Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường

CHƯƠNG 1: NƯỚC THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG CÔNG NGHỆ
SINH HỌC.
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 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 [5].
+ 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
1

Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
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 [4].
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 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.
2


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
+ 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...[6].
2. Cơ sở của quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học
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;

3


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
+/ Chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng
hợp vật liệu mới cho tế bào VSV.
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- + SO42Sản phẩm của quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm khoảng 40% là sinh khối
VSV và gần 60% là CO2 + H2O.
4


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
+ 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- + SO42H2S

CO2 + H2O + CH4 + N2 +

+ 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 [5].
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 [6].
3.

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
5


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
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
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,
6


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
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 [6]. 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.
Bảng 1-1 Quần thể VSV trong bùn hoạt tính
STT

1

Vi khuẩn
Pseudomonas


Chức năng
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

Zooglea

Tạo thành chất nhầy, hình thành các

5

chất keo tụ


6

Acinetobacter

Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat

7

Nitrobacter

Nitrat hoá

8

Sphaerotilus

Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các
7


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường

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
Nguồn: [6]

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
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:

8


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
- 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 [6].
- 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
9


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
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 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].

10


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường

CHƯƠNG 2: VI TẢO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.
1. Vi tảo
1.1 Khái niệm:

Là những vi sinh vật nhỏ bé không thể nhìn thấy hoặc khó nhìn thấy.
Vi tảo (Microalgae) là tất cả các tảo(Algae) có kích thước hiển vi. Muốn
quan sát chúng phải sử dụng tới kính hiển vi. Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên
thế giới thì vi tảo chiếm đến khoảng 2/3.
Bảng 2 .2 So sánh một số tính chất của nhóm vi sinh vật:
T/chất

VK


Nấm

Tảo

ĐV ĐBào

Loại TB

Nhân sơ

Chuẩn

Chuẩn

Chuẩn

Kiểu

Hoá dị

dinh

dưỡng(1 số

dưỡng

quang dưỡng)

Đa bào,

đơn bào

đơn bào

Hoá dị dưỡng

Quang tự

Hoá dị dưỡng

hữu cơ

dưỡng

hữu cơ

đơn bào,đa bào

đơn bào

đa bào (trừ nấm
men)

Cách sắp

Riêng lẻ,một

đơn bào ,sợi

Riêng lẻ, tập


xếp TB

số hình thành

không vách

hợp

tập hợp

ngăn(cộng bào)
và sợi có vách

11


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường

ngăn

PP thu
nhận

Hấp thụ

Hấp thụ

thức ăn


T/C đặc
trưng

Thành
TB

Trực phân

murein

pH tối ưu

6,5-7,5

Nhu cầu

kị khí đến hiếu

O2

khí

Chất dự

Các loại

trữ chính

polysaccarit


Bào tử hữu tinh
và vô tính

Hemycelluloes
và kitin

Quang hợp,

Hấp thụ, thực

Hấp thụ

bào

Sắc tố quang
hợp và sắc tố

Chuyển động

hỗ trợ

cellulose

Không hoặc có
lipoprotein

3,8-5,6

Gần trung tính


Trung tính

hiếu khí

hiếu khí

hiếu khí

Glicogen và
glucogen

Tinh bột

nhiều loại
polysaccarit

1.2 Phân loại:

Năm 1969 R.H. Whitake đưa ra hệ thống phân loại 5 giới, trong đó
toàn bộ Tảo được xếp trong giới Nguyên sinh. Sau khi đề xuất việc phân chia sinh
giới thành 3 lĩnh giới (domain) Carl R. Woese đề xuất hệ thống phân loại 6 giới
12


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
( Vi khuẩn, Cổ khuẩn, Nguyên sinh, Nấm, Thực vật, Động vật) thì toàn bộ Tảo
vẫn được xếp trong giới Nguyên sinh.
Gần đây, theo P.H. Raven và G.B. Johnson (2002) còn có hệ thống phân
loại chia lĩnh giới Sinh vật nhân thật (Eukarya hay Eukaryotic Kingdoms) ra thành
6 giới, gồm có:

