Khả năng xử lý n-nh4 + và p-po4 3- trong nước thải ao nuôi thâm canh cá tra (pangasianodon hypophthalmus) của tảo chlorella sp.

  • Số trang: 70 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 41 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN LÊ THỊ QUYÊN EM Luận văn Đại học Chuyên ngành Khoa học Môi trường KHẢ NĂNG XỬ LÝ N-NH4+ và P-PO43TRONG NƯỚC THẢI AO NUÔI THÂM CANH CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) CỦA TẢO Chlorella sp. Cán bộ hướng dẫn: NGUYỄN XUÂN LỘC Cần Thơ, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN LÊ THỊ QUYÊN EM Luận văn Đại học Chuyên ngành Khoa học Môi trường KHẢ NĂNG XỬ LÝ N-NH4+ và P-PO43TRONG NƯỚC THẢI AO NUÔI THÂM CANH CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) CỦA TẢO Chlorella sp. Cán bộ hướng dẫn: NGUYỄN XUÂN LỘC Cần Thơ, 2014 PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG Luận văn kèm theo dưới đây, với tựa đề là “Khả năng xử lý N-NH4+ và P-PO43- trong nước thải ao nuôi thâm canh cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) của tảo Chlorella sp.”, do Lê Thị Quyên Em thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua. Cán bộ phản biện 1 Cán bộ phản biện 2 Ngô Thụy Diễm Trang Nguyễn Thị Như Ngọc Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Xuân Lộc i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Môi Trường và TNTN, đặc biệt là quý Thầy, Cô thuộc bộ môn Khoa Học môi trường đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp trong suốt thời gian qua. Xin chân thành cám ơn thầy Trần Chấn Bắc và thầy Nguyễn Xuân Lộc đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Như Ngọc và cô Ngô Thụy Diễm Trang đã hết lòng giúp đỡ để tôi và các bạn có thể hoàn thành tốt chương trình đào tạo trong bốn năm đại học, cũng như đã có những ý kiến đóng góp để đề tài nghiên cứu của tôi và các bạn được hoàn chỉnh hơn. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Anh Kha, thầy Trần Sỹ Nam, thầy Dương Trí Dũng, thầy Nguyễn Công Thuận và cô Đỗ Thị Mỹ Phượng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành tốt việc phân tích tại phòng thí nghiệm trong suốt thời gian qua. Và cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn lớp Khoa Học Môi Trường khóa 37 và các bạn Khoa Học Môi Trường khóa 38 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Lê Thị Quyên Em ii TÓM LƯỢC Đề tài “Khả năng xử lý N-NH4+, P-PO43- trong nước thải ao nuôi thâm canh cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) của tảo Chlorella sp.” được thực hiện nhằm khảo sát diễn biến chất lượng nước và sinh khối của tảo Chlorella sp. trong môi trường nước thải ao nuôi cá tra. Đề tài được thực hiện với 3 nghiệm thức (1) nước thải ao nuôi các tra, (2) nước thải ao nuôi cá tra qua lọc kết hợp 10% tảo Chlorella sp. và (3) nước thải không qua lọc với 10% tảo Chlorella sp., mỗi nghiệm thức có 3 lần lặp; thí nghiệm được theo dõi 11 ngày thu mẫu phân tích các chỉ tiêu mật độ, sinh khối, N-NH4+ và P-PO43- mỗi ngày. Kết quả nghiệm thức nước thải cá tra qua lọc kết hợp với 10% tảo Chlorella sp. cho mật độ cao nhất vào ngày thứ 2 với mật độ là 1.804.000 ct/mL, hiệu suất hấp thu N-NH4+ và P-PO43lần lượt là 88,85% và 88,25%; Nguồn nước thải này sau khi được tảo hấp thu thì nồng độ N-NH4+ và P-PO43- đã giảm đáng kể và đạt chuẩn 08:2008/BTNMT. Qua đó cho thấy nước thải ao nuôi thâm canh cá tra là nguồn dinh dưỡng thích hợp để nuôi tảo Chlorella sp.. Từ khóa: Tảo Chlorella sp., đạm, lân hòa tan, xử lý, nước thải, cá tra. iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii TÓM LƯỢC ................................................................................................... iii DANH SÁCH HÌNH ....................................................................................... v DANH SÁCH BẢNG .................................................................................... vi CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................. 1 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ......................................................... 3 2.1 Sơ lược về tảo Chlorella sp. ........................................................................... 3 2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Chlorella sp. trong môi trường nước thải ................................................................................... 