (Mỹ), công ty Biocycle (Brazil), công ty vật liệu sinh học Tianan

thuộc tập đoàn Ningbo (Trung Quốc) [75] và thị trường châu Âu là nơi tiêu thụ

chính. Cho đến nay, việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu tự nhiên có khả năng tổng

hợp PHA đang ngày càng thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học

trên toàn thế giới. Theo nhiều nghiên cứu, hàm lượng PHA thu được trong quá trình

sinh tổng hợp từ VSV có thể lên tới 80% so với trọng lượng khô của tế bào [31, 63].

Trong tế bào chất của một số loài thực vật bậc cao và tảo lam, enzym β-ketothiolase

tham gia vào quá trình tổng hợp và tích lũy PHAs đã được phát hiện. Ở một số thực

vật bậc cao và tảo lam, hàm lượng PHA được tích lũy có thể đạt 14% so với trọng

lượng của tế bào nhờ áp dụng kĩ thuật chuyển gen vào thực vật. Ở điều kiện bình

thường, hàm lượng PHA ở tảo lam chỉ đạt có 5% [58, 44, 64]. Chính vì vậy, nếu tận

dụng các kĩ thuật hiện đại của công nghệ sinh học nhằm nâng cao hiệu suất tổng

hợp PHAs từ các nguyên liệu tự nhiên không những mang lại hiệu quả kinh tế cao

mà còn có ý nghĩa lớn trong bảo vệ môi trường.


41

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu nghiên cứu

Đối tượng trong nghiên cứu gồm có:

- Nước thải làng nghề bún Phú Đô – xã Mễ Trì – huyện Từ Liêm – Hà Nội.

Mẫu nước thải được lấy tại hệ thống cống chung cuối làng của các hộ gia đình làm

bún trong làng bún Phú Đô.

- Quần thể VSV trong nước thải được thu tại hệ thống cống chung cuối làng

bún Phú Đô được thu vào buổi sáng sớm từ tháng 6 - 9/2010.

- Chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB (hình 4) thuộc tập đoàn giống

của Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ Sinh học, được giữ giống trong môi

trường SOT.

Hình 4. Hình thái chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB

được nuôi trong môi trường SOT

Vật liệu nghiên cứu:

Các hoá chất sử dụng trong nghiên cứu có độ tinh sạch cao được dùng để pha

môi trường nuôi cấy VSV và môi trường SOT.

Các môi trường nuôi cấy VSV như sau:

- Môi trường MPA (để xác định số lượng vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí tổng

số):

Nước thịt: 100 ml (hoặc cao thịt 3 g)


42

Pepton: 10 g

Thạch: 20 g

Nước: 1 lít

- Môi trường Hasen tinh bột (để xác định số lượng vi khuẩn và nấm men có

khả năng phân giải tinh bột):

Tinh bột: 50 g

Pepton: 5 g

MgSO4.7H2O: 3 g

KH2PO4: 3 g

K2HPO4: 3 g

Cao nấm men: 1 g

Thạch: 20 g

Nước: 1 lít

- Môi trường Gause tinh bột (để xác định số lượng xạ khuẩn có khả năng

phân giải tinh bột):

Tinh bột: 20 g

K2HPO4: 0,5 g

MgSO4.7H2O: 0,5 g

NaCl: 0,5 g

KNO3: 1 g

FeSO4: 0,01 g (Vết)

Thạch: 20 g

Nước: 1 lít

Trong đó có bổ sung K2Cr2O7 (0,5 g/l) vào môi trường nhằm ức chế sự phát

triển của vi khuẩn.

- Môi trường Czapecdox tinh bột (để xác định số lượng nấm mốc có khả

năng phân giải tinh bột):

Tinh bột: 30 g

NaNO3: 3 g


43

MgSO4 0,5 g

KH2PO4: 1 g

KCl: 0,5 g

FeSO4: 0,01 g (Vết)

Thạch: 20 g

Nước: 1 lít

- Môi trường xác định VSV kị khí tổng số:

Pepton: 4 g/l

Glucoza: 10 g/l

MgSO4: 1 g/l

Na2SO4: 7,5 g/l

NaCl: 1 g/l

MgCl2: 0,5 g/l

Thạch: 12 g/l

Fe2(SO4)3.6H2O hoặc (NH4)2SO4: 0,05 g/l

- Thành phần môi trường SOT dùng để giữ giống tảo lam Spirulina platensis

CNTĐB được chỉ ra trong bảng 3.

Bảng 3. Thành phần môi trường SOT

Dung dịch A

Hoá chất Lượng cho 1 lít

môi trường

1. NaHCO3 16,8 g

2. K2HPO4 0,5 g

Dung dịch B

1. NaNO3 2,5 g

2. K2SO4 1 g

3. NaCl 1 g

4. MgSO4.7H2O 0,2 g

5.CaCl2.2H2O 0,04 g

6. FeSO4.7H2O 0,01 g


44

7. Na2EDTA 0,08 g

8. Dung dịch A5 1 ml

Thành phần các hóa chất có trong 1 lít dung dịch A5 như sau:

H3BO3 : 2,86 g

MnSO4.7H2O: 2,5 g

ZnSO4.7H2O: 0,222 g

CuSO4.5H2O: 0,079 g

Na2MoO4.2H2O: 0,021 g

Các hóa chất trong dung dịch A5 được cân với trọng lượng xác định như trên,

sau đó tiến hành định mức bằng nước cất đến 1 lít.

Cách pha môi trường SOT: Cân các hoá chất của dung dịch A và B định mức

đến 1 lít tương ứng. Khử trùng dung dịch A và B ở điều kiện 1210C trong 15 phút.

Sau đó phối trộn 1 thể tích dung dịch A với 1 thể tích dung dịch B với nhau.

- Trang thiết bị sử dụng trong nghiên cứu: Các thiết bị đã được sử dụng trong

thí nghiệm bao gồm: kính hiển vi quang học Olympus CH 02 (Nhật Bản), cân kỹ

thuật Precisa XB 1200C, cân phân tích Precisa XT 220A, máy đo mật độ quang học

UV-1601 Shimazu (Nhật Bản), tủ sấy Cornthem (New Zealand), máy lắc IKA KS

260 basic (Đức), máy ly tâm Sorvall (R) (Đức), box cấy vô trùng Lamin Air, Holten

loại HH48-OSI (Đức), máy ảnh kĩ thuật số Canon IXY Digital 70 (Nhật Bản), máy

phân tích sắc ký khí với đầu dò JGC-20K (Nhật Bản), đèn ống UV loại MEDICOM,

BLF-12, 220V, 50 Hz, 30 Wat của Hungari sử dụng với bước sóng 254nm và các

dụng cụ thuỷ tinh gồm các bình tam giác, pipet, ống nghiệm, đĩa petri (đường kính

10 cm).

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp xác định số lượng các nhóm VSV trong nước thải và trong

bùn hoạt tính

2.2.1.1 Phương pháp xác định vi sinh vật hiếu khí phân giải tinh bột tổng số

Chuẩn bị các môi trường nuôi cấy VSV, sau đó môi trường được đun tới khi

tan hết tinh bột và thạch. Tiếp theo, môi trường được chuyển vào các bình tam giác,


45

được khử trùng ở điều kiện 0,8 atm ở 1210C trong 30 phút. Sau khi khử trùng, để

thạch nguội đến khoảng 500C, tiến hành đổ ra đĩa petri. Lượng thạch đổ vào mỗi đĩa

khoảng 15 – 20 ml, sau đó sấy khô mặt thạch trong tủ sấy trong 30 phút.

Lấy 1 ml mẫu nước thải sản xuất bún cho vào ống nghiệm đựng 9 ml nước

cất vô trùng, được nồng độ pha loãng 10-1. Tiến hành lắc đều ống nghiệm, sau đó

lấy 1 ml dung dịch có nồng độ pha loãng 10-1 cho vào ống nghiệm chứa 9 ml nước

cất vô trùng, được nồng độ pha loãng 10-2. Cứ tiếp tục như vậy tiến hành pha loãng

đến độ pha loãng cần thiết. Sau đó, dùng pipet man lấy 50µl dung dịch mẫu nước

thải đã pha loãng ở nồng độ cần thiết nhỏ vào chính giữa đĩa thạch đã chuẩn bị như

đã nêu ở trên. Sau đó, các đĩa thạch được đậy lại và bao gói kín bằng giấy, đặt trong

tủ ấm ở 28 - 300C. Sau 2 – 5 ngày lấy đĩa ra quan sát và đếm số lượng khuẩn lạc đã

mọc.

Công thức tính số lượng VSV (CFU/ml dung dịch) như sau:

X = A x 20 x 10n

A: Số khuẩn lạc mọc trên mặt thạch;

10n: Nghịch đảo nồng độ pha loãng;

X: Số lượng VSV (CFU/ml dung dịch);

CFU: là đơn vị hình thành khuẩn lạc.

2.2.1.2 Phương pháp xác định vi sinh vật kỵ khí phân giải tinh bột tổng số

- Xác định số lượng VSV kỵ khí theo phương pháp MPN (The Most Probable

Number Method). Phương pháp MPN còn được gọi là phương pháp pha loãng tới

hạn hay phương pháp chuẩn độ. Đây là phương pháp dùng để đánh giá số lượng

VSV theo số lượng VSV có xác suất lớn nhất hiện diện trong một đơn vị thể tích

mẫu. Đây là phương pháp định lượng dựa trên kết quả định tính của một loạt thí

nghiệm được lặp lại ở một số độ pha loãng khác nhau. Thông thường, việc định

lượng này được thực hiện lặp lại 3 lần ở 3 độ pha loãng bậc 10 liên tiếp, tổng cộng

3 x 3 = 9 ống nghiệm. Cho vào các ống nghiệm có chứa môi trường thích hợp cho

sự tăng trưởng của đối tượng VSV cần định lượng một thể tích chính xác dung dịch

mẫu ở 3 nồng độ pha loãng bậc 10 liên tiếp. Ủ ở nhiệt độ và thời gian thích hợp.


46

Dựa vào kết quả biểu kiến chứng minh sự tăng trưởng của VSV cần kiểm định

trong từng ống nghiệm, ghi nhận số lượng các ống nghiệm dương tính ở từng độ

pha loãng. Sử dụng các số liệu này và dựa vào bảng Mac Crady (bảng 4) suy ra mật

độ VSV được trình bày dưới dạng số MPN/100ml hay số MPN/1g mẫu.

Quy trình thực hiện việc xác định số lượng VSV kỵ khí như sau:

- Pha loãng mẫu nước thải: Dùng nước muối sinh lý (0,85% NaCl) để pha loãng.

Cách pha loãng như sau: Lấy 0,5 ml mẫu nước thải và bổ sung thêm 4,5 ml nước

muối sinh lý trên sẽ được dung dịch nước thải có nồng độ pha loãng 10-1. Sau đó lại

lấy 0,5 ml dung dịch này bổ sung thêm 4,5 ml nước muối sinh lý, khi đó được dung

dịch nước thải có nồng độ 10-2. Cứ tiếp tục như vậy, thu được nước thải với nồng độ

pha loãng từ 10-3 đến 10-9.