-Giới Archezoa: gồm các Nguyên sinh chưa có ty thể, bao gồm Pelomyxa,
Giardia.
-Giới Protozoa (Động vật nguyên sinh): bao gồm 14 ngành Nguyên sinhtrong đó có Hypermastigotes, Euglenoides, Slime molds (Nấm nhầy),
Choanoflagellates, Dinoglagellates, Ciliates, Apicomplexans, Rhizopods,
Heliozoans, Foraminiferans, và Radiolarians.
-Giới Chromista: gồm 10 ngành Nguyên sinh, trong đó có Tảo nâu
(Phaeophyta) và Tảo silic (Diatoms )
-Giới Fungi (Nấm): Bao gồm nấm và 1 ngành Nguyên sinh sống hoại sinh
là ngành Chytridiomycota.
-Giới Plantae (Thực vật): bao gồm Thực vật và 5 ngành Nguyên sinh
(nhiều Tảo lục nhưVolvox, Ulva, Spirogyra và Tảo đỏ (Rhodophyta).
-Giới Animalia (Động vật).
Vi tảo thường thuộc về 2 bộ là Volvocales và Chlorococcales:
 Bộ Volvocales gồm các vi tảo có lông roi, đơn bào hay thành nhóm, có dạng

phân cắt bắc cầu (desmoschisis)
 Bộ Chlorococcales gồm các vi tảo không có tiên mao, đơn bào hay thành
nhóm, có dạng phân cắt tách rời (eleutheroschisis)
13


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
Vi tảo trong bộ Volvocales là những đơn bào di động hay những
nhóm di động đa bào có hình dạng nhất định. Quần thể tế bào là bội số của 2. Tế
bào dinh dưỡng có lông roi, di động tự do. Tế bào hình cầu, hình trứng, hình tim,
hình bầu dục, hình viên trụ, hình thoi... cũng có loại có hình vô quy tắc. Một số
loài không có thành tế bào, chỉ là khối nguyên sinh chất trần. Phần lớn có thành tế
bào vững chãi- tầng trong là cellulose, tầng ngoài là pectin. Một số loại có bao keo
liên kết các tế bào thành quần thể. Tế bào thường có 2 lông roi dài bằng nhau, một
số ít có 4 lông roi, một số rất ít có 1, 6 hay 8 lông roi. Tế bào có 1 hay nhiều sắc

lạp, thường có hình chén, cũng có thể có hình phiến, hình đĩa, hình sao. Rất ít loài
vô màu. Sắc lạp có 1 hay vài pyrenoid. Thường có điểm mắt ở một phía phần trên
của tế bào, một số ít có điểm mắt ở giữa hay ở cuối tế bào. Tế bào dinh dưỡng có
nhân đơn bội.
Khi sinh sản vô tính mỗi tế bào mất đi lông roi, nguyên sinh chất
trong tế bào bắt đầu phân cắt tạo ra 2,4,8,19 tế bào. Trong điều kiện môi trường
bất lợi lông roi mất đi hay co lại, đình chỉ di động. tế bào tiết ra một tầng keo sau
đó phân cắt liên tiếp tạo ra một quần thể keo, đa bào, vô định hình, đó là giai
đoạn quần thể keo (palmella stage). Khi môi trường thích hợp trở lại thì mọc ra
lông roi, chuyển sang giai đoạn di động. Các loài nguyên thủy thì mỗi tế bào đều
có thể sinh ra quần thể con. Ở các loài đã phân hóa thành tế bào dinh dưỡng và tế
bào sinh sản thì chỉ có tế bào sinh sản mới có thể sinh ra quần thể con.
Khi sinh sản hữu tính có loại đẳng giao, dị giao hay noãn giao. Sau khi giao
tử kết hợp sẽ hình thành hợp tử. Hợp tử nảy mầm sẽ sinh ra tế bào con hay quần

14


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
thể con.