7 2.3 Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của tảo Chlorella sp. trong môi trường nước thải.............................................................................................................. 10 2.4 Khả năng sử dụng tảo Chlorella sp............................................................... 10 2.5 Thành phần đạm, lân trong nước thải cá tra thâm canh mà tảo Chlorella sp. có khả năng hấp thu ............................................................................................ 11 2.6 Các công trình nghiên cứu về tảo Chlorella sp. ........................................... 14 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 17 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ................................................................ 17 3.2 Phương tiện và phương pháp nghiên cứu ..................................................... 17 3.3 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................ 24 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 25 4.1 Diễn biến mật độ và sinh khối tảo Chlorella sp. theo thời gian ................... 25 4. 2 Diễn biến về sinh khối của tảo Chlorella sp. theo thời gian ........................ 31 4. 3 Diễn biến nồng độ N-NH4+ của các NT theo thời gian ............................... 33 4. 4 Diễn biến nồng độ P-PO43- của các nghiệm thức theo thời gian ................. 37 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................... 41 5.1 Kết luận ......................................................................................................... 41 5.2 Đề xuất .......................................................................................................... 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1. Hình dạng của tảo Chlorella sp. ............................................................... 3 Hình 2.2. Vòng đời sinh trưởng của tảo Chlorella sp. ............................................. 4 Hình 2.3. Các giai đoạn phát triển của tảo Chlorella sp. ......................................... 6 Hình 3.1: Lưới lọc phiêu sinh (lỗ lọc 5 µm) .......................................................... 18 Hình 3.2: Kích thước mỗi bể nuôi tảo ngoài trời ................................................... 19 Hình 3.3: Vị trí đếm tảo trong buồng đếm ............................................................. 23 Hình 4.1. Diễn biến mật độ tảo ở thí nghiệm 1 theo thời gian ............................... 26 Hình 4.2. Diễn biến mật độ tảo tạp ở NT đối chứng của thí nghiệm 1 theo thời gian ......................................................................................................................... 26 Hình 4.3. Diễn biến tỉ lệ tảo tạp ở nghiệm thức đối chứng của thí nghiệm 1 theo thời gian .................................................................................................................. 27 Hình 4.4. Diễn biến mật độ tảo ở thí nghiệm 2 theo thời gian ............................... 28 Hình 4.5. Diễn biến mật độ tảo ở NT đối chứng của thí nghiệm 2 theo thời gian ............................................................................................................................. ...29 Hình 4.6. Diễn biến tỉ lệ tảo tạp ở nghiệm thức đối chứng của thí nghiệm 2 theo thời gian .................................................................................................................. 30 Hình 4.7. Diễn biến trọng lượng tươi các NT ở thí nghiệm 1 theo thời gian......... 32 Hình 4.8. Diễn biến trọng lượng tươi của các NT ở thí nghiệm 2 theo thời gian .. 33 Hình 4.9. Diễn biến nồng độ N-NH4+ của các NT ở thí nghiệm 1 theo thời gian.. 35 Hình 4.10. Diễn biến nồng độ N-NH4+ các NT ở thí nghiệm 2 theo thời gian ...... 36 Hình 4.11. Diễn biến nồng độ P-PO43- các NT ở thí nghiệm 1 theo thời gian ....... 39 Hình 4.12. Diễn biến nồng độ P-PO43- các NT ở thí nghiệm 2 theo thời gian ....... 40 v DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hóa học của Chlorella sp. ................................................. 5 Bảng 2.2. Bảng ước lượng chất thải phát sinh từ 1 ha cá tra ............................... 