- Cách cấy mẫu: Hút 1 ml dung dịch nước thải được pha loãng ở các nồng độ 10-1

đến 10-9, bổ sung vào môi trường thạch đã được đổ đầy ống nghiệm. Chú ý tránh

tạo bọt khí, ống nghiệm được đậy chặt bằng nút cao su và dùng băng dính bọc ngoài

nút. Sau đó, các ống nghiệm được để ở tủ ấm 370C trong khoảng từ 7 – 10 ngày.

Sau 3 ngày nuôi, có thể lấy mẫu ra quan sát khả năng mọc của các VSV kỵ khí. Khi

đó vi khuẩn yếm khí mọc thành các khuẩn lạc nhỏ, màu trắng nằm rải rác trong

thạch, ngoài ra, có khả năng một số mẫu có mặt các vi khuẩn sinh metan làm cho

thạch bị nứt, đứt đoạn nhiều nơi. Tra bảng 4 để xác định số lượng VSV kỵ khí.

Bảng 4. Bảng tra MPN dùng cho loạt 3 ống nghiệm

ở 3 nồng độ pha loãng liên tiếp

Số lượng ống dương tính Số

MPN/

100 ml

Số lượng ống dương tính Số

MPN/

100 ml

Số ml mẫu sử dụng Số ml mẫu sử dụng

10 1 0,1 10 1 0,1

0 0 0 - 2 0 0 9

0 0 1 3 2 0 1 14

0 0 2 6 2 0 2 20

0 0 3 9 2 0 3 26

0 1 0 3 2 1 0 15


47

0 1 1 6 2 1 1 20

0 1 2 9 2 1 2 27

0 1 3 12 2 1 3 34

0 2 0 6 2 2 0 21

0 2 1 9 2 2 1 28

0 2 2 12 2 2 2 35

0 2 3 16 2 2 3 42

0 3 0 9 2 3 0 29

0 3 1 13 2 3 1 36

0 3 2 16 2 3 2 44

0 3 3 19 2 3 3 53

1 0 0 4 3 0 0 23

1 0 1 7 3 0 1 39

1 0 2 11 3 0 2 64

1 0 3 15 3 0 3 95

1 1 0 7 3 1 0 43

1 1 1 11 3 1 1 75

1 1 2 15 3 1 2 120

1 1 3 19 3 1 3 160

1 2 0 11 3 2 0 93

1 2 1 15 3 2 1 150

1 2 2 20 3 2 2 210

1 2 3 24 3 2 3 290

1 3 0 16 3 3 0 240

1 3 1 20 3 3 1 460

1 3 2 24 3 3 2 1100

1 3 3 29 3 3 3 -

[Nguồn: Trần Linh Thước, 2002]

2.2.2 Phương pháp nuôi tạo bùn hoạt tính


48

Bùn hoạt tính được nuôi tạo từ nước thải sản xuất bún được lấy ở cống chung

cuối làng Phú Đô theo phương thức sau:

Lấy 1 lít nước thải sản xuất bún ở cống thải chính làng nghề bún Phú Đô để

lắng 1 ngày. Sau đó gạt phần nước trong, còn lại 200 ml nước cặn. Lấy 50 ml dung

dịch cặn này cho vào 40 ml nước thải sản xuất bún được lấy ở cống chung cuối

làng. Sau đó tiến hành bổ sung vào dung dịch trên các hóa chất sau:

- Đường kính: 10 g

- Pepton: 1,0 g

- MgSO4.7H2O: 0,6 g

- KH2PO4: 0,6 g

- Cao nấm men: 0,2 g

Tiếp theo, bổ sung thêm nước máy cho đủ 200 ml. Tiến hành trung hòa dung

dịch nêu trên bằng dung dịch NaOH 0,1 M đến khi được pH = 7. Chuyển toàn bộ

200 ml dung dịch nêu trên vào bình tam giác có dung tích 500 ml, đặt trên máy lắc

với tốc độ 200 vòng/phút, nhiệt độ 28 – 300C trong 48 giờ. Sau khoảng thời gian lắc

nêu trên, bình tam giác chứa dung dịch bùn được để lắng, bùn hoạt tính thu được là

cặn bùn trong bình tam giác.

2.2.3 Phương pháp xác định các thông số xử lý nước thải tối ưu

2.2.3.1 Phương pháp xác định thời gian lắng tối ưu

Để xác định thời gian lắng tối ưu, chúng tôi tiến hành lấy 10 lít nước thải sản

xuất bún ở cống chung cuối làng bún Phú Đô. Lượng nước này được đưa vào một

can nhựa để vào một nơi cố định. Kiểm tra pH của nước thải bằng giấy quỳ đo pH.

Tiến hành chia đều lượng nước thải này vào 7 can nhựa, mỗi can nhựa chứa 1 lít

nước thải. Nước thải trong 7 can nhựa này lần lượt được để lắng tại các thời điểm:

0, 6, 12, 14, 16, 18 và 24 giờ. Sau đó tiến hành trang đĩa để kiểm tra số lượng VSV

trong các mẫu nước thải tương ứng với các khoảng thời gian để lắng nói trên. Dựa

vào kết quả số lượng VSV thu được, chúng tôi tìm ra thời gian lắng hiệu quả nhất.

2.2.3.2 Phương pháp xác định tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu cho quá trình xử lý


49

Mẫu nước thải sản xuất bún ở cống chung cuối làng được lấy về, sau khi

kiểm tra và điều chỉnh pH về giá trị trung tính, để lắng khoảng 1 ngày, nước thải

được chia làm năm phần bằng nhau và cho vào 5 bình tam giác dung tích 500ml.

Các bình được bổ sung tương ứng 2, 3, 4 và 5 và 7% bùn hoạt tính, và lắc mẫu trên

máy lắc có tốc độ 200 vòng/phút, nhiệt độ 28 – 30 0C trong 24 giờ. Sau khi lắc các

bình tam giác được lấy ra, để lắng 30 phút, rồi dùng pipet để hút phần cặn bùn và

tiến hành cấy trải trên đĩa thạch. Dựa số lượng VSV thu được ở 5 mẫu trên, chúng

tôi xác định được tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu cho quá trình xử lý.

2.2.3.3 Phương pháp xác định nồng độ nitơ tối ưu

Nước thải sau khi đã để lắng và bổ sung bùn hoạt tính theo tỷ lệ tối ưu đã xác

định được ở trên được bổ sung tiếp phân lân. Sau đó, chia dung dịch thành 5 phần

bằng nhau vào 5 bình tam giác dung tích 1 lít. Tiếp tục bổ sung phân đạm với hàm

lượng khác nhau: 40, 70, 100, 130 và 160 mg/l vào 5 bình tam giác nêu trên. Tiếp

theo, cả 5 bình tam giác trên được lắc trên máy lắc có tốc độ 200 vòng/phút, nhiệt

độ 28 – 300C trong 1 ngày. Sau đó, tiến hành xác định số lượng VSV ở cả 5 mẫu

trên. Dựa trên số lượng VSV thu được trong 5 mẫu, chúng tôi xác định được lượng

N cần bổ sung tối ưu.

2.2.3.4 Phương pháp xác định nồng độ photpho tối ưu

Các bước được tiến hành tương tự như phần xác định nồng độ N tối ưu:

Nước thải sau khi đã để lắng, bổ sung bùn hoạt tính và phân đạm theo tỷ lệ tối ưu

như đã xác định ở phần trên vào. Sau đó, chia nước thải thành 5 phần bằng nhau

vào 5 bình tam giác dung tích 1 lít. Tiếp tục bổ sung phân lân theo các nồng độ khác

nhau: 50, 80, 110, 140 và 170 mg/l vào 5 bình tam giác nêu trên. Sau đó, cả 5 bình

tam giác trên cũng được lắc trên máy lắc có tốc độ 200 vòng/phút, nhiệt độ 28 – 30 0C trong 1 ngày và tiến hành xác định số lượng VSV ở cả 5 mẫu trên. Dựa trên số

lượng VSV thu được, lượng P tối ưu cần bổ sung được xác định.

2.2.3.5 Phương pháp xác định thời gian sục khí tối ưu

Sau khi tìm ra các điều kiện tối ưu về N và P, chúng tôi tiến hành xử lý mẫu

nước thải trong các bình xử lý dung tích 10 lít. Quá trình sục khí được thực hiện


50

trong thời gian 24 giờ. Trong quá trình sục khí tiến hành lấy mẫu nước ở các thời

gian: 0, 4, 10, 16, 20 và 24 giờ. Sau đó xác định số lượng VSV tổng số phân hủy

tinh bột ở tất cả các mẫu trên để tìm ra thời gian sục khí tối ưu cho quá trình xử lý.

2.2.4. Xác định tốc độ sinh trưởng phát triển của tảo lam Spirulina platensis

bằng phương pháp đo mật độ quang học (OD) tại bước sóng 420 nm

- Chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB được nuôi trong các điều kiện

thí nghiệm như sau: sử dụng môi trường SOT có thành phần được chỉ ra trong bảng

3, nhiệt độ nuôi từ 27-300C; pH môi trường ban đầu từ 8,5 - 9,0; cường độ chiếu

sáng là 10 klux; chu kỳ chiếu sáng: tối là 12/12giờ; thể tích dịch nuôi: 1 - 2 lít; mật

độ ban đầu được đo ở bước sóng 420 nm (là cực đại hấp thụ của sắc tố chlorophyll).

Viêc đo OD của tảo S. platensis được thực hiện 1 lần/1 ngày.

- Xác định tốc độ sinh trưởng của tảo thông qua đo mật độ quang học ở bước

sóng 420nm (OD420) bằng máy UV – 1601 Shimadzu (Nhật Bản).

- Chụp ảnh hình thái của tảo bằng máy ảnh kỹ thuật số Canon IXY Digital 70

(Nhật Bản) dưới kính hiển vi quang học Olympus CH 02 (Nhật Bản).

2.2.5. Xác định hiệu quả xử lý nước thải sau từng giai đoạn

- Các thông số COD, BOD5, Nts, Pts được xác định theo phương pháp chuẩn

xác định thành phần hóa lý trong môi trường nước: COD (SMEWW 5220C:1999),

BOD5 (TCVN 6001:1995), Nts (TCVN 5987:1995), Pts (SMEWW 4500-P-B:1999).

Ở từng công đoạn xử lý: trước khi có sục khí, sau thời gian sục khí có bổ sung bùn

hoạt tính và sau khi nuôi tảo đều tiến hành xác định cả bốn thông số COD, BOD5,

Nts, Pts. Sơ đồ thí nghiệm được trình bày ở hình 5.


51

Hình 5. Sơ đồ thí nghiệm xử lý nước thải sản xuất bún ở làng nghề

bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và tảo lam Spirulina platensis CNTĐB

- Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún của làng nghề bún Phú Đô được đánh

giá dựa trên sự thay đổi của các thông số đã được nghiên cứu ở các giai đoạn

xử lý khác nhau được trình bày ở hình 5.

