Đặt vấn đề Ngành chăn nuôi là một trong những ngành trọng điểm của nền nông nghiệp Việt Nam, và cũng được xem như một nhân tố quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong đó, chăn nuôi heo chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực chăn nuôi của Việt Nam. Theo số liệu của Tổng Cục thống kê tính đến cuối năm 2021 tổng đàn lợn của Việt Nam đạt khoảng 28,1 triệu con. Từ năm 2011 đến 2021 tổng đàn lợn tăng 3,4%.
Việc tăng số đàn heo trong năm kéo theo không ít áp lực lên ngành môi trường, công tác xử lý chất thải cũng như nước thải chăn nuôi heo. Theo kết quả khảo sát của Cục chăn nuôi mỗi ngày 1 con heo trưởng thành thải trung bình 25 lít nước và 2,7 kg phân/con [1]. Phân heo, thức ăn dư thừa, nước tiểu và nước vệ sinh chuồng trại đa phần được xử lý bằng bể biogas sau đó thải trược tiếp ra sông, hay ao hồ chứa nước thải xung quanh trại. Điều này dẫn đến nồng độ các chất ô nhiễm tại nguồn tiếp nhận ngày một cao dẫn đến ô nhiễm môi trường và hiện tượng phú dưỡng hóa tại các thủy vực.
Trong bối cảnh phải tìm ra giải pháp xử lý nitơ, photpho trong nước thải chăn nuôi thì vi tảo là sự lựa chọn kịp thời nhất vừa hiệu quả về môi trường lẫn kinh tế. Sử dụng vi tảo để cải thiện chất lượng nước là một phương pháp thân thiện với môi trường [5], vi tảo đã được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải chăn nuôi trong nhiều năm trở lại đây [3]. Trong bối cảnh cần phải tìm ra giải pháp xử lý sự tồn động nitrogen, phosphorus trong nước thải chăn nuôi để đáp ứng hiệu quả về môi trường và kinh tế thì vi tảo là sự lựa chọn kịp thời nhất. Sử dụng vi tảo để cải thiện chất lượng nước là một phương pháp thân thiện với môi trường [5], vi tảo đã được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp [3] và nước thải chăn nuôi.
Trong những năm gần đây, chủng Chlorella sp. là loài vi tảo được các nhà khoa học quan tâm do chúng có khả năng tiêu thụ CO2 và sản xuất sinh khối sơ cấp. Ngoài ra, loài tảo này có ưu thế như tốc độ tăng trưởng nhanh, thời gian thế hệ ngắn và có khả năng hấp thu tốt tổng nitơ, nitrat và tổng photpho. Hiện nay đã có một số nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong xử lý ô nhiễm như nghiên cứu của Wang và cộng sự (2010) đã tiến hành thí nghiệm nuôi cấy vi tảo Chlorella vulgaris trong môi trường nước thải chăn nuôi với hàm lượng COD đầu vào là 20.
Sau 14 ngày thí nghiệm với mức pha loãng COD đầu vào là 5 lần, 10 lần và 20 lần kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ COD của giống tảo C. vulgaris đều trên 70% [5]. Tại Việt Nam, nghiên cứu của Nguyễn Trần Thiện Khánh và cộng sự (2017) đã chỉ ra rằng sau 7 ngày vi tảo Chlorella sp. có thể loại bỏ 86,2% hàm lượng nitơ, 60,8% hàm lượng photpho và 58,7% COD trong nước thải sinh hoạt [5].
Chủng vi tảo Chlorella sp. là loài tảo có tốc độ tăng trưởng nhanh và thời gian thế hệ ngắn, có thể chịu đựng được trong môi trường có nồng độ dinh dưỡng cao và 1 hoàn toàn có khả năng loại bỏ total nitrogen, nitrate và total phosphorus (TP) (Lau và cs. Sự thích nghi của Chủng vi tảo Chlorella sp. với các dãy nồng độ chất dinh dưỡng cao dẫn đến khả năng ứng dụng rộng rãi của nó trong xử lý nước thải nông nghiệp, chăn nuôi và nước thải sinh hoạt.