13 Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng trong thức ăn viên ViNa 904 ........................ 18 Bảng 3.2: Nghiệm thức bố trí thí nghiệm .......................................................... 20 Bảng 3.3: Chu kỳ chu mẫu Chlorella sp............................................................ 22 vi CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Việt Nam là một trong 5 nước có sản lượng nuôi trồng thủy sản, nhóm 10 nước xuất khẩu thủy sản cao nhất thế giới (Bùi Duy Nhân, 2013). Chỉ trong 12 năm (20012012) diện tích nuôi cá tra trong cả nước tăng gấp 5 lần, sản lượng tăng gấp 36 lần (Bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông Thôn, 2013); riêng đồng bằng sông Cửu Long diện tích nuôi cá tra đạt trên 5.000 ha với sản lượng trên 1 triệu tấn (Bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông Thôn, 2013). Tuy nhiên, nuôi cá tra thâm canh đã và đang làm gia tăng ô nhiễm môi trường đặc biệt là làm ô nhiễm môi trường nước và phú dưỡng hóa do nồng độ đạm, lân vượt quá sức tải của môi trường (Uraiwan, 2007 trích bởi Nguyễn Phan Nhân, 2011). Bình quân để sản xuất được 1 kg cá tra cần 69,9g nitơ, 11,3g photpho; đồng thời thải ra môi trường là 23,2g nitơ, 8,66g photpho (Lê Bảo Ngọc, 2004). Như vậy, sản xuất cá tra ở ĐBSCL thải ra môi trường là 31,602 tấn N, 9,893 tấn P năm 2007 và 50,364 tấn N, 15,766 tấn P năm 2008 (Sena et al., 2010 trích Nguyễn Phan Nhân, 2011). Lượng chất thải này hầu hết được bơm trực tiếp ra sông hay kênh rạch do các hộ nuôi chưa có phương án xử lý làm cho môi trường nước mặt ngày càng xấu đi, không chỉ ảnh hưởng đến cuộc sống của những hộ dân xung quanh mà còn ảnh hưởng đến kinh tế nuôi trồng thủy sản (Trương Quốc Phú, 2007). Vì vậy, việc bảo vệ môi trường trong nuôi trồng thủy sản là một vấn đề vô cùng quan trọng và cấp bách hiện nay cần được tập trung giải quyết để đảm bảo sự phát triển bền vững. Tảo Chlorella sp. là một loài tảo phân bố rộng ở cả môi trường nước ngọt và nước lợ, rất có lợi cho các hệ sinh thái thủy vực đồng thời có giá trị dinh dưỡng lớn, kỹ thuật nuôi đơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm, có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng như đạm và lân rất tốt (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005),…nên việc nuôi tảo bằng nguồn nước có nồng độ đạm, lân cao như nước thải từ ao nuôi thâm canh cá tra đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ mới bước đầu tìm hiểu khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng (chủ yếu là đạm, lân) và khả năng thu sinh khối của tảo Chlorella sp. trong điều kiện phòng thí nghiệm mà chưa được ứng dụng rộng rãi vào thực tế xử lý nước thải làm giảm ô nhiễm môi trường. Theo Trần Chấn Bắc (2013) thì tảo Chlorella sp. phát triển tốt trong nước thải cá tra đạt mật độ và sinh khối cao, với hiệu suất hấp thu N-NO3- giảm 95,27%, P-PO43- giảm 88,70% và N-NH4+ giảm 43,48% khi tiến hành trong phòng thí nghiệm. Do đó để tìm hiểu thêm về khả năng hấp thu chất dinh dưỡng và khả năng cho sinh khối của tảo Chlorella sp. thực nghiệm ngoài trời, nhằm tận dụng khả năng này để xử lý nguồn nước thải từ ao nuôi thâm canh cá tra bằng biện pháp sinh học mang tính thân thiện với môi trường nên đề tài “Khả năng xử lý N-NH4+ 1 và P-PO43- trong nước thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) thâm canh của tảo Chlorella sp.” được thực hiện. Với mục tiêu: Mục tiêu tổng quát: Ứng dụng biện pháp xử lý sinh học nhằm làm giảm ô nhiễm nguồn nước mang tính thân thiện với môi trường. Mục tiêu cụ thể: Tìm hiểu hiệu suất hấp thu N-NH4+ và P-PO43- của tảo Chlorella sp. trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh trong điều kiện nuôi ngoài trời và khả năng cho sinh khối của tảo để làm nguồn thức ăn cho ấu trùng tôm cá. Nội dung thực hiện: Theo dõi diễn biến về mật độ, sinh khối và diễn biến của nồng độ N-NH4+ và P-PO43- trong từng nghiệm thức nuôi tảo trong nước thải cá tra của tảo tự nhiên và tảo Chlorella sp. thực nghiệm ngoài trời. 2 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về tảo Chlorella sp. Chlorella sp. là một trong những loài được phân lập đầu tiên từ năm 1980. Chlorella sp. phân bố tự nhiên trong cả nước ngọt và nước lợ. Chúng có thể phát triển trong những điều kiện môi trường khác nhau ngay cả trên đất hay môi trường ẩm ướt. Chlorella sp. là giống tảo có giá trị dinh dưỡng cao thường được sử dụng làm thực phẩm cho con người và trong nghề nuôi thủy sản lẫn trong chăn nuôi (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005). 