- Hiệu suất xử lý các thông số COD, BOD5, Nts, Pts trong nước thải sau các

giai đoạn xử lý được tính theo công thức:

Trong đó:

Hi : hiệu suất xử lý các thông số COD, BOD5, Nts, Pts ;

Cvi: giá trị hàm lượng các thông số COD, BOD5, Nts, Pts trong mẫu nước thải trước

khi để lắng.

Nước thải

Lắng

Phân tích COD, BOD5, Nts, Pts

Bình sục không

Bình sục + bùn hoạt tính

Sục + Tảo S. platensis CNTĐB

Bình sục + bùn hoạt tính

Tiếp tục sục

SụcPhân tích COD, BOD5, Nts, Pts





Bình lắng không LắngPhân tích COD, BOD5, Nts, Pts


Phân tích COD, BOD5, Nts,

Pts

Hi = Cvi – Cri Cvi

x 100%


52

Cri: giá trị hàm lượng các thông số COD, BOD5, Nts, Pts trong các mẫu nước thải sau

các giai đoạn xử lý.

2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng PHA của tảo Spirulina platensis

Hàm lượng PHA của Spirulina được xác định bằng phương pháp sắc kí khí

theo phương pháp Braunegg và cs., 1978; Rivera và cs., 2007 có một số cải tiến cho

phù hợp với điều kiện của Việt Nam [19] như sau:

+/ Cân 10 - 20mg sinh khối khô của tảo Spirulina, bổ sung 250μl dung dịch

ethanol có bổ sung 3%(v/v) H2SO4 và 250μl chloroform vào mẫu. Ủ mẫu ở 1000C

trong 3,5 giờ, giai đoạn này có tác dụng cắt đứt các liên kết giữa các phân tử

polyme thành các phân tử monomer. Sau đó ly tâm ở 3000v/p trong 2 phút để cho

toàn bộ dịch và xác tế bào Spirulina lắng xuống dưới ống Eppendorff.

+/ Bổ sung 125μl nước cất khử trùng, lắc đều trong 10 phút. Sau đó ly tâm

15000v/p trong 2 phút. Khi đó, hỗn hợp dịch sẽ chia thành 2 pha rõ rệt.

+/ Hút 5μl dịch của pha dưới để đưa vào máy phân tích sắc kí khí với đầu dò

JGC-20K (GAS chromatograph, JEOL. Co., Ltd, Nhật Bản) để xác định hàm lượng

PHA.

+/ Hàm lượng PHA trong sinh khối khô của tảo lam S. platensis được xác

định bằng cách sử dụng các chất chuẩn PHA do Hãng TanaKa, Nhật Bản cung cấp.


53

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả đánh giá hiện trạng và đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại

làng bún Phú Đô

Qua quá trình quan sát thực tế tại thôn Phú Đô, xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm,

Hà Nội, chúng tôi nhận thấy nước thải sản xuất bún của từng hộ gia đình ở làng

được chảy vào hệ thống cống chung cuối làng, sau đó nước thải được đổ vào con

mương chung của làng. Vì vậy, nước thải sản xuất bún ở cống chung cuối làng thực

tế đã được pha trộn với nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi từ các hộ gia

đình trong làng. Nước thải được lấy vào buổi sáng tại hệ thống cống chung cuối

làng. Địa điểm thu nước thải tại hệ thống cống chung cuối làng được trình bày ở

hình 6A, 6B, 6C và 6D.

Hình 6A. Địa điểm thu mẫu nước thải

tại cống chung thứ nhất cuối làng

Hình 6B. Nước thải tại cống chung

thứ nhất cuối làng

Hình 6C. Địa điểm thu mẫu nước thải

tại cống chung thứ hai cuối làng

Hình 6D. Nước thải tại cống chung

thứ hai cuối làng


54

Nước thải được lấy tại cống chung cuối làng bún Phú Đô có hàm lượng tinh

bột cao nên nước thải có màu trắng, bọt tinh bột từng đám trắng xóa tại vùng cửa

cống chung trước khi đổ vào mương chung của làng. Nước đục và có mùi hôi thối.

Như vậy, quan sát thực tế cho thấy nước thải sản xuất bún mặc dù đã được pha trộn

với nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi nhưng vẫn mang đặc trưng của nước

thải giàu tinh bột.

Chúng tôi tiến hành kiểm tra pH của nước thải lấy tại hệ thống cửa cống

chung trước khi đổ vào mương chung của làng và chảy ra sông Nhuệ. Kết quả cho

thấy nước thải có giá trị pH gần trung tính (pH = 7 - 7,5). Do vậy, chúng tôi không

cần dùng vôi bột để điều chỉnh pH giúp VSV phát triển.

Nước thải sau khi lấy về được phân tích ngay các thông số COD, BOD5,

Nitơ tổng số (Nts), Photpho tổng số (Pts). Kết quả phân tích các thông số đặc trưng

của nước thải được chỉ ra trên bảng 5.

Bảng 5. Đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại

hệ thống cống chung cuối làng Phú Đô

TT Các chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN

24:2009/BTNMT

loại B

1 pH - 7 - 7,5 5,5 - 9

2 Mùi - Mùi hôi thối Không khó chịu

3 COD mg/l 1376 100

4 BOD5 mg/l 621 50

5 Nts mg/l 85,24 30

6 Pts mg/l 6,92 6

7 VSV tổng số CFU/ml 12710 x 106 -

Ghi chú: QCVN 24:2009/BTNMT, loại B: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công

nghiệp năm 2009, áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận không dùng

cho mục đích cấp nước sinh hoạt.


55

Kết quả thu được được chỉ ra trên bảng 5 cho thấy ngoài chỉ tiêu về pH, hàm

lượng photpho tổng số và các chỉ tiêu khác của nước thải đều vượt quá các tiêu

chuẩn cho phép. Hàm lượng Nts cao gấp 2,84 lần so với QCVN 24:2009/BTNMT

(85,24 mg/l so với 30 mg/l). Nước thải có hàm lượng COD và BOD5 cao gấp nhiều

lần so với quy chuẩn cho phép nói trên. Cụ thể là: Hàm lượng COD đạt 1376 mg/l,

cao gấp 13,76 lần so với QCVN 24:2009/BTNMT. Hàm lượng BOD5 đạt 621 mg/l,

cao gấp 12,42 lần so với QCVN 24:2009/BTNMT. Như vậy, nước thải sản xuất bún

tại làng nghề bún Phú Đô bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề và mang đặc trưng của nước

thải giàu tinh bột.

3.2 Kết quả xác định thời gian lắng tối ưu cho VSV phát triển

Tương ứng với các khoảng thời gian mẫu nước thải được để lắng khác nhau

từ 0 đến 24 giờ, chúng tôi tiến hành xác định VSV tổng số phân giải tinh bột trong

các mẫu nước thải được để lắng theo thời gian khác nhau này như đã mô tả trong

phần vật liệu và phương pháp nghiên cứu. Kết quả về sự biến động về thành phần

VSV tổng số trong nước thải được lấy từ hệ thống cống chung cuối làng và để lắng

theo thời gian khác nhau được chỉ ra trên bảng 6.

Bảng 6. Sự biến động về thành phần VSV tổng số trong nước thải

được lấy từ hệ thống cống chung cuối làng

Thời gian lắng

(giờ)

VSV phân giải tinh bột tổng số (x 106 CFU/ml)

Vi khuẩn Nấm

men

Nấm

mốc

Xạ khuẩn

Tổng số

0 11600 1050 60 0 12710

6 16200 1190 44 0 17434

12 19650 1400 92 0 21142

14 21050 1560 80 0 22690

16 20400 1160 60 0 21620

18 10600 880 58 0 11538

24 7400 540 20 0 7960


56

Kết quả chỉ ra trên bảng 6 cho thấy nước thải sau các thời gian lắng khác

nhau tuy không có mặt của xạ khuẩn song vẫn có thành phần VSV khá phong phú,

gồm đầy đủ các loại vi khuẩn, nấm men, nấm mốc. Sự không có mặt của xạ khuẩn

trong nước thải để lắng theo các thời gian khác nhau có thể được lý giải do xạ

khuẩn vốn là loài VSV hiếu khí và phân bố chủ yếu trong đất, trong nước thải

chúng tồn tại với số lượng rất ít; quá trình tự làm sạch của nước thải chủ yếu là do

vi khuẩn, một số ít nấm men và nấm mốc, đặc biệt là vi khuẩn [16, 25]. Cũng vì

nguyên nhân này mà trong xử lý nước thải người ta thường chỉ quan tâm đến vi

khuẩn [16].

Kết quả được chỉ ra trong bảng 6 cũng cho thấy vi khuẩn chiếm số lượng lớn

nhất trong các nhóm VSV có trong nước thải, sau đó đến nấm men và nấm mốc có

số lượng ít nhất. Ngoài ra, kết quả trên bảng 6 cũng chỉ ra số lượng VSV tổng số

phân giải tinh bột trong các mẫu nước thải tại thời điểm để lắng sau 0, 6, 12 giờ

tăng dần, đạt cực đại tại 14 giờ (đạt 22690 x 106 CFU/ml) và sau đó số lượng VSV

lại giảm dần (tổng số VSV trong nước thải để lắng sau 24 giờ chỉ đạt 7960 x 106

CFU/ml). Trong mẫu nước thải để lắng sau 14 giờ, số lượng vi khuẩn phân giải tinh

bột đạt 21050 x106 CFU/ml; số lượng nấm men phân giải tinh bột đạt 1560 x 106

CFU/ml, số lượng nấm mốc phân giải tinh bột đạt 80 x 106 CFU/ml. Do tại thời

điểm để lắng sau 14 giờ, nước thải có tổng số VSV phân giải tinh bột là cao nhất

nên chúng tôi chọn thời gian để lắng tối ưu là 14 giờ. Các hình 7A, 7B, 7C và 7D

lần lượt minh hoạ sự có mặt của vi khuẩn, nấm men, nấm mốc có mặt trong nước

thải theo các thời gian khác nhau.


57

Hình 7A. Hình ảnh khuẩn lạc vi khuẩn

có mặt trong nước thải sau 6 giờ

Hình 7B. Hình ảnh khuẩn lạc nấm

men có mặt trong nước thải sau 18 giờ

Hình 7C. Hình ảnh khuẩn lạc nấm

mốc có mặt trong nước thải sau 18 giờ

Hình 7D. Hình ảnh khuẩn lạc nấm

mốc có mặt trong nước thải sau 24 giờ

3.3 Kết quả nuôi tạo bùn hoạt tính từ nước thải sản xuất bún

Tiếp theo chúng tôi nuôi tạo bùn hoạt tính theo quy trình đã được mô tả trong

phần vật liệu và phương pháp. Kết quả tạo bùn hoạt tính sử dụng tập đoàn VSV bản

địa có trong nước thải sản xuất bún thu tại cống chung cuối làng được trình bày ở

bảng 7.