Hình 2.1 Sinh sản hữu tính ở vi tảo Chlamydomona
Trong bộ Volvales có cả thảy 6 họ, đều là vi tảo. Đáng chú ý là các
chi Dunaliella, Tetraselmis, Haematococcus, Chlamydomonas...
Tảo thuộc bộ Chlorococcales là các tảo lục đơn bào hay quần thể không
di động. Tế bào có thể có hình cầu, hình thoi, hình đa giác. Sắc lạp chỉ có 1 hay
nhiều, hình chén, hình phiến, đĩa hay hình lưới. Có 1, nhiều hay không có
15



Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
pyranoid, Tế bào 1 nhân, có lúc có nhiều nhân. Các chi có nhiều ứng dụng thực
tiễn là Chlorella,Scenedesmus,...
1.3 . Thuộc các ngành chính

Vi tảo chủ yếu thuộc về các chi trong các ngành sau đây:
 Ngành Tảo lục (Chlorophyta):

Các chi Closterium, Coelastrum, Dyctyosphaerium, Scenedesmus,
Pediastrum, Staurastrum, Dunaliella, Chlamydomonas, Haematococcus,
Tetraselmis, Chlorella,...
 Ngành Tảo lông roi lệch (Heterokontophyta)

Các chi Melosira, Asterionella, Cymatopleurra, Somphonema, Fragilaria,
Stephanodiscus, Navicula, Malomonas, Dinobryon, Peridinium, Isochrysis,
Chaetoceros, Phaeodactylum, Skeletonema, Nitzschia......
 Ngành Tảo mắt (Euglenophyta):

Các chi Phacus, Trachelomonas, Ceratium...
 Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta):

Các chi Porphyridium, Rhodella...
1.4 . Hình thái cấu tạo của tảo

Tảo có hình thái cơ thể rất đa dạng. Có thể chia thành 8 kiểu hình thái như
sau:

16



Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
•

Kiểu Monad: Tảo đơn bào, sống đơn độc hay thành tập đoàn, chuyển động nhờ

lông roi
• Kiểu Pamella: Tảo đơn bào, không có lông roi, cùng sống chung trong bọc chất
keo thành tập đoàn dạng khối có hình dạng nhất định hoặc không. Các tế bào
trong tập đoàn không có liên hệ phụ thuộc nhau
• Kiểu Hạt: Tảo đơn bào, không có lông roi, sống đơn độc.
• Kiểu Tập đoàn: Các tế bào sống thành tập đoàn và giữa các tế bào có liên hệ
với nhau nhờ tiếp xúc trực tiếp hay thông qua các sợi sinh chất
• Kiểu Sợi: Cấu tạo thành tản (thallus) đa bào do tế bào chỉ phân đôi theo cùng
•

một mặt phẳng ngang, sợi có phân nhánh hoặc không.
Kiểu Bản: Tản đa bào hình lá do tế bào sinh trưởng ở đỉnh hay ở gốc phân đôi

theo các mặtphẳng cả ngang lẫn dọc. Bản cấu tạo bởi một hay nhiều lớp tế bào.
• Kiểu Ống: Tản là một ống chứa nhiều nhân, có dạng sợiphân nhánh hay dạng
cây có thân , lá và rễ giả (rhizoid). các tế bào thông với nhau vì tuy phân chia
nhưng không hình thành vách ngăn
• Kiểu Cây: Tản dạng sợi hay dạng bản phân nhánh, hoặc có dạng thân- lá- rễ
giả. Thường mang cơ quan sinh sản có mức độ phân hóa cao.
Tế bào của tảo có nhiều đặc điểm chung của các sinh vật có nhân thật
(Eukarya).
Thành tế bào của tảo cấu tạo bởi polysaccharide. Thành tế bào gồm các
sợi cellulose liên kết thành bộ xương (skeleton) nhằm bảo vệ và duy trì hình dạng
ổn định cho tế bào. Một số tảo có mannan hay xylan thay thế cho cellulose. Ngoài
ra còn có phần vô định hình tạo nên chất nền của thành tế bào. Bên ngoài thành tế

bào ở một số tảo có màng keo chứa các polysaccharide có giá trị thực tiễn như
alginate, fucoidine, agar, carragenan, porphyrane, furcelleran, funoran... Nhiều tảo
đơn bào thành tế bào chỉ là chất nguyên sinh đậm đặc hay chu chất (periplast).
Thành tế bào của tảo silic cấu tạo bới chất silic. Một số tảo có lớp muối oxyd sắt
calcium carbonat bên ngoài thành tế bào.