2.1.1 Đặc điểm phân loại Theo Bold và Wyne (1978, trích bởi Sharma, 1998) thì tảo Chlorella sp. được phân loại như sau: Ngành: Chlorophyta Lớp: Chlorophyceae Bộ: Chlorococales Họ: Chlorellaceae Giống: Chlorella sp. 2.1.2 Hình thái cấu tạo Chlorella sp. là giống tảo lục đơn bào không có tiêm mao, không có không bào co rút, nhưng có nhân nằm ở giữa, không có khả năng di chuyển chủ động. Tế bào có dạng hình oval. Kích cở tế bào từ 3  5 µm, hay 2  4 µm tùy loài, tùy điều kiện môi trường và điều kiện phát triển. Tế bào được bao phủ bởi vách tế bào bằng cellulose dày, tế bào lục lạp có dạng hình chén và có một hạt tạo tinh bột (một vài loài không có khả năng tạo tinh bột) nên chịu được những tác động cơ học nhẹ. Sự thay đổi của các điều kiện môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, thành phần các chất hóa học trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến hình thái và chất lượng tế bào tảo (Trần Văn Vỹ, 1995). Hình 2.1. Hình dạng của tảo Chlorella sp. 3 2.1.3 Sinh sản Chlorella sp. chỉ có hình thức sinh sản vô tính với sự xuất hiện của tự bào tử. Những tế bào này không có roi, có hình dạng giống như tế bào mẹ (bào tử giống tế bào mẹ), không thấy xuất hiện bào tử vô tính di động hoặc giao tử hữu tính trong quá trình sinh sản của loài tảo này (Sharma, 1998). Tùy theo điều kiện nuôi trồng mà số lượng tự bào tử có thể là 2, 4, 8, 16, 32 (thậm chí có trường hợp tạo ra 64 tự bào tử). Sau khi kết thúc sự phân chia, tự bào tử tách ra khỏi tế bào bằng cách hủy hoại màng tế bào mẹ, phóng thích ra môi trường ngoài. Các tế bào trẻ này lớn lên cho đến giai đoạn chín sinh dục, rồi toàn bộ chu trình lặp lại từ đầu. Đối với tảo Chlorella sp. muốn tăng sinh khối lên gấp đôi (tính khi cơ thể lớn nhanh nhất) cần từ 2  6 giờ. Điều đáng chú ý là trong những thời gian nhất định của tế bào, tảo cần ở ngoài ánh sáng hoặc trong tối. Ví dụ pha sinh trưởng tảo rất cần ánh sáng, còn hiện tượng phóng tự bào tử ra môi trường thường tiến hành trong tối (Trần Văn Vỹ, 1995). Theo Tamiya (1963) (trích bởi Sharma, 1998) trong khi nghiên cứu vòng đời của tảo Chlorella sp. chia thành 4 giai đoạn:  Giai đoạn tăng trưởng: ở giai đoạn này các tự bào tử sẽ tăng nhanh về kích thước nhờ sản phẩm sinh tổng hợp.  Giai đoạn bắt đầu chín: tế bào mẹ bắt đầu quá trình phân chia.  Giai đoạn chín mùi: tế bào nhân lên trong điều kiện có ánh sáng hoặc trong bóng tối.  Giai đoạn phân cắt: tế bào mẹ bị phá vỡ ra, các tự bào tử được phóng thích ra ngoài. Hình 2.2. Vòng đời sinh trưởng của tảo Chlorella sp. (Trần Sương Ngọc, 2003) 4 2.1.4 Đặc điểm dinh dưỡng Chlorella sp. có nồng độ dinh dưỡng cao: chứa 20  30% glucid với rất ít lượng gian bào không tiêu hóa được. Lượng Lipid của tảo thay đổi từ 10  20% với đa số các acid béo không no. Chlorella sp. chứa hầu hết các vitamin: A, B1, B2, B6, B12, C, D, K…đặc biệt rất giàu vitamin C, chứa 0,3 – 0,6 μg/g tảo tươi. Nồng độ đạm khoảng 50% và chứa hầu hết các acid amin thiết yếu như Lysine, Methionine, Tryptophan,…(Trần Văn Vỹ, 1995). Ngoài nồng độ cao các vitamin, amino acid, peptit, protein, đường và acid nucleic thì Chlorella pyrenoidosa có chứa một chất tan trong nước được gọi là yếu tố sinh trưởng Chlorella (CFG). CFG chiếm khoảng 5% trọng lượng khô của Chlorella pyrenoidosa, là một hợp chất gồm các amino acid, protein và acid nucleic mà người ta cho rằng nó có nguồn gốc từ nhân của tảo. Theo Đặng Đình Kim (1999) thì thành phần hóa học của tảo phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nitơ trong môi trường, khi thiếu đạm nồng độ protein giảm xuống rõ rệt trong khi lượng carbohydrate và acid béo tăng lên. Bảng 2.1. Thành phần hóa học của Chlorella sp. Số Thành phần Nồng độ Đơn vị tính TT 1 Protein 40 – 60 % 2 Glucid 25 – 35 % 3 Lipid 10 – 15 % 4 Sterol 0,1 - 0,2 % 5 Sterin 0,1 - 0,5 % 6 β-carotene 0,16 % 7 Chlorophyll_a 2,2 % 8 Chlorophyll_b 0,58 % 9 Acid nucleic 6 % 10 Tro 10 – 34 % 11 Xanthophyll 3,6 - 6,6 % 12 Vitamin B1 18 mg/ gr 13 Vitamin C 0,3 - 0,6 mg/ gr 14 Vitamin K 6 mg/ gr 15 Vitamin B2 3,5 mg/ 100gr 16 Vitamin B12 7–9 mg/ 100gr 17 