Ảnh hưởng của tỉ lệ N:P hỗn hợp nước thải đến tốc độ sinh trưởng tảo xoắn Spirulina và hiệu quả loại bỏ N, P sau nuôi tảo

ha loãng (tỉ lệ pha 10 ml/L, mẫu M1, 
M2) và hỗn hợp nước thải bã rượu (loãng) trộn với 
nước thải chăn nuôi (sau biogas), theo các tỉ lệ thể 
tích 1:1, 2:1 , 4:1 (mẫu M3-M8). Các dịch nuôi này 
được bổ sung NaHCO3 theo hai mức là 3 g/L và 5 
g/L. Các mẫu nước thải riêng biệt và hỗn hợp được 
phân tích nồng độ NH4
+, NO3
- và PO4
3- trước khi nuôi 
tảo. Các thí nghiệm được tiến hành trong các chai 
nhựa trong 1,5 lít, với dung tích làm việc 1 lít, sục khí 
liên tục, ở nhiệt độ 27oC và chiếu sáng 24/24 giờ 
bằng đèn huỳnh quang, cường độ chiếu sáng 2000 
lux. Tất cả các thí nghiệm đều được tiến hành lặp 
3mẫu/nghiệm thức. 
2.4. Phương pháp phân tích, đo đạc 
Theo dõi tốc độ sinh trưởng của Spirulina sp. 
HH thông qua đo mật độ quang hàng ngày, bằng máy 
spectrophotometer UV/VIS Lambda EZ210 
(PerkinElmer, USA), bước sóng 680nm. Bên cạnh đó, 
sinh khối tảo ngày đầu (md0) và ngày 10 (md10) được 
lọc, sấy khô ở 90 oC và cân để xác định năng suất 
sinh khối theo công thức: P(g.L-1.ngày-1)=(md10- 
md0)/10. NH4
+ được xác định bằng phương pháp 
TCVN 6179-1:1996(E) – Chất lượng nước – Xác 
định amoni - Phương pháp trắc phổ thao tác bằng tay; 
NO3
-: TCVN 6180:1996 Chất lượng nước - Xác định 
nitrat - Phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic 
và PO4
3-: TCVN 6202:2008-Phương pháp quang phổ 
dùng Amoni molipdat. Protein tổng của sinh khối 
Spirulina được xác định theo phương pháp Nito 
Kjedahl theo TCVN 6498:1999, sau đó nhân với 
6,25. 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Đặc tính nước thải rượu (R) và chăn nuôi (CN) 
Trong nước thải R, lượng COD rất cao so với nước 
thải CN (Bảng 1). Điều đó cho thấy nước thải CN đã 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 080-085 
82 
được loại bỏ hiệu quả chất ô nhiễm hữu cơ thông qua 
xử lý yếm khí trong hầm biogas, nhưng nước ra vẫn 
cao hơn tiêu chuẩn được phép xả thải. Bên cạnh COD 
cao, cả hai loại nước thải còn chứa rất nhiều các hợp 
chất nito và phốtpho chưa được xử lý. Lượng các 
chất ô nhiễm này cao hơn qui chuẩn quốc gia về nước 
thải công nghiệp QCVN 40: 2011/BTNMT nên cần 
phải được xử lý tiếp trước khi ra nguồn tiếp nhận. 
Thành phần NH4
+ và PO4
3- trong nước thải có thể 
được tảo tiêu thụ như là nguồn dinh dưỡng. Giải pháp 
tận dụng nước thải để nuôi tảo là một giải pháp bền 
vững, vừa thu được sinh khối Spirulina vừa loại được 
các chất ô nhiễm. 