17


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
Lông roi( tiên mao): tế bào của nhiều tảo vận động được là nhờ Lông roi
(flagella). Roi cấu tạo bởi 9 cặp vi ống bao quanh 2 vi ống ở giữa và được bao bọc
bởi màng sinh chất. Hai vi ống giữa xuất phát từ đĩa gốc (dense plates) và thể gốc
(basal body).
Màng sinh chất cũng giống như ở các sinh vật khác. Trong tế bào chất có
nhiều bào quan khác nhau. Sắc lạp (chromoplast) của tảo có cấu tạo như ở thực
vật, gồm hai lớp màng bao bọc, bên trong có chất nền (stroma) cùng với hệ thống
các túi dẹt gọi là thylakoid. Các thylakoid xếp chồng lên nhau tạo thành loại cấu
trúc giống như grana ở thực vật. Trên màng của thylakoid có nhiều chất diệp lục
(chlorophyll) và các enzim tham gia vào quá trình quang hợp. Ngoài chất diệp lục
(a,b,c,d) còn có thể có các sắc tố carotenoid, phổ biến nhất là b-caroten. Nhiều tảo
chứa sắc tố xanthophyll, phycobiliprotein...Trong chất nền của sắc lạp còn có
ADN dạng vòng và ribôsom. Đôi khi sắc lạp có một vùng đậm đặc protein liên kết
với các sản phẩm dự trữ tạo thành một cấu trúc gọi là nhân tinh bột hay nhân
protein (pyranoid). Sắc lạp còn có chứa các giọt lipid nhỏ nằm giữa các thylakoid.
Một số tảo còn có thêm một hai lớp mạng lưới nội chất lục lạp (CER- chloroplast
endoplasmic reticulum). Còn có các vô sắc lạp gồm leucoplast và amyloplast.
Chúng làm nhiệm vụ tích lũy chất dự trữ.
Ty thể của tảo cũng tương tự như ty thể của các sinh vật khác. Đó là bào
quan có hai lớp màng bao bọc, màng ngoài trơn nhẵn còn màng trong ăn sâu vào

phía trong chất nền và tạo thành những mào (crista) trên đó mang nhiều loại
enzim hô hấp. Chất nền của ty thể có chứa ADN và ribosôm.
Thể Golgi: Tế bào của tảo cũng có thể Golgi (Golgi body) như ở tế bào
nhiều sinh vật khác. Đó là các túi dẹp xếp hầu như song song với nhau và có hình
vòng cung, phía lồi gọi là mặt trans còn phía lõm gọi là mặt cis. Thể Golgi ở tảo
làm nhiệm vụ tổng hợp và tiết ra polysaccharide.
18


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
Tế bào chất (cytoplasm) của tảo có chứa ribosom 80S và các giọt lipid.
Một số tảo di động có các nhóm hạt lipid màu vàng cam cấu tạo nên các điểm mắt
(stigma). Chất dự trữ trong tế bào thuộc về nhiều dạng khác nhau: tinh bột ở tảo
lục, floridean ở Tảo đỏ, laminarian ở Tảo nâu, leucosin ở Tảo
roi Prymnesiophyta, fructosan ở Tảo lục Acetabularia... Ngoài ra còn có các chất
dự trữ phân tử thấp như đường, glycoside, polyol...Tảo có không bào co rút
(contractile vacuoles) giúp cho việc duy trì nước trong tế bào và loại bỏ chất thải
ra khỏi tế bào.
Nhân tế bào ở tảo cũng không khác mấy so với các tế bào nhân thực khác
nhưng hầu hết là nhân đơn bội. Tảo silic và các pha bào tử thể ở Tảo nâu, Tảo lục
và một số Tảo đỏ có nhân lưỡng bội. Nhân có màng kếp bao bọc, trong nhân có
ADN.
1.5 .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 . 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...) [6].
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.

19


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
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, quang hợp. Tảo sử dụng CO 2 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:

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.
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
20


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi 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 . 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 .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 .