Niacin 25 mg/ 100gr 18 Acid nicotinic 145 mg/ 100gr 19 Vitamin B6 2,3 mg/ 100 gr (Nguồn: Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005) 5 2.1.5 Sự phát triển của quần thể Mật độ tảo Theo Park (1991) và Sharma (1998) thì Chlorella sp. là loài tảo phát triển nhanh dưới điều kiện môi trường biến động. Trong điều kiện nuôi với chất dinh dưỡng thích hợp, sự phát triển của quần thể trải qua 5 giai đoạn (Coutteau, 1996) :  Giai đoạn đầu: Là giai đoạn bắt đầu nuôi cấy. Ở giai đoạn này các tế bào tảo lớn lên về kích thước nhưng không có sự phân chia nên mật độ tế bào không tăng lên hoặc tăng rất ít. Giai đoạn này nhanh hay chậm tùy thuộc vào nguồn tảo giống và thành phần môi trường, pha này sẽ không xảy ra nếu tảo giống sử dụng để nuôi cấy đang ở pha tăng trưởng nhanh.  Giai đoạn tăng trưởng nhanh: Đây là giai đoạn tế bào phân chia nhanh chóng. Ở giai đoạn này mật độ tảo sẽ phát triển theo phương trình sau: C1 = C0.emt Trong đó :  C1, C0 là mật độ tảo tại thời điểm t và 0.  m: tốc độ phát triển đặc trưng (tốc độ này phụ thuộc vào loài tảo, cường độ ánh sáng và nhiệt độ).  Giai đoạn tăng trưởng chậm: Ở giai đoạn này tốc độ của tảo giảm dần khi các điều kiện về dinh dưỡng, ánh sáng, pH, CO2,…trở thành những yếu tố giới hạn. Giai đoạn này sẽ xảy ra nhanh chóng với sự cân bằng bằng của tốc độ phát triển và những yếu tố hạn chế, lúc này sự phát triển của tảo sẽ bước vào giai đoạn cân bằng.  Giai đoạn cố định (cân bằng): Là giai đoạn mật độ tảo không đổi.  Giai đoạn suy tàn: Khi chất lượng nước trở nên xấu đi, các chất dinh dưỡng giảm không đủ để tảo phát triển. Mật độ tảo giảm nhanh chóng và suy tàn. Thời gian nuôi (Coutteau, 1996) Hình 2.3. Các giai đoạn phát triển của tảo Chlorella sp. 6 2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo Chlorella sp. trong môi trường nước thải 2.2.1 Ánh sáng Cũng như các loài thực vật khác, tảo tổng hợp carbon vô cơ thành vật chất hữu cơ nhờ vào quá trình quang hợp trong đó ánh sáng đóng vai trò quan trọng như một nguồn năng lượng cho quá trình quang hợp. Theo Graham và Wilcox (2000, trích Nguyễn Hân Nhi, 2012) tảo có đặc điểm hiệu ứng lại với sự tăng lên của cường độ ánh sáng. Khi cường độ ánh sáng ở mức thấp thì tỉ lệ quang hợp sẽ cân bằng với tỉ lệ hô hấp, đây gọi là điểm đền bù, khi cường độ ánh sáng lớn hơn điểm đền bù, thì quang hợp sẽ cao hơn so với hô hấp. Nếu tảo ở trong điều kiện ánh sáng thấp nhiều giờ chúng sẽ thích nghi bằng cách tăng nồng độ chlorophyll trong cơ thể. Khi ánh sáng nằm trong mức giới hạn thì quá trình quang hợp sẽ tăng lên với sự tăng lên của cường độ ánh sáng. Khi ánh sáng tiếp tục tăng lên tốc độ quang hợp giảm và tốc độ quang hợp sẽ ngược với ánh sáng khi vượt qua giới hạn giá trị cao nhất mỗi loài tảo khác nhau sẽ thích hợp với mức ánh sáng khác nhau. Tảo sẽ giảm lượng chlorophyll trong tế bào khi cường độ ánh sáng vượt qua giới hạn thích ứng, khi tảo ở trong điều kiện ánh sáng cao kéo dài sẽ dẫn đến sự tổn hại quá trình quang tổng hợp trong tế bào. Cường độ ánh sáng tối ưu cho sự phát triển của tảo phụ thuộc vào thể tích nuôi, độ sâu cột nước và mật độ tế bào tảo. Chlorella sp. đòi hỏi cường độ ánh sáng mạnh cho sự phát triển (Sung, 1991). Theo Oh-Hama and Miyachi (1986) quá trình quang tổng hợp của tảo Chlorella sp. bảo hòa ở cường độ ánh sáng dao động từ 4000 đến 30.000 lux tùy loài. 2.2.2 Nhiệt độ Mỗi loài tảo có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nhưng nhìn chung nhiệt độ tối ưu để nuôi tảo dao động trong khoảng 23  30oC tùy theo loài (Trương Sĩ Kỳ, 2004). Tuy nhiên, nhiệt độ thích hợp cho tảo Chlorella sp. thích hợp là 25  35oC nhưng tảo có thể chịu đựng nhiệt độ 37°C (Liao et al., 1983). Nhiệt độ dưới 10°C hoặc trên 37°C đều ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. Theo Semenenko (1969) (trích bởi Oh-Hama and Miyachi, 1986) khi quan sát tảo Chlorella sp. cho rằng khi di chuyển từ nhiệt độ 37°C đến 43°C thì tốc độ gia tăng tế bào giảm nhanh chóng khi hoạt động quang tổng hợp vẫn tiếp tục trong một khoảng thời gian nhất định. Đồng thời thành phần sinh hóa của tảo cũng thay đổi rất lớn sinh tổng hợp carbohydrate tăng nhanh làm cho nồng độ của chúng đạt đến 45% trọng lượng khô và nồng độ protein giảm từ 43% còn 18% trong thời gian 14 giờ. Theo Trần Thị Thủy (2008) nhiệt