Wang và cộng sự, 2010 tiến hành thí nghiệm nuôi trồng giống vi tảo Chlorella vulgaris trong môi trường nước thải chăn nuôi với hàm lượng COD đầu vào là 20180 mg/L. Sau 14 ngày thí nghiệm với mức pha loãng COD đầu vào là 5 lần, 10 lần và 20 lần kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ COD của giống tảo C. vulgaris đều trên 70% (Wang và cs. Ngoài ra Ma và cộng sự của ông đã chỉ ra rằng C.
vulgaris có khả năng xử lý chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt rất tốt với thí nghiệm với COD đầu vào là 2613,3 mg/L với nồng độ tảo đầu vào lần lượt là 0,02 g/L, 0,05 g/L, 0,1 g/L và 0,2g/L. Kết quả cho thấy COD giảm từ 2613 mg/L xuống 545, 496, 456 và 452 mg/L trong 2 ngày đầu tiên tương ứng với nồng độ tảo 0,02; 0,05; 0,1 và 0,2 g/L (tương ứng với hiệu suất xử lý COD 87,1%; 87,2%, 87,0% và 87,2%) (Ma và cs. Tại Việt Nam, nghiên cứu của Nguyễn Trần Thiện Khánh và cộng sự đã chỉ ra rằng sau 7 ngày xử lý vi tảo Chlorella sp. có thể loại bỏ 86,2% hàm lượng Nitrogen, 60,8% hàm lượng phosphorus và 58,7% COD (Nguyễn Trần Thiện Khánh và cs.
Ngoài ra, Võ Thị Diệu Thanh cùng cộng sự năm 2012 đã nghiên cứu ứng dụng tảo chủng vi tảo Chlorella sp. và Daphnia sp. lọc chất hữu cơ trong nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn sau bể UASB kết quả cho thấy lượng COD giảm từ 65,8–88,2% sau 9 ngày xử lý, TN giảm 87,4–90,18% đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam; chỉ có hàm lượng TP có hiệu quả xử lý là 47,7– 56,15% (Vũ Thị Diệu Thanh và cs., 2012) Cho đến nay, việc sử dụng giống vi tảo xử lý môi trường còn gặp những khó khăn. Thứ nhất, đa số các chủng tảo thuần đều phải nhập nội, không phải những loài có nguồn gốc bản địa Việt Nam, hạn chế của chủng này nằm ở điều kiện khí hậu khác nhau của Việt Nam so với một số nước, đồng thời không hoàn toàn chủ động trong việc cung cấp khi cần thiết.
Thứ hai, các chủng tảo có nguồn gốc bản địa chưa thích nghi hoàn toàn với môi trường có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao như nước thải chăn nuôi. Tảo Chlorella sorokiniana sử dụng trong nghiên cứu này đã được phân lập từ chính nguồn nước thải chăn nuôi. Vì vậy chủng vi tảo này hoàn toàn có khả năng thích ứng với môi trường có nồng độ ô nhiễm cao khi ứng dụng vào thực tế. Hơn nữa, vì là chủng bản địa, nên chúng có thể thích nghi tốt với điều kiện khí hậu tại Việt Nam.
Từ những khả năng ứng dụng của vi tảo mà tiêu biểu là vi tảo Chlorella sp. trong xử lý nước thải và tính cấp thiết trong việc tìm giải pháp phân lập giống vi tảo thuần chủng đề tài “Phân lập, tuyển chọn và ứng dụng chủng vi tảo Chlorella sp. xử lý nito và photpho trong nước thải chăn nuôi heo” là sự cần thiết để góp phần phát triển lĩnh vực ứng dụng công nghệ sinh học vào xử lý nước thải theo hướng bền vững. Mục tiêu nghiên cứu 2 Mục tiêu tổng quát: Ứng dụng tảo Chlorella sp.
từ quá trình phân lập, tuyển chọn nhằm xử lý ô nhiễm nito và photpho trong nước thải chăn nuôi heo. Mục tiêu cụ thể: 1. Xác định và định danh đến loài các vi tảo Chlorella sp. có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi.