Bảng 7. Thành phần và số lượng VSV trong bùn hoạt tính đã nuôi được

(CFU/ml)

Mẫu Vi khuẩn Nấm men Nấm mốc Xạ khuẩn Tổng số VSV

Bùn hoạt

tính

22400 x

109 7640 x 109 52 x 107 18 x 106 30041x 109


58

So sánh với kết quả trên bảng 6 về số lượng VSV có trong nước thải trước

khi nuôi tạo bùn hoạt tính, chúng tôi nhận thấy tổng số VSV có mặt trong bùn hoạt

tính nuôi tạo được tăng lên đáng kể, đạt 30041 x 109 CFU/ml, cao gấp 1.324 lần so

với tổng số VSV có trong nước thải sau khi để lắng 14 giờ (22690 x 106 CFU/ml).

Đặc biệt trong bùn hoạt tính nuôi tạo được đã có sự có mặt của xạ khuẩn phân giải

tinh bột, với số lượng là 18 x106 CFU/ml. Nguyên nhân có thể được giải thích là do

khi được nuôi tạo trong điều kiện bổ sung thêm chất dinh dưỡng và lắc trên máy lắc

trong vòng 24 giờ, chúng tôi đã làm giàu được loại VSV hiếu khí vốn phân bố trong

nước thải với số lượng rất ít này. Ngoài ra, thành phần các VSV còn lại có mặt

trong bùn hoạt tính rất cao. Cụ thể là vi khuẩn phân giải tinh bột đạt 22400 x 109

CFU/ml, nấm men phân giải tinh bột là 7640 x109 CFU/ml, nấm mốc phân giải tinh

bột là 52 x 107 CFU/ml. Như vậy, với phương pháp nuôi tạo bùn hoạt tính nêu trên,

chúng tôi đã làm giàu thêm được quần thể VSV có mặt trong nước thải. Một số hình

ảnh về quần thể VSV như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn có mặt trong bùn

hoạt tính nuôi tạo được được trình bày ở hình 8A, 8B, 8C, 8D.

Hình 8A. Vi khuẩn phân giải tinh bột

có mặt trong bùn hoạt tính

Hình 8B. Nấm men phân giải tinh bột



59

Hình 8C. Nấm mốc phân giải tinh bột


Hình 8D. Xạ khuẩn phân giải tinh bột


Sau khi đã thành công trong việc tạo bùn hoạt tính như đã mô tả ở phần trên,

chúng tôi tiến hành xác định các thông số xử lý nước thải tối ưu.

3.4 Kết quả xác định hàm lượng bùn hoạt tính tối ưu cho quá trình xử lý

Chúng tôi tiến hành xác định tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu cho quá trình xử lý

nước thải dựa trên tổng số VSV phân giải tinh bột có mặt trong bùn hoạt tính được

bổ sung ở các nồng độ khác nhau: 2, 3, 4, 5 và 7%. Chúng tôi tiến hành xác định

định tính sự có mặt của các VSV có mặt trong nước thải khi được bổ sung bùn hoạt

tính tạo được ở các nồng độ trên. Kết quả xác định định tính về số lượng VSV tổng

số phân giải tinh bột có mặt trong bùn hoạt tính ở các nồng độ khác nhau được thể

hiện trên bảng 8.

Bảng 8. VSV tổng số có mặt trong nước thải được bổ sung bùn hoạt tính nuôi

tạo được ở các nồng độ khác nhau

Lượng bùn được bổ sung (%) 2 3 4 5 7

VSV phân giải tinh bột tổng số + + ++ +++ ++

Ghi chú: số lượng dấu + biểu thị tương đối số lượng VSV tổng số có trong mẫu

Kết quả chỉ ra trên bảng 8 cho thấy bùn hoạt tính nuôi tạo được có nồng độ

tối ưu là 5% được bổ sung vào nước thải sẽ cho quần thể VSV đạt cao nhất. Điều

này gián tiếp tương ứng với hiệu quả xử lý nước thải bằng VSV đạt cao nhất. Như


60

vậy, hàm lượng bùn hoạt tính nuôi tạo được bổ sung vào nước thải với nồng độ 5%

được xác định là hàm lượng bùn tối ưu cho quá trình xử lý nước thải.

3.5 Kết quả xác định nồng độ Nitơ và Photpho tối ưu

Chất dinh dưỡng nitơ và photpho rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và

phát triển của VSV. Lượng chất dinh dưỡng N, P phù hợp cho quá trình xử lý sinh

học với nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ cần đạt theo tỷ lệ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1

[16]. Mỗi một cơ thể sinh vật nhất định có một nhu cầu dinh dưỡng về N, P. Trong

điều kiện nuôi trồng thừa hoặc thiếu N, P, sự sinh trưởng và phát triển của VSV đều

có thể bị ảnh hưởng. Chính vì vậy, để có được một quần thể VSV phát triển tốt

trong nước thải sản xuất bún, chúng tôi cần phải tiến hành thí nghiệm xác định nồng

độ N, P tối ưu cho VSV sinh trưởng và phát triển ở nguồn nước thải này.

Chúng tôi tiến hành bổ sung lượng N, P theo phân đạm và phân lân Văn

Điển với hàm lượng N trong phân đạm là 46%, hàm lượng P trong phân lân là 6%.

Để đảm bảo cho nước thải có tỷ lệ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1, nguồn N và P cần bổ

sung vào nước thải như sau:

- Nồng độ N = 5% x BOD5 = 5% x 621 mg/l = 31,05 mg/l

Với lượng phân đạm chứa 46% N thì lượng phân đạm cần bổ sung vào nước thải là:

(31,05 mg/l x 100)/46 = 67,5 mg/l

- Nồng độ P = 1% x BOD5 = 1% x 621 mg/l = 6,21 mg/l

Với lượng phân lân chứa 6% P thì lượng phân lân cần bổ sung vào nước thải là:

(6,21 mg/l x 100)/6 = 103,5 mg/l

Dựa trên lượng N và P tính theo lý thuyết nêu trên, chúng tôi tiến hành xác định

nồng độ N và P tối ưu thực tế cần bổ sung vào nước thải sản xuất bún được lấy tại

cống chung cuối làng.

3.5.1 Kết quả xác định nồng độ Nitơ tối ưu

Nước thải sau khi bổ sung tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu là 5% như đã xác định ở

phần 3.4, chúng tôi cố định lượng phân lân cần bổ sung là 103,5 mg/l. Chúng tôi

tiến hành bổ sung lượng phân đạm ở các nồng độ khác nhau: 40 mg/l, 70 mg/l, 100

mg/l, 130 mg/l, 160 mg/l vào nước thải. Sau đó tiến hành xác định lượng VSV phân


61

giải tinh bột hiếu khí tổng số có trong nước thải (vì VSV phân giải tinh bột tổng số

tỷ lệ nghịch với hàm lượng COD trong nước thải). Kết quả về sự thay đổi số lượng

VSV phân giải tinh bột có trong nước thải được bổ sung nguồn phân đạm có nồng

độ khác nhau được chỉ ra trên bảng 9.

Bảng 9. Số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải

sau khi được bổ sung phân đạm có nồng độ khác nhau

Phân đạm

bổ sung

(mg/l)


Vi khuẩn Nấm men Nấm mốc Xạ khuẩn

Tổng số

40 8520 950 0 0 9470

70 10200 1360 80 0 11640

100 13600 1250 125 54 15029

130 8550 1400 75 80 10105

160 7200 850 40 50 8140

Kết quả thu được trong bảng 9 cho thấy lượng phân đạm bổ sung vào nước

thải sản xuất bún là 100 mg/l cho số lượng VSV phân giải tinh bột đạt cao nhất

(15029 x 109 CFU/ml). Do vậy, với các thí nghiệm tiếp theo, chúng tôi tiến hành bổ

sung lượng phân đạm tối ưu cho quá trình xử lý nước thải là 100 mg/l.

3.5.2 Kết quả xác định nồng độ Photpho tối ưu

Nước thải sau khi bổ sung tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu là 5%, chúng tôi cố định

lượng phân đạm tối ưu là 100 mg/l như đã nêu ở trên. Sau đó, chúng tôi tiến hành

bổ sung lượng phân lân ở các nồng độ khác nhau: 50 mg/l, 80 mg/l, 110 mg/l, 140

mg/l, 170 mg/l vào nước thải. Sau đó chúng tôi cũng tiến hành xác định lượng VSV

phân giải tinh bột hiếu khí tổng số có trong nước thải trong tất cả các công thức thí

nghiệm được bổ sung nguồn phân lân khác nhau. Kết quả về sự thay đổi số lượng

VSV phân giải tinh bột có trong nước thải được bổ sung phân lân với nồng độ khác

nhau được thể hiện trên bảng 10.


62

Bảng 10. Số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải

sau khi được bổ sung phân lân có nồng độ khác nhau

Phân lân

bổ sung

(mg/l)



Tổng số

50 12450 3250 0 0 15700

80 17500 4500 112 60 22172

110 15000 3460 56 84 18600

140 9250 2500 94 70 19914

170 8000 2750 100 68 10918

Kết quả chỉ ra trên bảng 10 cho thấy lượng phân lân bổ sung vào nước thải là

80 mg/l cho số lượng VSV phân giải tinh bột đạt cao nhất (22172 x 109 CFU/ml).

Do vậy, chúng tôi tiến hành bổ sung lượng phân lân tối ưu cho quá trình xử lý nước

thải sản xuất bún là 80 mg/l trong các thí nghiệm tiếp theo.

3.6 Kết quả xác định thời gian sục tối ưu đối với nước thải

Chúng tôi tiến hành xác định thời gian sục khí tối ưu phản ánh qua giá trị

VSV tổng số phân giải tinh bột với nước thải được bổ sung bùn hoạt tính là 5%,

lượng phân đạm và phân lân được bổ sung lần lượt là 100 mg/l và 80 mg/l. Kết quả

về sự thay đổi của VSV tổng số phân giải tinh bột theo thời gian sục khí khác nhau

ở các mẫu nước thải trong điều kiện thí nghiệm nêu trên được chỉ ra trên bảng 11.


63

Bảng 11. Sự thay đổi VSV tổng số phân giải tinh bột theo thời gian sục ở nước

thải được bổ sung 5% bùn hoạt tính,

phân đạm là 100 mg/l và phân lân là 80 mg/l

Thời gian

sục (giờ)



Tổng số

0 16800 550 50 20 17420

4 23650 728 82 20 24480

10 29500 1060 90 28 30678

16 30350 2700 110 30 33190

20 27400 3500 50 48 30998

24 21600 2760 50 40 24450

Kết quả chỉ ra trên bảng 11 cho thấy, với thời gian sục khí là 16 giờ, lượng

VSV phân giải tinh bột tổng số đạt cao nhất cả về số lượng (33190 x 109 CFU/ml)

cũng như thành phần các loài vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. Do vậy,

chúng tôi chọn thời gian sục khí tối ưu cho xử lý nước thải sản xuất bún được lấy tại

cống chung cuối làng là 16 giờ.