độ tối ưu cho tảo Chlorella sp. phát triển là 34°C. 7 2.2.3 pH Giới hạn pH cho sự phát triển của các loài tảo này từ 7  9, nhưng thích hợp trong khoảng từ 8,2  8,7. Nếu pH thay đổi lớn có thể làm cho tảo bị tàn lụi (Nguyễn Thanh Phương, 2003). Trong trường hợp nuôi tảo có mật độ cao thì bổ sung CO2 nhằm ổn định pH dưới mức 9 trong suốt quá trình phát triển của tảo là cần thiết, pH thích hợp cho tảo Chlorella sp. phát triển tốt nhất từ 8  9 (Trần Thị Thủy, 2008). Khi amonium hoặc nitrat được sử dụng như nguồn cung cấp nitơ cho tảo sẽ dẫn đến sự biến đổi pH của môi trường. Sự hấp thụ ion NO3- sẽ dấn đến tăng pH của môi trường ngược lại sự hấp thụ N-NH4+ sẽ làm giảm pH (Oh-Hama and Myjachi, 1986). Việc sử dụng ure ít làm thay đổi pH của môi trường ngay cả trong điều kiện tự dưỡng và dị dưỡng. 2.2.4 Sục khí Trong nuôi cấy tảo, việc cung cấp khí có vai trò quan trọng trước mắt là sự đảo trộn để tránh trường hợp để tảo bị lắng xuống đáy. Đảm bảo cho tế bào tảo đều hấp thụ ánh sáng và dinh dưỡng đầy đủ. Mặt khác CO2 trong khí quyển chiếm khoảng 0,03% cần thiết cho quá trình quang hợp cũng như ổn định pH (trong trường hợp nuôi tăng sản lượng với mật độ cao cần bổ sung CO2). Hơn nữa, sục khí cung cấp O2 cho quá trình hô hấp của tảo, nó cũng giúp hạn chế sự phân tầng nhiệt độ, sự kết tủa của kim loại nặng cũng như sự lắng đáy và dẫn đến tình trạng thối rữa các hợp chất hữu cơ. Thí nghiệm về sục khí trong bể nuôi Chlorella của Persoone (1980, trích Nguyễn Huỳnh Phương, 2013), nhận xét giữa các chế độ sục khí liên tục, bán liên tục và không sục khí đã nhận thấy năng suất tảo của bể sục khí cao hơn 30% so với bể không sục khí. 2.2.5 Dinh dưỡng Trong quá trình quang hợp, thực vật cần nhiều chất dinh dưỡng để tổng hợp chất hữu cơ và sinh trưởng, trong số các nguyên tố cần thiết cho thực vật thì có vài nguyên tố có thể đáp ứng đủ nhu cầu (O2 và H2), các nguyên tố còn lại đều có nồng độ rất thấp so với nhu cầu của thực vật. Do đó, thực vật thường hấp thu và dự trữ các nguyên tố C và O2 để phục vụ cho quá trình sinh trưởng cũng như tổng hợp chất hữu cơ. Bên cạnh carbon, nitơ và phosphor là hai nguồn dinh dưỡng quan trọng và cần thiết cho quá trình phát triển của tảo và tỉ lệ N/P thường được đề nghị là 6:1 (Valeo, 1981). Ngoài ra, còn có một số khoáng vi lượng và đa lượng cũng rất cần cho sự phát triển của tảo Chlorella sp. nhưng với nồng độ thấp. 8  Đạm: Nitrogen được tảo sử dụng ở dạng amino acid, acid nucleic, chlorophyll và các hợp chất có chứa nitơ khác, nitơ chiếm 1  10% trọng lượng khô của tế bào tảo (Đặng Đình Kim, 1999). Hầu hết cá loài tảo đều sử dụng N-NH4+ và N-NO3- ở màng tế bào (Trần Sương Ngọc, 2003). Đối với Chlorella sp. các dạng đạm thường được hấp thu là amonium, nitrat và urea. Trong đó amonium cho kết quả tốt nhất (Iriarte, 1991, trích bởi Nguyễn Huỳnh Phương, 2013). Trường hợp môi trường có amonium, nitrat và urea thì Chlorella sp. sẽ sử dụng amonium trước tiên còn nitrat và urea sẽ được chuyển hóa thành amonium trước khi kết hợp vào thành phần hữu cơ. Đối với tảo Chlorella, nitrate đóng vai trò rất quan trọng, nếu thiếu nitrate thì chúng sẽ không sinh trưởng và phát triển được. Việc bổ sung amonium vào tế bào tảo khi đang hấp thu nitrat thì lập tức hạn chế hoàn toàn quá trình này. Sự hấp thu amonium là nguyên nhân hạn chế việc hấp thu nitrat. Amonium không ảnh hưởng đến sự tổng hợp tiền thể của enzyme nitrat nhưng amonium và các sản phẩm chuyển hóa của nó dường như ngăn cản kết nối tiền thể protein vào trong enzyme hoạt hóa bằng cách hạn chế quá trình tổng hợp protein cần thiết cho sự kết nối này (Oh-Hama và Myjachi, 1986). Chlorella sp. có thể sử dụng nguồn urea khi nó có thể là nguồn cung cấp đạm duy nhất (Roon, 1968 trích bởi Oh-Hama, 1998) khi chuyển N-NO3- thành N-NH4+ đòi hỏi nguồn năng lượng và enzyme khử nitrat (Ojeda, 1986 trích bởi Trần Sương Ngọc, 2003), về sự phát triển và thành phần hóa học của 3 loại tảo sử dụng 4 nguồn nitơ khác nhau. Tuy nhiên, nguồn Nitrogen cung cấp không ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo mà ảnh hưởng đến thành phần sinh hóa của tế bào tảo.  