Sự khác biệt về màu của nước thải trước và sau xử lý

Ngày nay, các vấn đề ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm của xã hội. Sự gia tăng dân số và đô thị hóa có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường nước, đất và không khí (Nguyen, 2009). Trong nước thải sinh hoạt có chứa nhiều phosphorus và nitrogen dưới dạng phosphate, nitrite và nitrate. Các hợp chất này nếu không được xử lý khi chảy vào sông ngòi, kênh rạch có thể làm cho tảo nở hoa từ đó gây thiếu oxy trong nước. Tảo nở hoa có thể gây chết các động vật thủy sinh, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, sản sinh nhiều chất độc trong nước như NH₄+, H₂S, CO₂, CH₄ (Le, 2015).

Nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật đã và đang được tập trung nghiên cứu do chúng có khả năng hấp thu phần lớn các hợp chất hữu cơ và một số hợp chất vô cơ trong nước thải cho sự sinh trưởng và phát triển. Đặc biệt, công nghệ xử lý hiếu khí nước thải sử dụng bùn hoạt tính cũng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi (Tyagi et al., 2012). Theo nghiên cứu của Tran et al. (2020), nhóm vi khuẩn trong bùn hoạt tính có hiệu quả xử lý NH₄+ trên 89,5%. Khi chủng vi khuẩn nitrate hóa vào mô hình bể bùn hoạt tính (IFAS) thì hiệu quả xử lý nước thải cao hơn đối chứng không chủng vi khuẩn (Pham et al., 2021). Ngoài vi khuẩn, vi tảo cũng có khả năng hấp thu nitrate và phosphate cho sự tăng trưởng. Tran et al. (2015) đã sử dụng nước thải ao cá tra để nuôi sinh khối tảo lục Chlorella. Kết quả cho thấy sinh khối vi tảo tăng, đồng thời, lượng nitrate và phosphate giảm. Lodi et al. (2003) đã sử dụng vi tảo Spirulina platensis để xử lý nitrate và phosphate trong nước thải. Spirulina platensis có khả năng hấp thu trên 56,75% tổng phosphorus và trên 92% ammonium trong nước thải sinh hoạt (Le et al., 2023). Theo nghiên cứu của Nguyen et al. (2022), Spirulina platensis có khả năng hấp thu ammonium, tổng nitrogen, phosphorus, tổng phosphorus và COD trong nước thải sinh hoạt cao, đạt lần lượt là 96,37; 49,71; 67,05; 65,88 và 95,53%. Sinh khối Spirulina platensis thu được có hàm lượng carbohydrate và protein cao có thể dùng làm phân bón hoặc năng lượng sinh học thân thiện với môi trường (Rempel et al., 2023).  

Theo nghiên cứu trước đây của nhóm, hàm lượng nitrate trong nước thải sau khi được xử lý bằng bùn hoạt tính cao hơn so với trước khi xử lý (Pham et al., 2021). Chính vì vậy, nghiên cứu này được tiếp tục thực hiện với mục tiêu sử dụng nước thải sau xử lý bằng bùn hoạt tính để nuôi cấy vi tảo Spirulina platensis nhằm loại bỏ nitrate khỏi nước thải.

Với nước thải trước xử lý có COD trung bình là 437,33 mg/L, BOD5 279,13 mg/L, SS 84,29 mg/L, và NH₄+ 31,87 mg/L thì hiệu suất xử lý của mô hình đạt lần lượt là 93,17%, 89,53%, 88,96% và 97,61%. Nước thải sau khi được xử lý có nồng độ NO₃- cao (100,57 mg/L) nên được tiếp tục tận dụng để nuôi vi tảo xoắn Spirulina platensis.  

Mô hình bùn hoạt tính kết hợp giá bám hoạt động theo mẻ có thể được ứng dụng như một công đoạn xử lý sinh học nước thải sinh hoạt. Với nước thải trước xử lý có nồng độ COD là 437,33 ± 17,78 mg/L, BOD5 là 279,13 ± 18,24 mg/L và NH4+ là 31,87 ± 2,53 mg/L thì hiệu suất xử lý của mô hình đạt lần lượt 93,17%, 89,53% và 97,61%, đạt loại A xả thải theo QCVN 14:2008/BTNMT. Nước thải sau khi được xử lý vẫn còn hàm lượng NO_3- cao được thử nghiệm để nuôi vi tảo Spirulina platensis. Kết quả nghiên cứu cho thấy vi tảo hấp thu nitrate và gia tăng sinh khối. Với mật độ vi tảo chủng ban đầu là 20×10³ và 40×10³ ct/mL, hiệu suất hấp thu nitrate của Spirulina platensis khi được nuôi cấy 3 ngày trong môi trường nước thải đạt 100% ứng với sinh khối vi tảo thu được lần lượt là 30,44×10³ và 48,07×10³ ct/mL. Tuy nhiên, để tiết kiệm nguồn vi tảo giống chủng vào ban đầu nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất hấp thu nitrate và thu sinh khối vi tảo thì cần chủng Spirulina platensis vào nước thải cần xử lý với mật độ 20×10³ ct/mL.