Nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp mới “phương pháp thủy canh cải tiến” trong nuôi trồng vi khuẩn lam Spirulina platensis sử dụng nước thải chăn nuôi heo sau biogas. Nước thải chăn nuôi heo sau biogas bổ sung NaNO3 thì cải thiện đáng kể năng suất sinh khối và tỷ lệ gắn kết của vi khuẩn lam Spirulina platensis lên vật liệu hỗ trợ. Sau 7 ngày nuôi năng suất sinh khối cao nhất trên vật liệu hỗ trợ đạt được 3,53 g/m2/ngày, tỷ lệ bám dính lên bề mặt vật liệu hỗ trợ 44,95%, hiệu suất loại bỏ PO43-, NO3-, NH4+ lần lượt là 87,55; 93,74; 98,63%. Kết quả còn cho thấy nồng độ sinh khối vi khuẩn lam Spirulina platensis thu được từ phương pháp thủy canh cải tiến gấp 1,3 lần so với phương pháp truyền thống.
Đặt vấn đề
Hiện nay chất thải từ hoạt động chăn nuôi heo được xem là nguồn gây ô nhiễm lớn đến môi trường, ước tính trong phân heo có chứa khoảng 5,4-6,3 kg N/tấn phân và 2,23 kg P/tấn phân (Olguín và ctv, 2003).Thành phần dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi heo tương tự như thành phần của môi trường nuôi cấy vi tảo và nó hỗ trợ tốt cho sự tăng trưởng của một số chủng vi tảo (Zhou và ctv, 2014). Nước thải sau biogas chỉ loại bỏ được phần lớn các hợp chất hữu cơ, nhưng không loại bỏ được nitơ (N) và phốt pho (P) (Nguyễn Thị Hồng và Phạm Khắc Liệu, 2012). Phương pháp sử dụng vi tảo để xử lý các chất ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi đặc biệt là xử lý N và P, đang được áp dụng rộng rải trên thế giới, đạt hiệu quả cao, chi phí thấp nhưng lại an toàn với môi trường (Christenson và Sims, 2011).
Spirulina platensis thường gọi là vi khuẩn lam (trước còn được gọi là tảo lam). Vi khuẩn lam S. platensis được xem là nguồn dinh dưỡng của thiên nhiên với đầy đủ các thành phần thiết yếu như protein, lipid, carbohydrate cùng nhiều loại khoáng đa và vi lượng, vitamin và nhiều loại acid amin không thể thay thế như: lysine, methionine, tryptophan (Enzing và ctv, 2014). Hiện nay, vi khuẩn lam S. platensis còn làm nguồn nguyên liệu tiềm năng không chỉ cho quá trình trích ly các hợp chất có giá trị sinh học như â-caroten và phycocyanin, nguồn thức ăn cho ngành chăn nuôi mà còn là nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học (Konstantinos, 2008). Trước những giá trị mà vi khuẩn lam S. platensis mang lại thì các nghiên cứu về xây dựng những mô hình nuôi trồng, chế biến và chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học từ vi khuẩn lam này nhằm phục vụ cho con người ngày càng được quan tâm. Tuy nhiên hầu hết những nghiên cứu hiện nay đều tập trung vào việc chọn lọc chủng vi tảo, khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến năng suất sinh khối vi tảo thu được theo mô hình nuôi bằng phương pháp thủy canh truyền thống. Rất ít những nghiên cứu tập trung vào việc cải tiến phương pháp nuôi trồng.
Xuất phát từ thực tế nêu trên mà nghiên cứu “Qúa trình nuôi trồng vi khuẩn lam Spirulina platensis sử dụng nước thải chăn nuôi heo sau biogas theo phương pháp thủy canh cải tiến” được thực hiện.
Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Vật liệu
Vi khuẩn lam (VKL) S. platensis được cung cấp từ Viện Nuôi trồng Thủy Sản 2 Tp.Hồ Chí Minh
Mẫu nước thải chăn nuôi heo sau biogas được lấy tại Tp. Thủ Dầu Một
Vật liệu hỗ trợ (VLHT): vải cotton+ polystyrene foam (xốp)
Môi trường Zarrouk được sử dụng để nuôi cấy và tăng sinh chủng VKL S.platensis
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thủy canh truyền thống (TCTT) và thủy canh cải tiến (TCCT) được thiết kế theo mô hình sau (Hình 1):
Hình 1. Mô hình nuôi VKL S. platensis theo phương pháp TCCT (sử dụng VLHT) (a) và TCTT (b)
.jpg)
Nước thải chăn nuôi heo sau biogas sẽ được lọc để loại bỏ các hạt và vật chất rắn sau đó tiến hành hấp khử trùng trước khi được sử dụng để nuôi VKL S. platensis.