Lân: Lân là một trong những nguyên tố chính trong thành phần của tảo. Lân có vai trò chính trong đa số các quá trình xảy ra trong tế bào tảo đặc biệt là quá trình chuyển hóa năng lượng và tổng hợp acid nucleic. Giống như đạm, lân cũng là yếu tố giới hạn sinh trưởng của tảo. Trong ao nuôi, sự phân hủy thức ăn thừa và phân sẽ bổ sung liên tục phosphorus vào trong nước (Boyd, 1998). Tảo sử dụng chủ yếu là phospho vô cơ, phospho hữu cơ thường được thủy phân bởi các enzyme ngoại bào như phosphoesterase, phosphatase để chuyển sang dạng phospho vô cơ dễ tiêu. Việc hấp thu lân ở tảo được kích thích bởi ánh sáng. Lân thường tồn tại ở hai dạng phosphat hữu cơ (DOP) hoặc phospho vô cơ hòa tan (DIP). Hầu hết phospho hòa tan là DIP. DIP thường ở dạng orthophosphat (P-PO43-) một ít monophosphat (HPO42-) và dihydrogen phosphat (H2PO4-). Tảo chỉ có thể sử dụng phosphat hữu cơ hòa tan. Khi môi trường thiếu phosphat hữu cơ 9 hòa tan, tảo có thể tiết ra enzyme alkaline phosphatase, đây là một enzyme ngoại bào có khả năng giải phóng phosphat trong phạm vi chất hữu cơ. Hơn nữa, khi nồng độ phosphat hữu cơ hòa tan biến động trong khoảng thời gian ngắn thì tảo có thể hấp thu và dư trữ phosphat dưới dạng polyphosphat trong tế bào. Trong thời gian biến động, một tế bào tảo có thể dự trữ phosphat đủ cho sự phân chia 20 tế bào (Graham và Wilcox, 2000, trích bởi Nguyễn Hân Nhi, 2012). Trong ao nuôi, sự phân hủy thức ăn thừa và phân sẽ bổ sung liên tục phosphor vào trong nước (Boyd, 1998). 2.3 Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của tảo Chlorella sp. trong môi trường nước thải Tảo Chlorella sp. có khả năng loại bỏ dinh dưỡng ra khỏi nước thải tương đối cao (Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 1995). Để kiểm tra sự chuyển hóa đạm (TN) và phospho (TP) ra khỏi môi trường nước thải bằng tảo Chlorella sp. thì một số thí nghiệm đã được tiến hành như thí nghiệm của Gozalez (1997, trích bởi Trần Sương Ngọc, 2003). Theo kết quả nghiên cứu của Gozalez (1997) thì Chlorella vulgaris và Scenedesmus dimorphus hấp thu 95% N-NH4+ và 50% TP trong nước thải. Theo Nguyễn Hân Nhi (2012) thì trong phòng thí nghiệm tảo Chlorella sp. đã hấp thu một lượng dinh dưỡng từ nước thải ao nuôi cá tra (tỷ lệ 100% nước thải) với nồng độ N-NO3- giảm từ 5,119 mg/L xuống 0,260 mg/L (đạt hiệu suất 94,92%), P-PO43- giảm từ 0.875 mg/L xuống 0,111 mg/L (đạt hiệu suất 87,31%), N-NH4+ giảm từ 0,712 mg/L xuống 0,443 mg/L (đạt hiệu suất 37,78%). Tảo Chlorella sp. hấp thu dinh dưỡng khá tốt làm giảm đi nồng độ đạm, lân hòa tan có trong nước thải cá tra với hiệu suất hấp thu như sau NO3- từ 4,75 mg/L xuống còn 0,37 mg/L hiệu suất 92,2%; N-NH4+ từ 0,180 mg/L xuống còn 0,009 mg/L hiệu suất 95,0%; P-PO43- từ 1,195 mg/L xuống còn 0,082 mg/L hiệu suất 93,1% và nồng độ TN và TP cao nhất được loại bỏ khỏi môi trường nước lần lượt là 88% và 68% ở nghiệm thức nuôi tự nhiên (Nguyễn Huỳnh Phương, 2013). Theo Lê Hữu Nhân (2009) thì sau 9 ngày nuôi tảo Chlorella sp. bằng nước thải từ quá trình chăn nuôi lợn sau xử lý bằng UASB thì nồng độ Nitơ tổng số giảm từ 87,4%  90,18%, nồng độ phosphor tổng giảm từ 47,7%  56,15%. Từ các kết quả trên cho thấy có thể dùng tảo Chlorella sp. để xử lý nước thải có thành phần đạm, lân cao như nước thải từ ao nuôi cá tra thâm canh. 2.4 Khả năng sử dụng tảo Chlorella sp. Do sự giống nhau về sắc tố quang hợp và sản phẩm dự trữ giữa Chlorella sp. và thực vật bậc cao cũng như sự phát triển nhanh chóng dưới điều kiện môi trường khác nhau nên Chlorella sp. thường được sử dụng rộng rãi trong những 10 nghiên cứu về quá trình quang hợp, hô hấp và nhiều thí nghiệm về quá trình sinh lý khác (Sharma, 1998 trích bởi Trần Sương Ngọc, 2003). Ngoài ra thì nuôi tảo Chlorella sp. còn để phục vụ cho chất đốt sinh học nói chung và sự khai thác dầu nói riêng không phải là một viễn cảnh. Ngoài ra tảo Chlorella sp. cũng có vai trò trong việc xử lý nước thải, tảo sẽ loại bỏ nitơ và phosphor ra khỏi môi trường nước (Benerman, 2009). Chlorella sp. với giá trị dinh dưỡng cao có thể sử dụng như một nguồn protein thay thế cho nguồn protein thông thường trong thức ăn cho động vật nuôi. Do nồng độ dinh dưỡng cao nên Chlorella sp. thường được sử dụng như nguồn thực phẩm cho con người ở một vài quốc gia như Mỹ, Nhật, Đức,…cũng như là nguồn thực phẩm cho các nhà du hành vũ trụ. Trong chăn nuôi thủy sản: Chlorella sp. là thức ăn lý tưởng cho luân trùng, có khả năng tăng sinh khối cho luân