Tuyển chọn được vi tảo Chlorella sp. Có khả năng xử lý nito và photpho ở hiệu suất cao nhất trong các loài vi tảo được phân lập. Đánh giá hiệu suất xử lý chất ô nhiễm nito và photpho trong nước thải chăn nuôi của vi tảo Chlorella sp. trong điều kiện nuôi cấy theo mẻ ở quy mô phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Phân lập và định danh tảo Chlorella sp. từ nguồn nước mặt và nguồn nước ô nhiễm. Nội dung 2: Tuyển chọn và nhân sinh khối vi tảo Chlorella sp. có khả năng xử lý ô nhiễm nito và photpho.
Nội dung 3: Ứng dụng tảo Chlorella sp. xử lý nito, photpho trong nước thải chăn nuôi heo. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bao gồm: - Nước thải chăn nuôi heo từ các trang trại và nguồn nước mặt xung quanh trại trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh (huyện Bình Chánh, huyện Củ Chi và huyện Hóc Môn).
- Vi tảo Chlorella sp. Phạm vi nghiên cứu - Xác định và định danh đến loài các chủng tảo Chlorella sp. có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi. - Tìm ra công thức môi trường tối ưu cho quá trình sinh trưởng và phát triển của chủng tảo Chlorella sp.
- Đánh giá hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm nito và photpho trong nước thải chăn nuôi của chủng tảo Chlorella sp. trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở quy mô phòng thí nghiệm. Địa điểm tiến hành nghiên cứu tại Tổ Công nghệ Sinh học Môi trường thuộc Trung tâm Công Nghệ Sinh học thành phố Hồ Chí Minh.
- Thời gian thực hiện: từ 06/2022. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3 1. Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu tập trung phân lập và tuyển chọn các chủng vi tảo từ nguồn nước ô nhiễm tự nhiên có hiệu suất xử lý nito và photpho cao từ đó tạo ra các giống tảo thuần chủng có giá trị. Ngoài ra, nghiên cứu sẽ đánh giá hiệu quả xử lý chất ô nhiễm nito và photpho theo dạng mẻ trên nền nước thải chăn nuôi của chủng vi tảo Chlorella sp.
để làm cơ sở cho việc ứng dụng vi tảo vào quá trình xử lý nito và photpho trong nước thải thực tế. Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu này có thể được sử dụng là tiền đề chạy các mô hình thí điểm (pilot). Kết quả phân lập và nhân sinh khối của nghiên cứu này có thể được sử dụng để nhân giống vi tảo có khả năng xử lý nito và photpho ở quy mô lớn để phục vụ cho việc ứng dụng thực tế một cách rộng rãi vi tảo Chlorella sp. Tính mới của đề tài Phân lập được chủng vi tảo Chlorella sp.
từ chính nguồn nước thải tại các trang trại nuôi heo. Từ đó, tăng khả năng thích nghi của vi tảo đối với nguồn nước thải. Đồng thời, sử dụng giống tảo đã được phân lâp để đánh giá hiệu quả xử lý nito và photpho của nước thải chăn nuôi heo. TỔNG QUAN VỀ CHỦNG VI TẢO CHLORELLA VÀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 2.
Tổng quan về vi tảo Chlorella 2. Đặc điểm hình thái và cấu trúc Theo Komapoenko và Vasilieva, năm 1978 (trích theo Vũ Thị Thùy Minh, 2006) thì vị trí phân loại của chủng vi tảo Chlorella sp. được xác định như sau: Ngành: Chlorophyta Lớp: Trebouxiophyceae Bộ: Chlorococcales Họ: Chlorellaceae Chi: Chlorella Loài: Chlorella sp Tảo lục Chlorella sp. hay được gọi là rong tiểu cầu là một chi tảo lục đơn bào và không di động, có dạng hình cầu, hình elip, đường kính tế bào không vượt quá 15 µm, trung bình khoảng 2–10 µm [8].