Thông số nuôi cố định: thời gian nuôi 7 ngày, tỷ lệ cấy giống 20%, cường độ chiếu sáng 4000 lux, nhiệt độ 25-27oC, tốc độ sục khí 2-5 lít/phút
Kết quả cần đạt: Xác định năng suất sinh khối thu được, tỷ lệ bám dính trên VLHT và hiệu suất xử lý PO43- NO3-, NH4+ của VKL S. platensis
Thí nghiệm 1: Khảo sát tỷ lệ nước thải chăn nuôi heo sau biogas phù hợp cho nuôi VKL S. platensis
Thông số khảo sát: Tỷ lệ nước thải nước thải chăn nuôi heo sau biogas thay đổi lần lượt là 20, 40, 60, 80, 100 %
Thí nghiệm 2: Đánh giá hiệu quả giữa 2 phương pháp nuôi VKL S. platensis: phương pháp TCTT và TCCT
Tiến hành nuôi VKL S. platensis bằng phương pháp TCTT và phương pháp TCCT sử dụng VLHT ở cùng điều kiện
Phương pháp xử lí số liệu
Một nghiệm thức được lặp lại 3 lần. Số liệu được xử lí bằng phần mềm Statgraphics.
Kết quả và bình luận
Thí nghiệm 1: Khảo sát tỷ lệ nước thải nước thải chăn nuôi heo sau biogas phù hợp cho nuôi VKL S. platensis
Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 1
Bảng 1. Thông số nước thải ban đầu
.jpg)
* Trong cùng một cột, các giá trị được đánh dấu bởi các chữ cái giống nhau thì sự khác biệt không có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (á = 0,05).
Kết quả bảng 1 cho thấy trong nước thải sau xử lý biogas thì nồng độ NH4+ và PO43- khá cao so với nồng độ của NO3-. Những thành phần này đều dễ dàng được sử dụng bởi các tế bào VKL S. platensis. Hàm lượng N, P giảm đi sẽ được đồng hóa thành sinh khối VKL S. platensis. Vì vậy ở tỷ lệ nước thải cho năng suất sinh khối VKL S. platensis cao thì khả năng loại bỏ N, P nhiều.
Theo Shen và ctv (2013) nồng độ nitơ trong nước thải có ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của vi tảo và tỷ lệ bám dính của vi tảo lên vật liệu hỗ trợ. Khi tăng nồng độ nitơ thì năng suất sinh khối của hầu hết các loài vi tảo đều tăng (Schenk và ctv, 2008). EPS (Exopolymeric substances – các chất ngoại bào) là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bám dính của vi tảo trên VLHT và nó cũng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng nitơ (Hoa và ctv, 2003). Năm 2010, Flemming và Wingender cho rằng EPS tham gia vào các quá trình keo tụ, bám dính và hình thành màng sinh học. Theo Hoa và ctv (2003) thì trong thành phần EPS thì protein có ảnh hưởng lớn nhất đến sự gắn kết của tế bào vi tảo lên VLHT so với các thành phần còn lại trong EPS. Khi nồng độ nitơ tăng thì hàm lượng protein của EPS cũng tăng, điều này dẫn đến tăng tỷ lệ gắn kết của vi tảo lên bề mặt VLHT. Trong thí nghiệm này, khi tỷ lệ nước thải tăng thì nồng độ nitơ tăng dẫn đến hàm lượng protein trong EPS tăng, điều này dẫn đến sự gia tăng của sinh khối và tỷ lệ bám dính của VKL S. platensis. Như vậy, tỷ lệ nước thải 100% là nghiệm thức tối ưu sẽ được chọn để sử dụng cho những thí nghiệm tiếp theo (Hình 2).
Hình 2: Sự phát triển của VKL S. platensis trên bề mặt VLHT ở tỷ lệ nước thải 100%
.jpg)
(c) ngày 1
(d) ngày 6
Thí nghiệm 2: Đánh giá hiệu quả giữa 2 phương pháp nuôi VKL S. platensis: phương pháp TCTT và TCCT
Theo kết quả của thí nghiệm 1 thì năng suất sinh khối và tỷ lệ bám dính thu được chỉ đạt 2,57 g/m2/ngày và 22,57% ở tỷ lệ nước thải 100%. Vì vậy, để tăng tỷ lệ bám dính và năng suất thì nước thải sẽ được bổ sung thêm 0,3g/l NaNO3 (Hoa và ctv, 2003).