21


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường

CHƯƠNG 3: CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VI TẢO TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG
1. Trên thế giới:
1.1 Xử lý sinh học nước thải dệt nhuộm bằng Chlorella vulgaris; Hala Yassin

El-Kassas, Laila Abdelfattah Mohamed ; từ Tạp chí Nghiên cứu Thủy sản Ai

Cập; tập 40, số 3, năm 2014, trang 301-308.
1.1.1 Tóm tắt:
Việc sản xuất sinh khối vi tảo từ nước thải dệt nhuộm là một giải pháp khả
thi cho các tác động môi trường được tạo ra bởi việc xả nước thải vào nguồn
nước.Nghiên cứu này đề cập đến sự thích nghi của các loài vi tảo C.vulgaris trong
nước thải dệt nhuộm (WE) và các nghiên cứu về sự pha loãng tốt nhất của WE để
sản xuất sinh khối tối đa và cho việc loại bỏ màu sắc và nhu cầu oxy hóa học
(COD) bởi loại vi tảo này. Việc nuôi dưỡng C.vulgaris, trình bày nồng dộ tế bào
tối đa Cmax và tốc độ tăng trưởng riêng cực đại Lmax trong nồng độ nước thải là
5,0% và 17,5% tương ứng. Việc loại bỏ màu và COD cao nhất xảy ra ở nồng độ
17,5% của nước thải dệt nhộm. Các kết quả của việc nuôi cấy C.vulgaris trong
nước thải ngành dệt nhuộm đã chứng minh khả năng sử dụng loại vi tảo này cho
việc loại bỏ màu sắc, COD và sản xuất sinh khối. Đã có một mối quan hệ tiêu cực
đáng kể giữa nồng độ nước thải chất dệt may và Cmax ở mức 0.05, nó có ý nghĩa
khá quan trọng. Tuy nhiên, nồng độ natri bicarbonate không ảnh hưởng đáng kể
đến phản ứng của Cmax và trong việc loại bỏ màu sắc và COD.
1.1.2 Giới thiệu:

Mười lăm phần trăm tổng sản lượng thuốc nhuộm của thế giới bị mất đi
trong quá trình nhuộm và được phát hành trong nước thải dệt. Việc phát hành
nước thải có màu trong hệ sinh thái là một nguồn đáng kể của ô nhiễm mỹ quan,
hiện tượng phú dưỡng, và nhiễu loạn bao gồm sự suy giảm trong hoạt động quang
hợp và lượng oxy hòa tan (DO) cũng như sự thay đổi của pH, tăng nhu cầu oxy
sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD), trong đời sống thủy sinh. Do đó,
xử lý các chất thải công nghiệp là cần thiết trước khi xả thải vào môi trường. Có
22


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
nhiều phương pháp xử lý khác nhau đã được đưa vào sử dụng. Trong đó, kỹ thuật

sinh học được xem là rẻ hơn và dễ dàng hơn để hoạt động đã trở thành tâm điểm
trong các nghiên cứu gần đây của thoái hóa và sự khử màu của thuốc nhuộm.
Vi tảo loại bỏ thuốc nhuộm bởi sự hút bám sinh học, phân hủy sinh học và
chuyển hóa sinh học. Vi tảo phân hủy thuốc nhuộm từ nguồn nitơ, bằng cách loại
bỏ nitơ, phốt pho và carbon từ nước, nó có thể giúp làm giảm hiện tượng phú
dưỡng trong môi trường nước [8] và[9], và là duy nhất trong việc tách carbon
dioxide, một trong những những khí chính của hiệu ứng nhà kính [11]. Hơn nữa,
các loài vi tảo có thể tăng trưởng với tốc độ nhanh chóng, trong điều kiện khắc
nghiệt, sử dụng nguồn nước không thích hợp cho con người.
Vì vậy, nghiên cứu này nhằm mục đích sử dụng công nghệ “thực vật cải
tạo môi trường”( phytoremediate) để xử lý dòng nước thải dệt nhuộm từ Kafr
Eldwar Dyeing Textile Industry, là nơi có ngành công nghiệp dệt nhuộm, gần
Alexandia, Ai Cập.Các nghiên cứu này đã được thiết kế để xác định chủng vi tảo
có trong dòng ra chất thải. Ngoài ra, đánh giá khả năng của các chủng tảo chiếm
ưu thế, Chlorella vulgaris được đánh giá là một oại thực vật cải tạo môi trường
hiệu quả để làm phai, giải độc và làm suy giảm chất thải. Nhằm giải quyết sự
thích nghi của các loài vi tảo C. vulgaris trong nước thải từ dệt nhuộm và các
nghiên cứu pha loãng nước thải lý tưởng cũng như nồng độ natri bicarbonate để
giảm tối đa màu sắc và nhu cầu oxy hóa học (COD).
1.1.3 Phương pháp:
 Đặc tính nước thải:
Nước thải được thu thập từ vùng xả thải nằm tại vịnh Abu-Qir, Alexandria,
Ai Cập và được lưu trữ ở 4oC. Sau đó tiến hành phân tích hóa lý mẫu thu thập
được. Hệ thực vật tảo trong nước được xác định theo phương pháp của
Utermohl(1958). Các mẫu ngay lập tức được cố định để phân tích trong phòng thí
nghiệm và vi tảo được đếm và nhận diện. Là một chủng tảo chiếm ưu thế,
Chlorella vulgaris đã được sử dụng trong suốt quá trình nghiên cứu.
 Vi tảo và các điều kiện tăng trưởng:
Chủng tảo C. vulgaris đã được phân lập và tinh chế trong môi trường
không có ngoại vật và sử dụng trong suốt nghiên cứu này. Nó được nuôi cấy trong