3.7 Kết quả về sự thay đổi các thông số đặc trưng của nước thải và VSV phân

giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô

Từ các kết quả thu được ở các phần trên về thông số tối ưu cho quá trình xử

lý nước thải sản xuất bún, bao gồm thời gian lắng tối ưu (14 giờ), tỷ lệ bùn hoạt tính

tối ưu (5%), hàm lượng phân đạm tối ưu (100 mg/l), hàm lượng phân lân tối ưu (80

mg/l), thời gian sục khí tối ưu (16 giờ), chúng tôi đưa ra quy trình xử lý nước thải

sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng bún Phú Đô trước khi đổ vào

mương chung chạy quanh làng và đổ ra sông Nhuệ. Chúng tôi sử dụng chủng tảo

lam S. platensis CNTĐB để thử nghiệm nuôi trồng trong nước thải sản xuất bún

Phú Đô. Quy trình xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô được chỉ ra trên bảng 12.


57

Bảng 12. Quy trình xử lý nước thải sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng bún Phú Đô

bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB

Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 (sục khí trong 16 giờ) Giai đoạn 3 (tiếp tục sục khí + nuôi tảo

trong 20 ngày)

Lắng không

trong 14 giờ

(Ký hiệu

mẫu: M1);

pH = 7-7,5;

Phân tích

COD,

BOD5, Nts,

Pts

Bố sung

phân đạm

100mg/l,

phân lân

80 mg/l;

pH = 7 -

7,5

Công thức thí

nghiệm

Ký

hiệu

mẫu

V

(lít)

Chỉ tiêu phân

tích COD,

BOD5, Nts, Pts

Công thức thí nghiệm Ký hiệu

mẫu

V

(lít)

Chỉ tiêu phân

tích COD,

BOD5, Nts, Pts

Sục không M2.1 4 + Sục không M2.2 4 +

Sục bùn hoạt

tính 5% M3.1 4 + Sục bùn hoạt tính 5% M3.2 4 +

Sục bùn hoạt

tính 5% M4.1 4 +

Sục bùn hoạt tính 5% +

sục tảo Spirulina

platensis CNTĐB

M4.2 4 +

Lắng không M1.1 4 + Lắng không M1.2 4 +


58

Với quy trình xử lý được chỉ ra trên bảng 12, chúng tôi tiến hành lặp lại thí nghiệm 2 lần. Các thông số COD, BOD5,

Nts, Pts được phân tích ở tất cả các giai đoạn xử lý, bao gồm:

- Giai đoạn 1: để lắng 14 tiếng. Ở giai đoạn này, nước thải sau khi lấy về được cho vào thùng nhựa to dung tích 80

lít và để lắng trong 14 tiếng.

- Giai đoạn 2: Sau thời gian lắng 14 tiếng, nước thải được chia đều vào các bình thí nghiệm và chuyển sang giai

đoạn sục khí trong 16 giờ có và không bổ sung bùn hoạt tính.

- Giai đoạn 3: Sau 16 giờ sục ở giai đoạn 2 là giai đoạn nuôi chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB trong nước

thải sản xuất bún trong 20 ngày.

Hình 9 mô tả thí nghiệm trước và sau 1, 6 và 20 ngày nuôi chủng tảo Spirulina platensis CNTĐB trong nước thải.


59

Hình 9A. Thí nghiệm

trước khi bổ sung tảo

Hình 9B. Thí nghiệm sau 1 ngày

nuôi cấy tảo trong nước thải


60

Hình 9C. Thí nghiệm sau 6 ngày


Hình 9D. Thí nghiệm sau 20 ngày


Kết quả về sự thay đổi các thông số COD, BOD5, Nts, Pts và VSV phân giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước

thải sản xuất bún được chỉ ra trên bảng 13.


61

Bảng 13. Sự thay đổi các thông số COD, BOD5, Nts, Pts và VSV phân giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước thải

sản xuất bún Phú Đô

Công

thức thí

nghiệm

COD

(mg/l)

BOD5

(mg/l)

Nts

(mg/l)

Pts

(mg/l)

Vi sinh vật

Hiếu khí (x109 CFU/ml) Kỵ khí

(MPN/ml)

Vi

khuẩn

Nấm

men

Nấm

mốc

Xạ

khuẩn

VSV

tổng số


62

M0 1376 621 85,24 6,92 11,60 1,05 0,06 0 12,71 0,13 x102

M1 250 194,50 56,87 6,72 20,50 1,70 0,18 0 22,38 0,21x102

M1.1 239,60 168,80 90,38 28,60 54,00 6,80 0,29 0 61,09 0,11x103

M2.1 203,78 157,10 99,66 8,45 7600 950 25 4 8579 0,27x105

M3.1 154,35 93,0 78,45 16,50 30580 2800 120 50 33550 0,14x107

M4.1 149,97 97,60 75,68 11,45 30700 3075 95 50 33920 0,21x107

M1.2 179,57 88,24 22,02 6,75 19,10 2,42 0,17 0 21,69 0,14x104

M2.2 155,49 81,23 8,57 3,28 1040 156 10 1,98 1207,98 2,9x103

M3.2 135,95 66,20 8,87 3,15 2094 1050 40 16 3200 0,53x104

M4.2 70,36 52,02 7,43 2,71 970 628 10 4,62 1612,62 0,93x103

Ghi chú:

M0: nước thải tại cống chung cuối làng trước khi để lắng;

M1: nước thải để lắng sau 14 giờ;

M1.1: nước thải để lắng 14 giờ + không sục;

M2.1: nước thải để lắng 14 giờ + sục khí;

M3.1 và M4.1: nước thải để lắng sau 14 giờ + sục khí + bùn hoạt tính 5%;

M1.2: là công thức M1.1 sau 20 ngày;




63

M4.2: là công thức M4.1 có bổ sung vi tảo lam Spirulina platensis CNTĐB sau 20 ngày nuôi.

Kết quả trong bảng 13 cho thấy tại địa điểm thu mẫu nước thải bún Phú Đô, hệ VSV phân giải tinh bột hiếu khí và kị

khí đều rất phong phú. Số lượng VSV kỵ khí phân giải tinh bột của nước thải sau khi để lắng 14 giờ đạt 0,21 x 102

MPN/ml. Trong nhóm VSV hiếu khí phân giải tinh bột, số lượng vi khuẩn phân giải tinh bột đạt 20,5 x 109 CFU/ml, nấm

men có khả năng phân giải tinh bột đạt 1,7 x 109 CFU/ml, nấm mốc có khả năng phân giải tinh bột đạt 0,18 x 109 CFU/ml.

Các VSV kị khí cùng với các VSV hiếu khí phân giải tinh bột tổng số này góp phần quan trọng trong quá trình tự làm sạch

của nước thải.

Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy nước thải sản xuất bún tại cống chung cuối làng sau khi được xử lý bằng bùn hoạt

tính và chủng tảo lam CNTĐB có hàm lượng BOD5 sau xử lý là 52,02 mg/l, giảm đi 11,94 lần so với hàm lượng BOD5 của

nước thải ban đầu (621 mg/l); hàm lượng COD sau xử lý là 70,36 mg/l, giảm đi 19,56 lần so với hàm lượng COD của nước

thải ban đầu (1376 mg/l); hàm lượng Nts sau xử lý đạt 7,43 mg/l, giảm đi 11,47 lần so với hàm lượng Nts trong nước thải ban

đầu (85,24 mg/l); hàm lượng Pts sau xử lý đạt 2,71 mg/l, giảm đi 2,55 lần so với hàm lượng Pts trong nước thải ban đầu

(6,92 mg/l). Mẫu nước thải sản xuất bún tại cống chung cuối làng sau khi được xử lý bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam

CNTĐB là mẫu nước thải duy nhất có cả ba chỉ tiêu về hàm lượng COD, Nts và Pts đều đạt QCVN 24:2009/BTNMT (bảng

5).

3.8 Sinh trưởng của tảo lam Spirulina platensis CNTĐB thu được trong nước thải làng nghề bún Phú Đô

Sau giai đoạn xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và sục khí trong 14 giờ, nước thải tiếp tục

được sử dụng để nuôi chủng tảo lam S. platensis CNTĐB trong điều kiện có bùn hoạt tính và sục khí. Chúng tôi tiến hành


64

đo mật độ ở bước sóng 420 nm để xác định tốc độ sinh trưởng của tảo qua các ngày nuôi cấy trong nước thải. Sự thay đổi

mật độ OD của chủng tảo lam S. platensis CNTĐB được nuôi trong nước thải sản xuất bún sau khi được xử lý bằng bùn

hoạt tính và sục khí được trình bày ở hình 10.

Sinh trưởng của tảo qua các ngày nuôi cấy trong nước thải

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Ngày nuôi cấy

OD

Hình 10. Sinh trưởng của chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB qua các ngày nuôi cấy trong nước thải sản xuất

bún đã qua giai đoạn xử lý

bằng bùn hoạt tính và sục khí


65

Kết quả trình bày ở hình 10 cho thấy chủng tảo lam S. platensis CNTĐB phát triển tốt trong môi trường nước thải

sản xuất bún. Tốc độ sinh trưởng của tảo tuy giảm trong ngày đầu tiên được nuôi cấy trong nước thải (mật độ OD giảm từ

0,202 xuống còn 0,183) song bắt đầu tăng dần từ ngày thứ 2 được nuôi trong nước thải (từ 0,183 trong ngày thứ 2 đến 0,301

trong ngày thứ 7) nhưng tăng với tốc độ chậm. Sở dĩ mật độ OD tăng chậm như vậy có thể được giải thích do đây là giai

đoạn thích nghi của tảo trong môi trường nước thải. Từ ngày thứ 8 được nuôi cấy trong nước thải, tốc độ sinh trưởng của tảo

bắt đầu tăng với tốc độ nhanh hơn và đến ngày thứ 15, tốc độ sinh trưởng của tảo đã đạt 0,758. Bắt đầu từ ngày thứ 16, sinh

trưởng của tảo đã vào giai đoạn ổn định. Sau 18 ngày nuôi cấy trong nước thải, mật độ OD của tảo đạt 0,779. Đến ngày thứ

20 được nuôi cấy trong nước thải, mật độ OD của tảo đạt 0,781 (gấp 3,87 lần so với tốc độ sinh trưởng ban đầu là 0,202).

Như vậy, với đặc thù nước thải sản xuất bún Phú Đô, chúng ta có thể sử dụng chủng tảo S. platensis CNTĐB để nuôi

thử nghiệm thu sinh khối tảo, đồng thời góp phần xử lý triệt để nước thải sau giai đoạn xử lý bằng VSV.

Ngoài ra, trong quá trình nuôi trồng chủng tảo S. platensis CNTĐB trong nước thải sản xuất bún, chúng tôi cũng đã

tiến hành quan sát hình thái sợi tảo. Hình thái của sợi tảo S. platensis CNTĐB trước và sau khi nuôi cấy trong nước thải sản

xuất bún được trình bày ở hình 11. Kết quả trên hình 11 cho thấy hình thái sợi tảo không bị thay đổi, sợi tảo không bị đứt

gẫy, vẫn giữ được màu sắc đặc trưng của tảo lam S. platensis CNTĐB.