Tiến hành nuôi VKL S. platensis bằng phương pháp TCTT song song với TCCT sử dụng nước thải đã bổ sung NaNO3 ở cùng một điều kiện. Kết quả được trình bày trong bảng 3
* Trong cùng một cột, các giá trị được đánh dấu bởi các chữ cái giống nhau thì sự khác biệt không có ý nghĩa về mặt thống kê theo phân tích ANOVA (á = 0,05). k: sinh khối VKL S. platensis thu được trên VLHT và trong phần nước sau thí nghiệm
Khi tiến hành nuôi song song 2 phương pháp kết quả cho thấy phương pháp TCCT cho hiệu quả cao hơn nhiều so với phương pháp TCTT. Sinh khối VKL S. platensis thu được của phương pháp TCCT (1,47g) cao gấp 1,3 lần so với phương pháp TCTT (1,1g), hiệu suất xử lý PO43-, NO3-, NH4+ của phương pháp TCCT đạt lần lượt là 87,55; 93,74; 98,63%.
Kết luận
Qua nghiên cứu này thì đã rút ra được một số kết luận sau:
Nước thải có bổ sung NaNO3 làm tăng đáng kể tỷ lệ gắn kết của VKL S. platensis lên bề mặt VLHT cũng như năng suất sinh khối
Tỷ lệ bám dính 44,95%, năng suất sinh khối 3,53 g/m2/ngày, hiệu suất xử lý PO43-, NO3-, NH4+ lần lượt là 87,55; 93,74; 98,63%;
Sinh khối VKL S. platensis thu được từ phương pháp TCCT cao gấp 1,3 lần so với phương pháp TCTT ở cùng một điều kiện nuôi;
Tài liệu tham khảo
1. Christenson L. and Sims R., 2011. Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts. Biotechnology Advances 29:686–702.
2. Enzing C., Ploeg M., Barbosa M. and Sijtsma L., 2014. Microalgae-based products for the food and feed sector: an outlook for Europe. IPTS – Institute for Prospective technological Studies, JRC
3. Flemming H.C. and Wingender J., 2010. The biofilm matrix. Nat Rev Microbiol 8(9):623–633
4. Hoa P.T., Nair L., Visvanathan C., 2003. The effect of nutrients on extracellular polymeric substance production and its influence on sludge properties. Water SA 29:437–442
5. Konstantinos N. Papadopoulos, 2008. Food Chemistry Research Developments: microalge in novel food products. Nova Science Publishers, Inc
6. Nguyễn Thị Hồng và Phạm Khắc Liệu, 2012. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas quy mô hộ gia đình ở Thừa Thiên Huế. Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 73, số 4, trang 83-91
7. Olguín E. 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. J. Appl. Phycol. 15: 249-257
8. Shen Y., Xu X., Zhao Y. and Lin X, 2013. Influence of algae species, substrata and culture conditions on attached microalgal culture. Bioprocess Biosyst Eng. doi:10.1007/s00449-013-1011-6
9. Schenk P. M., Thomas-Hall S., Stephens E., Marx U. C., Mussgnug J. H., Posten C., Kruse O. and Hankamer B., 2008. Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenergy Res 1(3):20–43
10. Zhou, W., Chen, P., Min, M., Ma, X., Wang, J., Griffith, R., Hussain, F., Peng, P., Xie, Q., Li, Y., Shi, J., Meng, J., Ruan, R., 2014. Environment-enhancing algal biofuel production using wastewaters. Renew. Sust. Energ. Rev. 36, 256-269.
NGUYỄN THỊ LIÊN, ĐÀO MINH TRUNG, NGUYỄN THANH TUYỀN
Trường Đại học Thủ Dầu Một, Bình Dương
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
Khu vực đảo Palawan (Philippine), Sempoma SABAH (Malaysia) nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa, mùa khô rõ rệt. Tại Palawan, trung bình năm nhiệt độ không khí 28,50C, độ ẩm trung bình 58,4%, tổng lượng mưa 2.920 mm, tổng số giờ nắng trong khoảng 2,180 - 2,307h, nhiệt độ nước biển 29,30C và độ muối nước biển 33,3‰.