23


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường
môi trường hàng loạt trong bình 1 lít Erlenmeyer với số lượng ban đầu là 4*10^3
tế bào/ ml. Đối với việc sản xuất nhiên liệu sinh học,nuôi cấy tảo phát triển theo
cấp số nhân đã được chuyển vào môi trường vô trùng sạch. Quá trình nuôi cấy
được chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang dạng ống. Cường độ ánh sáng trên bề mặt
của các bình nuôi là 100 μ mol photons/m2 s với thời gian chiếu sáng là 16:8 giờ
sáng: tối ở nhiệt độ 25 ± 1 °C. Các môi trường nuôi cấy chính là nước thải dệt
nhuộm đã lấy mẫu, được sử dụng sau khi pha loãng với 1 nồng độ nhất định. Tế
bào tảo được cấy vào ở nồng độ 20% ( V mầm cấy/ V môi trường) trong bình
500ml Erlenmeyer, ủ trong bộ điều chỉnh nhiệt độ để kiểm soát nhiệt độ trong môi
trường buồng nuôi luôn ở mức 25 ± 1 °C với độ sáng là 3000 lux và với thời gian
chiếu sáng 12 giờ sáng/ tối [10] trong 15 ngày. Thí nghiệm được thực hiện trong
ba lần và giá trị trung bình được ghi nhận.
 Các yếu tố thiết kế
Bảng 3-1 Tính chất lý- hóa của nước thải dệt nhuộm tại cống xả thải, tháng
1-2013

Tham số Đơn vị

Giá trị

Tham

Đơn vị

Giá trị


số
Cường độ

Hấp thụ

màu

ở 660nm

pH

0.114

SO4

mg/l

88.67

8.05

TP

mg/l

1.51

mg/l

0.96


Độ dẫn

mS

10.23

O

TS

mg/l

735

TN

0.105

24


Chuyên đề tốt nghiệp khoa học môi trường

TDS

mg/l

506


NO2

mg/l

0.55

TSS

mg/l

229

NO3

mg/l

1.95

COD

mgO2/l

51.2

Ca

mg/l

140.28


mg/l

10.5

Kim loại nặng
Cu

mg/l

Zn

7.5

mg/l

Mn

8.6

Fe

1
Cr

mg/l

mg/

380.


l

4

6.3
3

1.1.4 Các kết quả:

Hệ thực vật tảo có mặt trong dòng nước thải đã được xác định. Kết quả cho
thấy các loài trong 4 họ đã được xác định trong tháng 1 năm 2013( bảng 3.2).
Tổng tế bào thực vật phù du là 353,552,4 tế bào/ l
Bảng 3-2 Thành phần phân loại và tỷ lệ đại diện của các nhóm vi tảo tại WE vào
Tháng Một, 2013.
Nhóm

Chloroph
yta

Giốn

Lo

Các tế

%

g

ài


bào l -1

7

9

156,763,

44,6

9

5
25