66

Hình 11A. Hình thái sợi tảo chủng

CNTĐB trước khi nuôi trong

nước thải

Hình 11B. Hình thái sợi tảo chủng

CNTĐB sau khi nuôi trong nước thải

20 ngày

Kết quả chỉ ra trên hình 11 cho thấy chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB có thể sinh trưởng và phát triển tốt

trong môi trường nước thải sản xuất bún.

3.9 Kết quả phân tích hàm lượng PHA ở chủng Spirulina platensis CNT và CNTĐB

3.9.1 Kết quả phân tích hàm lượng PHA tích lũy ở chủng Spirulina platensis CNT dưới điều kiện tạp dưỡng và chiếu

tia UV

Kết quả phân tích hàm lượng PHA ở chủng Spirulina platensis CNT được nuôi trên môi trường SOT có bổ sung natri

axetat và glucoza ở các nồng độ khác nhau (0-5%) đã cho thấy có phát hiện thấy hàm lượng PHA. Kết quả phân tích hàm

lượng PHA tích luỹ trong chủng S. platensis CNT khi môi trường được bổ sung nguồn cácbon là muối natri axetat và

glucoza được trình bày ở bảng 14.


67

Bảng 14. Hàm lượng PHA tích lũy ở S. platensis CNT khi môi trường

được bổ sung các nguồn cácbon khác nhau

Môi trường Nồng độ nguồn

cácbon bổ sung

S. platensis CNT

OD420 nm Hàm lượng PHA (%TLK)

SOT 0,68 0,68

SOT +

CH3COONa

0% 0,68 0,68

0,5% 1,39 1,25

1,0% 1,30 1,13

3,0% 1,17 1,58

5,0% 0,88 1,25

SOT +

Glucoza

0% 0,68 0,68

0,5% 1,92 3,85

1,0% 0,72 0,61

3,0% 0,45 0,21


68

5,0% 0,21 0,16

Kết quả trình bày ở bảng 14 cho thấy, dưới điều kiện quang tự dưỡng, chủng S. platensis CNT có khả năng tích lũy

một hàm lượng nhỏ PHA (0,68%) ở pha log. Hàm lượng PHAs nội bào ở chủng này tăng lên rõ rệt khi bổ sung nguồn

cácbon ngoại bào là muối natri axetat vào môi trường nuôi. Sự tích lũy PHA cực đại thể hiện khi bổ sung 3,0% nguồn

cácbon này là 1,58% so với TLK.

Việc bổ sung glucoza chỉ có hiệu quả làm tăng hàm lượng PHA tổng hợp ở chủng S. platensis CNT với mức độ cực

đại là 3,85% so với TLK tế bào ở nồng độ 0,5% glucoza sau 10 ngày nuôi cấy.

Sau đó, chủng S. platensis CNT được nuôi trong điều kiện tạp dưỡng nêu trên trong một thời gian dài (trên 3 tháng)

và tiến hành tạo đột biến chủng này bằng tia UV ở bước sóng 254 nm, thời gian chiếu mẫu là 5; 10; 15; 20; 25 và 30 phút,

với khoảng cách đặt mẫu so với đèn UV được thay đổi. Kết quả thí nghiệm nêu trên đã cho phép chọn được điều kiện tối ưu

cho quá trình tạo đột biến ở chủng S. platensis CNT với thời gian chiếu tối ưu bằng UV là 15 phút và khoảng cách giữa mẫu

và đèn UV là 10 cm (chi tiết của kết quả nêu trên không chỉ ra ở đây). Chủng đột biến nhận được ký hiệu là S. platensis

CNTĐB và chủng này được tiếp tục nuôi cấy trên môi trường SOT cũng như trong điều kiện tạp dưỡng để thu sinh khối ban

đầu cho các thử nghiệm nuôi trồng chúng bằng nước thải sản xuất bún ở làng nghề Phú Đô.

Việc tạo đột biến trên tảo bằng tia UV kết hợp với điều kiện chọn lọc thích hợp là tương đối đơn giản. Kết quả

nghiên cứu của nhiều tác giả đã cho thấy tia UV với liều chiếu thấp sẽ làm tăng quá trình phân chia tế bào trong khi liều

chiếu cao sẽ cảm ứng tạo các đột biến về hình thái [38]. Do vậy, các chủng tảo đột biến chọn tạo được (với một đặc điểm


69

mong muốn nào đó) cũng cần phải kiểm tra tính ổn định của tính trạng đó qua nhiều thế hệ. Kết quả nghiên cứu của nhiều

tác giả đã cho thấy hàm lượng PHAs ở tảo lam Spirulina có thể lên tới 14% so với TLK của tế bào nếu áp dụng các kỹ thuật

ADN tái tổ hợp [37, 54, 56].

Enzym chìa khoá PHA- synthase đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp PHAs ở các cơ thể sinh vật, gồm 2

tiểu phần pha E và pha C. Vì vậy, để nâng cao hàm lượng PHAs trong tảo lam này theo hướng áp dụng các kỹ thuật di

truyền, chúng tôi cũng đã tiến hành nhân gen mã hoá cho 2 tiểu phần này ở tảo lam Spirulina, sau đó gắn 2 gen này vào

vectơ chuyển gen và đưa chúng trở lại cơ thể Spirulina với các promoter mạnh trong Spirulina đã sàng lọc được. 2 gen phaE

và phaC sẽ được biến nạp trở lại cơ thể Spirulina nhờ sử dụng hệ thống Tn5 transposase/transposon DNA cation liposome

complex để nâng cao hàm lượng PHAs trong tảo này. Để nâng cao hiệu suất biến nạp vào cơ thể Spirulina (do kích thước

của véctơ chuyển gen theo tính toán lý thuyết là lớn, khoảng 6Kb), vectơ pHSG397 đã được chuyển nạp thành công vào cơ

thể Spirulina theo phương pháp thể mỡ (lipofection) theo công bố của Ngô Hoài Thu và cộng sự (2007). Với những kết quả

thu được, chúng tôi hi vọng rằng sẽ nâng cao được hàm lượng PHA trong cơ thể tảo lam Spirulina bằng cách áp dụng kỹ

thuật di truyền. Các chủng đột biến thu được được chúng tôi sử dụng trong xử lý nước thải của làng nghề bún Phú Đô sau

này.

3.9.2 Xác định hàm lượng PHA trong sinh khối tảo Spirulina thu được sau 20 ngày nuôi cấy trong môi trường nước

thải sản xuất bún

Chủng S. platensis CNTĐB sau khi đã nuôi trồng 20 ngày trong nước thải sản xuất bún được sục khí và có bổ sung

bùn hoạt tính 5% theo mô hình thí nghiệm đã được mô tả trong phần vật liệu và phương pháp nghiên cứu cũng đã được


70

chúng tôi thu hoạch sinh khối bằng cách lọc qua giấy lọc. Hàm lượng PHA được tích luỹ trong sinh khối tảo đạt đến 5,21%

so với TLK so với chủng gốc có hàm lượng PHA chỉ đạt cực đại là 3,85% so với TLK tế bào ở nồng độ 0,5% glucoza sau

10 ngày nuôi cấy như đã nêu ở trên.

3.10 Đánh giá sơ bộ hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún

Chúng tôi cũng sơ bộ đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún được lấy tại hệ thống cống chung cuối làng

thôn Phú Đô trước khi đổ vào mương chung chạy quanh làng trước khi đổ ra sông Nhuệ bằng bùn hoạt tính và chủng tảo

lam Spirulina platensis CNTĐB. Hiệu quả xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB

được chỉ ra trên bảng 15.


71

Bảng 15. Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún

bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB

Các giai đoạn

xử lý

Lắng không

Sục không

Sục + bùn

hoạt tính

Sục + bùn hoạt tính

+ chủng tảo

CNTĐB

Hiệu quả xử lý

COD (%)

86,95 88,70 90,12 94,89


BOD5 (%)

85,79 86,92 89,34 91,62


Pts (%)

2,46 52,60

54,48

60,84


Nts (%)

74,17

89,95

89,59

91,28

Kết quả trên bảng 15 cho thấy mẫu nước thải chỉ để lắng có hiệu quả xử lý COD, BOD5, Nts,Pts thấp nhất trong khi

hiệu quả xử lý cả bốn thông số này của mẫu nước thải sau khi được xử lý bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina

platensis CNTĐB đạt cao nhất. Cụ thể là mẫu nước thải sau khi được xử lý bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina


72

platensis CNTĐB có hiệu quả xử lý COD đạt 94,89%, hiệu quả xử lý BOD5 đạt 91,62%, hiệu quả xử lý Pts đạt 60,84% và

hiệu quả xử lý Nts đạt 91,28%.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu được trình bày ở phần trên chúng tôi xin rút ra một số kết luận như sau:

1/ Nước thải sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng Phú Đô không được qua hệ thống xử lý nước thải nào

mà đổ trực tiếp xuống con mương chung của làng trước khi đổ vào sông Nhuệ. Nước thải có giá trị pH đạt trung tính, hàm

lượng tinh bột cao và bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề. Hàm lượng COD đạt 1376 mg/l, cao gấp 13,76 lần so với QCVN

24:2009/BTNMT loại B. Hàm lượng BOD5 đạt 621 mg/l, cao gấp 12,42 lần so với QCVN 24:2009/BTNMT loại B. Hàm


73

lượng photpho tổng số đạt 6,92 mg/l vượt quá QCVN 24:2009/BTNMT (6 mg/l). Hàm lượng nitơ tổng số cao gấp 2,84 lần

so với QCVN 24:2009/BTNMT (85,24 mg/l so với 30 mg/l).

2/ Quần thể vi sinh vật tại địa điểm thu mẫu nước thải rất phong phú. Tổng số vi sinh vật phân giải tinh bột trong

nước thải sau 14 giờ đạt 22690 x 106 CFU/ml, trong đó, số lượng vi khuẩn phân giải tinh bột đạt 21050 x 106 CFU/ml; số

lượng nấm men phân giải tinh bột đạt 1560 x 106 CFU/ml, số lượng nấm mốc phân giải tinh bột đạt 80 x 106 CFU/ml.

3/ Với phương pháp nuôi tạo bùn hoạt tính, quần thể vi sinh vật có mặt trong nước thải được làm giàu cao gấp 1.324

lần so với tổng số vi sinh vật có trong nước thải sau khi để lắng 14 giờ. Tổng số vi sinh vật có mặt trong bùn hoạt tính nuôi

tạo đạt 30041 x 109 CFU/ml, xạ khuẩn phân giải tinh bột đạt 18 x 106 CFU/ml, vi khuẩn phân giải tinh bột đạt 22400 x 109

CFU/ml, nấm men phân giải tinh bột đạt 7640 x 109 CFU/ml, nấm mốc phân giải tinh bột đạt 52 x 107 CFU/ml.