Bảng 1. Đặc tính của nước thải chăn nuôi (CN) và 
nước thải bã rượu (R) 
Thông số Đơn vị Nước thải bã rượu 
gạo từ viện Công 
nghiệp thực phẩm 
(R) 
Nước thải chăn 
nuôi từ trại lợn 
Thanh Hưng 
(CN) 
COD mg/L 70.000÷100.000 200 - 400 
N-NH4
+ 
 mg/L 300÷500 70 - 300 
N-NO3
- 
mg/L 0,00÷0,11 0,2- 1,1 
PO4
3- 
mg/L 300÷400 50 - 100 
pH - 4÷5,5 4÷5,5 
Bảng 2. Thành phần dinh dưỡng đầu vào và tỉ lệ C:N:P của các mẫu nước thải dùng trong nuôi tảo 
 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 
NH4
+ (mg/L) 11,6 11,6 60,7 60,7 87.8 87,8 122,7 122,7 
NO3
- (mg/L) 6,6 6,6 7,0 7,5 6,8 7,4 7,0 6,5 
PO4
3- (mg/L) 9,2 9,2 20,1 20,1 23,5 23,5 25,1 25,1 
NaHCO3 (g/L) 3 5 3 5 3 5 3 5 
N:P 8:1 8:1 16:1 16:1 20:1 20:1 26:1 26:1 
C:N:P 369/8/1 615/8/1 169/16/1 281/16/1 144/20/1 240/20/1 135:26:1 225:26:1 
Hình 1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm và ký hiệu các nghiệm thức. 
3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ các chất dinh dưỡng 
(N, P) đến khả năng phát triển sinh khối Spirulina 
Hỗn hợp bã sau chưng cất rượu gạo là một loại 
chất thải khá phổ biến ở các vùng nông thôn Việt 
Nam, phát sinh từ các cơ sở nấu rượu truyền thống. 
Nước thải từ bã rượu không chứa các chất độc tồn lưu 
nên việc dùng nó để nuôi tảo Spirulina, thu sinh khối 
làm thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón hữu cơ là một 
phương án có lợi cả về môi trường và kinh tế. Tuy 
nhiên, nếu dùng trực tiếp nước thải này để nuôi tảo 
thì không khả thi do tảo không sống được trong dịch 
thải có tải lượng ô nhiễm hữu cơ rất cao như vậy. Thử 
nghiệm nuôi Spirulina với nước thải bã rượu được 
pha loãng các mức khác nhau thì thấy tảo có thể phát 
triển tốt nhất ở mức 10ml/L. Tiếp tục so sánh với 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 080-085 
83 
nuôi trong hỗn hợp nước thải rượu-chăn nuôi cho 
thấy Spirulina HH phát triển nhanh hơn và cho năng 
suất sinh khối cao hơn rõ rệt so với nuôi riêng bằng 
từng loại nước thải (loãng). Vì vậy, nghiên cứu này 
tiến hành khảo sát hỗn hợp nước thải với tỉ lệ phối 
trộn khác nhau, có tỉ lệ C:N:P như trình bày ở bảng 2. 
Kết quả phân tích thành phần Nito, Photpho trong 
bảng 2 cho thấy lượng Nito từ nước thải chăn nuôi 
CN làm tăng tỉ lệ N:P của hỗn hợp, từ 8:1 lên đến 
26:1. Spirulina sp. HH tăng trưởng nhanh hơn trong 
khoảng N:P thích hợp. Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng 
của tỉ lệ N:P đến năng suất nuôi trồng Spirulina để 
xác định vùng N:P phù hợp nhất, nhằm thu được năng 
suất sinh khối Spirulina cao nhất. Theo dõi đường 
cong sinh trưởng của Spirulina trong các loại canh 
trường nước thải có tỉ lệ N:P khác nhau (hình 2), thấy 
rằng Spirulina HH cần hai ngày đầu để thích nghi với 
môi trường nước thải. Sau đó, nó phát triển nhanh 
dần và đạt tốc độ cực đại vào ngày 6. Đường cong 
sinh trưởng của Spirulina sp. HH đạt mật độ sinh 
khối cao nhất ứng với canh trường có N:P= 16:1 và 
20:1 ở cả hai mức bổ sung NaHCO3 3g/L và 5g/L. 
Tuy nhiên, các mẫu nước thải bổ sung 3g/L NaHCO3 
cho tảo phát triển tốt hơn, thu được năng suất sinh 
khối cao hơn canh trường được bổ sung 5 g/L 
NaHCO3 (xem bảng 3). Ứng với dịch nuôi chỉ có 
nước thải rượu pha loãng M1, M2 (N:P=8/1), sinh 
trưởng của Spirulina kém hơn mẫu có N:P = 16-20. 