trùng nhanh trong điều kiện ương nuôi cũng như đảm bảo dinh dưỡng trong luân trùng đầy đủ cho các ấu trùng cá, cua,…Theo Đỗ Đoàn Hiệp và ctv. (2007), tảo là cơ sở thức ăn chủ yếu của sinh vật thủy sinh trong mọi thủy vực. Giống như cỏ trên mặt đất, tảo dưới nước làm màu nước có màu xanh lục đặc trưng (màu của diệp lục). Chúng là mắc xích đầu tiên, vô cùng quan trọng trong môi trường nước. 2.5 Thành phần đạm, lân trong nước thải cá tra thâm canh mà tảo Chlorella sp. có khả năng hấp thu Trong ao nuôi thủy sản có nhiều yếu tố góp phần quyết định đến chất lượng môi trường nước ao từ đó ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật và đối tượng nuôi trong ao mà mỗi đối tượng nuôi đòi hỏi một môi trường có điều kiện khác nhau. Theo Huỳnh Trường Giang và ctv. (2007) thì môi trường nước của ao nuôi cá tra thâm canh chứa một lượng dinh dưỡng đạm, lân và vật chất hữu cơ cao. Các muối dinh dưỡng như NO3-, P-PO43- đạt giá trị cao từ tháng nuôi thứ tư cho đến tháng thu hoạch; môi trường nước trong ao nuôi có đạm amonia (TAN), NO 2-, PPO43-, BOD, COD, H2S cao hơn nồng độ cho phép (Nguyễn Phan Nhân, 2011). Bình quân để sản xuất 1 kg cá tra sẽ thải ra môi trường 23,2g nitơ và 8,6g phosphor, vì khi cho cá ăn cá chỉ hấp thu được khoảng 17% năng lượng trong thức ăn, phần còn lại 83% sẽ thải ra và hòa lẫn trong môi trường nước trở thành chất hữu cơ phân hủy (Lê Bảo Ngọc, 2004). Dinh dưỡng nitơ, phospho tích luỹ trong cá lần lượt là 65,45% và 16,8% và thải ra môi trường là 34,6% N và 83,2% P. Hầu hết lượng thức ăn thừa lắng đọng ở đáy ao cao làm cho TN cao, nồng độ N-NO3- nằm trong khoảng 5,14 – 6,54 mg/L và cao nhất ở thời điểm thu hoạch là 19,5 mg/L, nồng độ P-PO43- dao động trong khoảng 0,42 – 0,52 mg/L (Lê Bảo Ngọc, 2004). 11 Theo Bùi Duy Nhân (2013) thì N-NH4+ là dạng N vô vơ chủ yếu trong nước ao cá tra thâm canh, là dạng đạm rất cần thiết cho sự phát triển của thực vật, nó thúc đẩy sự phát triển của tảo trong các ao nuôi và dao động trong khoảng 0,02  8,2 mg/L, nồng độ này tăng theo thời gian nuôi và cao nhất vào giai đoạn 3  4,5 tháng tuổi sau khi nuôi cùng với nồng độ thức ăn cung cấp và chất thải của cá. Khi cần thiết động vật đồng hóa N trong thức ăn thì một phần chuyển hóa thành NH3 và được bài tiết vào trong nước thải (Lê Văn Cát và ctv., 2006). Nồng độ N-NH4+ trong nước ao nuôi cá tra thường thấp hơn 1,5 mg/L trong khi ao nuôi tôm thì nồng độ N-NH4+ chỉ dao động ở khoảng 0,2  2,0 mg/L, nếu nồng độ N-NH4+ trong ao nuôi lớn hơn 2,0 mg/L ao sẽ giàu dinh dưỡng và tảo trong ao sẽ phát triển mạnh (Dương Nhựt Long, 2006). Kết quả khảo sát chất lượng nước ao nuôi cá tra tại vùng nuôi thâm canh ở Cồn Khương  Cần Thơ cho thấy nồng độ N-NH4+ cao nhất là 8,23 mg/L, P-PO43- là 7,97 mg/L, cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép đối với nước mặt, ngoài ra nồng độ đạm, lân hữu cơ trong nước khá cao với đạm hữu cơ cao nhất là 2,7 mg/L và lân hữu cơ cao nhất là 2,5 mg/L (Châu Thị Nhiên, 2011). Mức độ ô nhiễm nguồn nước đặc biệt với chất ô nhiễm là N là khá lớn vì có tới 80  82% nồng độ N tổng hòa tan trong đó có 88  91% hòa tan dưới dạng N-NH4+ (Lê Phước Thịnh, 2011), nồng độ N vô cơ hòa tan ở dạng N-NO3- là rất thấp. Trung bình lượng nước cần thay cho các ao nuôi vào khoảng 15% thể tích nước ao/ngày vì thông thường nồng độ N tổng số và các tháng cuối vụ rất cao khoảng 14 mg/L, nồng độ này thải ra môi trường khoảng 21 kg/ngày tương đương 2250 kg/vụ nuôi với hàm lượng đạm này có thể cung cấp đầy đủ cho 15 ha lúa sinh trưởng và phát triển tốt (Lê Phước Thịnh, 2011). Theo Huỳnh Trường Giang (2008) cho rằng nước nuôi cá tra thâm canh ở An Giang vào mùa khô có nồng độ P-PO43- dao động trong khoảng 0,004 – 1,97 mg/L và mùa mưa nồng độ P-PO43- dao động trong khoảng 0,003 – 2,28 mg/L thể hiện chất lượng nước trong ao nuôi có nồng độ dinh dưỡng khá phong phú, là điều kiện để tảo phát triển tốt. Nồng độ TKN của nguồn thải từ ao nuôi cá tra thâm canh tăng theo thời gian nuôi dao động từ 2,98 – 16,63 mg/L trong 6 tháng nuôi và đạt trung bình từ 9,85 ± 1,07 mg/L. Nồng độ TP nguồn thải của ao nuôi gia tăng theo thời gian nuôi, thấp ở đầu vụ và cao ở cuối vụ nuôi, dao động từ 0,19 – 6,03 mg/L và đạt giá trị trung bình khoảng 2,9 ± 0,44 mg/L (Nguyễn Phan Nhân, 2011). 12
- Xem thêm -