4/ Các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam

Spirulina platensis CNTĐB đã được xác định, cụ thể là:

- Thời gian để lắng: 14 giờ

- Tỷ lệ bùn hoạt tính bổ sung: 5%

- Giá trị pH: 7 – 7,5

- Lượng phân đạm bổ sung: 100 mg/l

- Lượng phân lân bổ sung: 80 mg/l

- Thời gian sục khí: 16 giờ

- Thời gian sục nuôi tảo: 20 ngày


74

- Mật độ OD420 khi thu sinh khối tảo đạt: 0,781

5/ Chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB có thể sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường nước thải sản xuất

bún. Sau 20 ngày nuôi cấy, tốc độ sinh trưởng của tảo tăng 3,87 lần so với ban đầu.

6/ Hàm lượng PHA trong sinh khối tảo đạt đến 5,21% so với trọng lượng khô so với chủng gốc có hàm lượng PHA

cực đại là 3,85% so với trọng lượng khô tế bào ở nồng độ 0,5% glucoza sau 10 ngày nuôi cấy.

7/ Hiệu quả xử lý các thông số COD, BOD5, nitơ tổng số và photpho tổng số của mẫu nước thải sau khi được xử lý

bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB đạt hiệu quả cao, cụ thể là hiệu quả xử lý COD đạt

94,89%, hiệu quả xử lý BOD5 đạt 91,62%, hiệu quả xử lý photpho tổng số đạt 60,84% và hiệu quả xử lý nitơ tổng số đạt

91,28%. Hàm lượng COD, nitơ tổng số và photpho tổng số đã đạt QCVN 24:2009/BTNMT loại B.

Kiến nghị

Trong quá trình thực hiện đề tài, do thời gian và điều kiện thí nghiệm có hạn nên chúng tôi xin đưa ra một số hướng

nghiên cứu tiếp theo như sau:

- Mô hình thí nghiệm cần được mở rộng với quy mô lớn hơn (ở mức từ 10, 50, 100 lít nước thải) và tính toán hiệu

suất xử lý nước thải ở từng giai đoạn;

- Có thể tiến hành thí nghiệm nuôi tảo Spirulina platensis trong điều kiện nước thải có độ pH cao để tạo điều kiện tối

ưu hơn nữa cho sự sinh trưởng và phát triển của tảo;


75

- Tiến hành nuôi thử nghiệm trong nước thải sản xuất bún các chủng tảo lam Spirulina platensis khác nhau để lựa

chọn được chủng tảo lam có hiệu quả xử lý nước thải cao nhất, đồng thời hàm lượng PHA thu được trong sinh khối tảo sau

xử lý cũng đạt giá trị cao nhất;

- Có thể tiến hành sử dụng các tác nhân vật lý, sử dụng hóa chất hay áp dụng các kỹ thuật di truyền như kỹ thuật

ADN tái tổ hợp để tạo ra được các chủng tảo lam Spirulina platensis có khả năng tổng hợp PHA cao;

- Giá thành xây dựng hệ thống xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô cần được tính toán cụ thể, đặc biệt tính đến

hiệu quả kinh tế từ hàm lượng PHA thu được trong sinh khối tảo sau xử lý dùng trong công nghiệp sản xuất chất dẻo sinh

học.


76

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Hoàng Kim Cơ, Trần Hữu Uyển, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hồng (2001), Kỹ thuật môi trường,

Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

2. Đặng Kim Chi (2006), Hóa học môi trường, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, tr. 180 - 182.


77

3. Đặng Hoàng Phước Hiền (1994), “Dinh dưỡng nitơ và hoạt tính men glutaminsintetaza ở vi khuẩn lam Spirulina

platensis. Quá trình tách chiết và làm sạch và nghiên cứu một số tính chất lý hoá và động năng của men này”, Tạp

chí sinh học, 16(3), tr 18 – 24.

4. Dương Trọng Hiền (1999), Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý, hoá sinh của tảo Spirulina platensis dưới tác động

của NaCl, Luận án Tiến sĩ sinh học, Viện Công nghệ Sinh học - Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc

gia, Hà Nội.

5. Đặng Diễm Hồng, Ngô Hoài Thu, Hoàng Sỹ Nam, Hoàng Lan Anh, Y. Kawata (2007), “Bước đầu ứng dụng vi

khuẩn và vi tảo Spirulina đột biến để làm sạch nước thải và định hướng sản xuất nguồn nguyên liệu chất dẻo sinh

học dùng cho công nghiệp ở làng nghề bún Phú Đô”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Công nghệ môi trường -

nghiên cứu và ứng dụng, Hà Nội, tr. 279 - 286.

6. Trịnh Lê Hùng (2008), Kỹ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

7. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), Công nghệ Sinh học Vi tảo, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.

8. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, Nguyễn Tiến Cư (1994), “Một số vấn đề về công nghệ sản xuất tảo

Spirulina ở Việt Nam”, Tạp chí sinh học, 16(3), tr.7-11.

9. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, Dương Trọng Hiền (1994), “Tách chiết Phycobiliprotein từ vi khuẩn lam

Spirulina platensis và bước đầu tìm hiểu khả năng ứng dụng chế phẩm trong y học”, Tạp chí Sinh học, 16(3), tr.93 –

94.


78

10. Đặng Đình Kim và cs. (1994), “Thực nghiệm nuôi trồng Spirulina trong nước khoáng Đắc Min”, Tạp chí Sinh học,

16(3), tr.95 – 98.

11. Lê Văn Lăng (1999), “Spirulina nuôi trồng - sử dụng trong y dược và dinh dưỡng”, Nhà xuất bản Y học, Chi nhánh

Thành phố Hồ Chí Minh.

12. Lưu Minh Loan (2004), Nghiên cứu bước đầu về xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô bằng biện pháp bùn hoạt

tính, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

13. Nguyễn Đức Lượng (2002), Công nghệ vi sinh, tập 2 - Vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

thành phố Hồ Chí Minh, tr.119-133.

14. Đặng Xuyến Như và cộng sự (1998), “Sử dụng một số biện pháp sinh học để làm sạch môi trường đất và nước”,

Báo cáo khoa học đề tài cấp bộ, tr. 23-42

15. Lương Đức Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, tr.

58-84.

16. Lương Đức Phẩm, Đinh Thị Kim Nhung, Trần Cẩm Vân (2009), Cơ sở khoa học trong công nghệ bảo vệ môi

trường, tập 2 – Cơ sở vi sinh trong công nghệ bảo vệ môi trường, Nhà Xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

17. Đặng Thỵ Sy (2005), Tảo học, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, tr.25-29.

18. Chu Thị Thơm, Phan Thị Lài, Nguyễn Văn Tó (2006), Cải tạo môi trường bằng chế phẩm vi sinh vật, Nhà xuất bản

Lao động, Hà Nội, tr.40-66.


79

19. Ngô Thị Hoài Thu (2006), Bước đầu sử dụng một số kỹ thuật sinh học phân tử trong nghiên cứu tạo các chủng

Spirulina platensis tái tổ hợp để sản xuất chất dẻo sinh học – PHA, Luận văn thạc sỹ khoa học, Viện Sinh thái và Tài

nguyên sinh vật, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

20. Ngô Thị Hoài Thu, Đặng Diễm Hồng, S. Aiba, Y. Kawata (2007), “Ứng dụng phương pháp thể mỡ để chuyển nạp

gen vào tế bào của các loài vi tảo lam Spirulina platensis”, Tạp chí Sinh học, 29 (1), tr. 70-75.

21. Nguyễn Hữu Thước (1988), Tảo Spirulina - nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật,

Hà Nội.

22. Trần Linh Thước (2002), Phương pháp phân tích vi sinh vật trong nước, thực phẩm và mỹ phẩm, Nhà xuất bản Giáo

dục, Hà Nội.

23. Trần Văn Tựa, Vũ Văn Vụ (1994), Nghiên cứu về khả năng nuôi trồng tạp dưỡng tảo Spirulina platensis”, Tạp Chí

Sinh học 16(3), tr. 25 – 31.

24. Trần Cẩm Vân (2005), Giáo trình vi sinh vật môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, tr. 81 – 83.

25. Trần Cẩm Vân, Bạch Phương Loan (1995), Công nghệ vi sinh và bảo vệ môi trường, Nhà xuất bản Khoa học kĩ

thuật, Hà Nội, tr. 123 – 129.

26. Vũ Văn Vụ, Nguyễn Văn Anh (1994), “Quang hợp và sinh trưởng của tảo Spirulina platensis trong điều kiện thiếu

nitơ, phospho và kali”, Tạp Chí Sinh học, 16(3), tr. 55 – 57.

Tiếng Anh


80

27. Akar A., Akkaya, E.U., Yesiladali, S.K.,Celikyilmaz, G.,Cok, E.U.,Tamerler,C.,Orhon, D.and Cakar, Z.P (2006),

“Accumulation of polyhydroxyalkanoates by Microlunatus phosphovorus undervarious growth conditions”,

Microbiol Biotechnol, 33, pp. 215–220.

28. Amber Cain, Raveender Vannela and L. Keith Woo, “Cyanobacteria as a biosorbent for mercuric ion” (2007),

Bioresource Technology, 99 (14), pp. 6578-6586.

29. Byrom D. (1994), Poly-3-hydroxylkanoates, In: Mobley DP (ed) Plastic from microbes: microbial synthesis of

polymers and polymer precursor, Hanser Munich, pp.5-33.

30. Choonawala. B (2007), “Spirulina Production in Brine Effluent from Cooling Towers”, Master thesis, Durban

University of Technology, pp.6 – 16

31. Chen Guo-Qiang (2009), Plastics from Bacteria: Natural Functions and Applications, Springer, pp.126-130.

32. Chuntapa B., Powtongsook S., Menasveta P. (2003), “Water quality control using Spirulina platensis in shrimp

culture tank”, Journal of Aquaculture, pp. 355 – 366.

33. Everest A, Tajalli R, Ipsita. Roy (2010), “Production of polyhydroxyalkanoates: The future green materials of

choice”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 85 (6), pp. 732-743.

34. Godos I.., Vargas V.A., Blanco S., González M.C.G., Soto. R.,García-Encina. P.A., Becares, E. Muñoz. R. (2010),

“A comparative evaluation of microalgae for the degradation of piggery wastewater under photosynthetic

oxygenation”, Bioresource Technology, 101(14), pp. 5150-5158.


81

35. Henrikson Robert (1994), Earth Food Spirulina, Ronore Enterprise, U.S.A.

36. Hai T., Hein S. and Steinbuchel A. (2001), “Multiple evidence for widespread and general occurrence of type-III

PHA synthases in cyanobacteria and molecular characterization of the PHA synthases from two thermophilic

cyanobacteria: Chlorogloeopsis fritschii PCC 6912 and Synechococcus sp. Strain MA 19”, Microbio, 147, pp. 3047-

3060.

37. Jau MH, Yew SP, Toh PSY, Chong ASC, Chu WL, Phang AM, Najimudin N, Sudesh K (2005), “Biosynthesis and

mobilization of poly (3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] by Spirulina platensis”, International Journal of Biological

Macromolecules, 36, pp.144-151

38. Jixun Dai, Quanqui Zhang, Zhenmin Bao, Yu Bo and Zhou Haolang (1996), “Studies on the pure line culture,

mutagenization and interspecies fusion of Porphyra protoplast”, Selected paper on marine Biotechnology, College of

marine life sciences, Ocean University of QingDao and Chinese Center of marine Biotechnology/ BAC/ UNESCO,

pp. 475-479.

39. Kawata Y. (2006), “Studies on recombinant DNA techniques for cyanobacterium Spirulina platensis”, Doctoral

Thesis, Kyoto University, 46 pages.

40. Kim Do Young, Kim Young Baek, and Young Ha Rhee (1998), “Bacterial Poly(3-hydroxyalkanoates) Bearing

Carbon - Carbon Triple Bonds”, Macromolecules, 31(15), pp. 4760 – 4763.

41. Keshavarz, T., Roy, I. (2010), “Polyhydroxyalkanoates: bioplastics with a green agenda”, Current Opinion in

Microbiology,13 (3), pp. 321-326.


82

42. Kulshreshtha A., Zacharia J. A., Jarouliya U., Bhadauriya. P., Prasad, G.B.K.S. (2008), “Spirulina in health care

management”, Current Pharmaceutical Biotechnology, 9 (5), pp. 400-405.

43. Larsdotter K, Jansen JC, Dalhammar G. (2010), “Phosphorus removal from wastewater by microalgae in Sweden-a

year-round perspective”, Environmental Technology, 31(2), pp. 117-123.

44. Lee SY.(1996), “Bacterial Poly-3-hydroxylkanoates”, Biotechnol. Bioeng, 49, pp. 1-14.

45. Legat Andrea, Claudia Gruber, Klaus Zangger, Gerhard Wanner and Helga Stan-Lotter (2010), “Identification of

polyhydroxyalkanoates in Halococcus and other haloarchaeal species”, Applied Microbiology and Biotechnology, 87

(3), pp. 1119-1127.

46. Lemoigne M. (1926), “Produit de deshydratation etde polymerization de I’acide -oxybutyrique”, Bull. Soc. Chim.

Biol, 8, pp.770-782.

47. Liang. W, Min. M, Y. Li, P. Chen, Y. Chen, Y. Liu, Y. Wang and Roger Ruan (2009), “Cultivation of Green Algae

Chlorella sp. in Different Wastewaters from Municipal Wastewater Treatment Plant”, Applied Biochemistry and

Biotechnology, 162 (4), pp. 1174-1186.

48. Misra S.K., Valappil, Roy and Boccaccini (2006), “Polyhydroxyalkanoate (PHA)/inorganic phase composites for

tissue engineering applications”, Biomacromolecules, 7 pp. 2250–2258.

49. Mobfey David P. (1994), “Plastic from microbes: microbial synthesis of polymers and polymer precursor”, Hanser

Publishers, Munich, pp. 5-33.


83

50. Mukhopadhyay M, Patra A,Paul AK (2005), “Production of poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-

co-3-hydroxyvalerate) by Rhodopseudomonas palustris SP 5212”, World J Microbiol Biotechnol, 21, pp.765–769.

51. Murugesan, A.G. Maheswari, S. and Bagirath (2008), “Biosorption of Cadmium by Live and Immobilized Cells of

Spirulina Platensis”, International Journal of Environmental Research, 2(3), pp. 307-312.

52. Oever Martien V.D. (2010), European Bioplastic Perspective, Bio Based Chemical Symposium, Edmonton, Canada.

53. Ogbonna James, Yoshizawa Hitoshi, Tanaka Hideo (2000), “Treatment of high strength organic wastewater by a

mixed culture of photosynthetic microorganisms”, Journal of Applied Phycology,12, pp. 277–284.

54. Ojumu, Yu, and Solomon, B.O (2004), “Production of Polyhydroxyalkanoates, a bacterial biodegradable polymer”,

African Journal of Biotechnology 3(1), pp. 18-24.

55. Olguin, J., Galicia, S., Mercado, G., and Pérez, T. (2003), “Annual productivity of Spirulina (Arthrospira) and

nutrient removal in a pig wastewater recycling process under tropical conditions”, Journal of Applied Phycology,

15(3), pp. 249-257.

56. Panda B, Jain P, Sharma L, Mallick N (2006), “Optimization of cultural and nutritional conditions for accumulation

of poly--hydroxybutyrate in Synechocystis sp. PCC6803”, Bioresource Technology, 97, pp.1296-1301.

57. Phang. S.M, Miah. M.S., Yeoh.B.G. and Hisham M.A (2000), “Spirulina cultivation in digested sago starch factory

wastewater”, J. Appl. Phycol, 12, pp. 395-400.

58. Poirier Y., Nawrath C., Somerville C. (1995), “Production of polyhydroxyalkanoates, a family of Biodegradable

plastic and elastomers, in bacterial and plant”, Biotechnol, 13, pp. 142-150.


84

59. Quillaguamán J, Guzmán Héctor, D. Van-Thuoc and R. Hatti-Kaul (2010), “Synthesis and production of

polyhydroxyalkanoates by halophiles: current potential and future prospects”, Appl Microbiol Biotechnol, 85 pp.

1687–1696.

60. Rangsayatorn. N, Upatham M. Kruatrachue, Pokethitiyook and Lanza (2002), “Phytoremediation potential of

Spirulina (Arthrospira) platensis: biosorption and toxicity studies of cadmium”, Journal of Environmental Pollution,

119(1), pp.45 - 53.

61. Rivera FM, Betancount A, Tra AV, Yezza A, Hawari J (2007), “Use of headspace solid-phase microextraction for

the quantification of poly (3-hydroxybutyrate) in microbial cells”, J. Chromatography A, 1154, pp.34-41.

62. Solisio. C, Lodi. A, Torre. P, Converti. A, Del Borghi (2006), “Copper removal by dry and re-hydrated biomass of

Spirulina platensis”, Bioresource Technology, 97, pp. 1756–1760.

63. Sudesh K., Able H., Doi Y. (2000) “Synthesis, structure and properties of polyhydroxyalkanoates biological

polyesters”, Prog Polym Sci, 25, pp. 1503-1555.

64. Sudesh K., Taguchi K., Doi Y. (2001), “Can cyanobacteria be a potential PHA producer?”. Focused on

Ecomolecular Science Research, 42, pp.75-76.

65. Thiel and Poo H (1989), “Transformation of a filamentous cyanobacterium by electroporation”, J. Bacteriol., pp.

5743-5746.

66. Toyomizu M, Suruki K, Kawata Y, Kojima H and Akiba Y (2001), “Effective transformation of cyanobacterium

Spirulina platensis using electroporation”, J. Appl. Phycol, 13, pp. 209 - 214.


85

67. Tsz-Chun, M., Chan, P.L., Lawford, H.,Chua, H., Lo, W.H. and Yu, P.H.F. (2005), “Microbial synthesis and

characterization of physiochemical properties of polyhydroxyalkanoates(PHAs) produced by bacteria isolated from

activated sludge obtained from the municipal wastewater works in HongKong”, Appl Biochem Biotechnol, 122,

pp.731–740.

68. Valappil, S.P., Peiris, D., Langley,G.J., Herniman, J.M., Boc caccini, A.R., Bucke, C.and Roy. I. (2007),

“Polyhydroxyalkanoate (PHA) biosynthesis from structurally unrelated carbon sources by a newly characterized

Bacillus spp”, J Biotechnol, 127, pp. 475–487.

69. Verlinden R.A.J., Hill, D.J., Kenward, M.A., Williams, C.D., Radecka, I (2007), “Bacterial synthesis of

biodegradable polyhydroxyalkanoates”, Journal of Applied Microbiology, 102 (6), pp. 1437-1449.

70. Wu. Q, Wang. Y and Chen G.Q (2009), “Medical application of microbial biopolyesters polyhydroxyalkanoates”,

Artif Cells Blood Substit Biotechnol, 37, pp. 1–12.

Các trang web tham khảo

71. http://www.agbiotech.com.vn/vn/?mnu=preview&key=1154

72. http://www.agrohayat.az/view.php?lang=en&menu=30&id=37

73. http://animalfreeprotein.com/Spirulina-Protein.html

74. http://www.asn-espirulina.com/english/espi4.htm

75. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxyalkanoates


86

76. http://en.wikipedia.org/wiki/Spirulina_(dietary_supplement)

77. http://erectomaxx.com/ingredients.htm

78. http://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/news/

79. http://www.ictnews.vn/Home/

80. http://www.diepluc.com/1/content/view/205/42/lang,vietnam/

81. http://www.la-boutique-bio.com/specials.php

82. http://www.naturalways.com/spirul1.htm

83. http://www.naturezadivina.com.br/loja/product_info.php?products_id=56

84. http://www.sciencedaily.com/releases/2009/09/090928095449.htm

85. http://www.soyatech.com/print_news.php?id=2513

86. http://www.spirulina.com.vn/LinksExchange.aspx

87. http://thanglong.cinet.vn/Pages/ArticleDetail

88. http://www.tiens.com.pk/Products/supplements/spirulina.html

89. http://vietbao.vn/Suc-khoe/Doi-dieu-nen-biet-ve-tao-Spirulina/

90. http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/vitao01.htm.2006

91. http://vietsciences.free.fr/timhieu/khoahoc/biologie/spirulina.htm


87


88

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Một số hình ảnh về làng bún Phú Đô ngày nay


89

Cổng vào làng bún Phú Đô ngày nay

Nước thải sản xuất bún tại cống chung

cuối làng Phú Đô xả trực tiếp xuống

mương chung của làng


90

Nước thải sản xuất bún pha trộn cùng nước

thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi

từ các hộ gia đình

Người dân làng Phú Đô than phiền vì

tình trạng ô nhiễm môi trường tại làng.

Phụ lục 2. Một số hình ảnh minh họa trong quá trình làm thí nghiệm


91

Nước thải tại cống chung cuối làng

được chuyển vào can nhựa

Chuyển nước thải vào thùng để lắng


92

Nước thải sau lắng 14 tiếng được chuyển

vào các bình thí nghiệm

Chuẩn bị giống tảo S.platensis CNTĐB


93

Các mẫu bùn hoạt tính

Bổ sung tảo vào bình sục thí nghiệm


94

Thí nghiệm sau 1 ngày


Quan sát sinh trưởng của tảo

qua các ngày nuôi cấy


95

Hình thái sợi tảo chủng Spirulina platensis

CNTĐB sau 12 ngày nuôi cấy

trong nước thải

Lọc thu sinh khối tảo sau xử lý

Phụ lục 3. Một số hình ảnh minh họa cho các VSV phân giải tinh bột


96

Hình ảnh khuẩn lạc vi khuẩn có mặt

trong bùn hoạt tính

Hình ảnh khuẩn lạc nấm mốc có mặt



97

Hình ảnh khuẩn lạc nấm men có mặt


Hình ảnh khuẩn lạc xạ khuẩn có mặt



98

VSV kị khí phân giải tinh bột

Bề mặt thạch bị nứt nhiều do có vi

khuẩn sinh metan

Documents

Nghien Cuu Ung Dung Vi Sinh Vat Va Vi Tao Lam Spirulina Trong Xu Ly Nuoc Thai Lang Nghe Bun Phu Do