Lý do có thể do canh trường có tỉ lệ N:P thấp, tương 
ứng với lượng NH4
+ và NO3
- ít, tảo bị thiếu dưỡng 
chất để tăng trưởng và tổng hợp sinh khối. Đối với 
dịch nuôi có tỉ lệ N:P=26/1, mặc dù lượng Nito có 
trong canh trường dư cho tảo sử dụng, nhưng 
Spirulina vẫn không phát triển được và tàn khá 
nhanh. Nguyên nhân do nồng độ NH4
+ đầu vào quá 
cao, 122,7 mg/L (bảng 2), dẫn đến gây shock và ức 
chế tế bào Spirulinasp.HH. Hiện tượng này tương 
đồng với phát hiện của Xin và cs, đã tiến hành trên hệ 
thống ống sục khí với nước thải nhân tạo [6]. Điều 
này cho thấy bên cạnh tỉ lệ N:P có ảnh hưởng lớn đến 
sinh tưởng của tảo, ngưỡng nồng độ NH4
+ ban đầu 
của nước thải cũng là yếu tố quan trọng đến quá trình 
phát triển của tảo. Kết quả hình 2 cho thấy, nếu xem 
xét tới lượng cacbon cung cấp, chỉ cần 3g/L NaHCO3 
thêm vào các dịch nuôi có tỉ lệ N:P từ 16/1-20/1 là 
tạo điều kiện phù hợp nhất cho tổng hợp sinh khối 
Spirulina sp.HH. 
Spirulina sp. HH là loài sinh tự dưỡng, do đó nó 
sử dụng chủ yếu cacbon vô cơ, như CO2 và 
bicarbonate. Trong một nghiên cứu trước của nhóm, 
Spirulina sp. HH đã được khảo sát nuôi trong nước 
thải có thêm và không thêm bicacbonate. Khi nuôi 
Spirulina không bổ sung NaHCO3, pH của dịch nuôi 
ngày đầu 8,5. Spirulina chỉ tồn tại được trong vòng 3 
ngày và chết trong ngày thứ tư. Quan sát thấy dung 
dịch tảo không được thêm bicacbonat có màu xanh 
nhạt, ngả vàng, khác hẳn với dung dịch Spirulina có 
bổ sung NaHCO3 có màu xanh lá già. Như vậy 
Spirulina hoàn toàn không tiêu thụ được cacbon hữu 
cơ có trong hỗn hợp nước thải và cần có cacbon vô 
cơ. Vì vậy thí nghiệm khảo sát lượng bicarbonate bổ 
sung cần thiết đã được tiến hành, với các nồng độ từ 1 
g/L đến 10 g/L, kết quả xác định được lượng 
bicarbonate phù hợp nhất cho Spirulina nuôi bằng 
nước thải chăn nuôi là từ 3-5 g/L. Kết quả đó được 
tiếp tục kế thừa trong nghiên cứu này. 
Hình 2. Đường cong sinh trưởng của Spirulina HH 
trong nước thải có tỉ lệ N:P khác nhau và bổ sung 3 
g/L hoặc 5g/L NaHCO3 
So sánh chất lượng sinh khối tảo dựa vào hàm 
lượng protein của sinh khối thu được thì mẫu M3 và 
M5 có protein cao nhất (xem bảng 3). Như vậy điều 
kiện dinh dưỡng phù hợp nhất cho Spirulina sp. HH 
phát triển tốt nhất và cho protein cao nhất là nuôi 
bằng canh trường hỗn hợp nước thải có tỉ lệ N:P 
trong khoảng từ 16 đến 20, bổ sung 3 g/L NaHCO3, 
tương đương với tỉ lệ C:N:P trong khoảng 169:16:1- 
144:20:1(tham chiếu theo bảng 2). Tỉ lệ N:P tối ưu 
trong nghiên cứu này tương đồng như công bố của 
Redfield, nhưng tỉ lệ C:P trong nghiên cứu này cho 
kết quả cao hơn (~C:P=144/1 đến 169/1). Như vậy có 
thể thấy chủng Spirulina bản địa trong nghiên cứu 
này phát triển tốt trong môi trường cần nhiều cacbon 
hơn so với trong nghiên cứu của Redfield. Sinh khối 
thu được có protein cao, có thể dùng cho nhiều mục 
đích khác, là sản phẩm giá trị gia tăng của quá trình. 
3.3 Hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm 
Tảo Spirulina sử dụng N-NH4
+, N-NO3
- và P-
PO4
3- trong nước thải như nguồn dinh dưỡng để tổng 
hợp sinh khối, qua đó giúp làm giảm thiểu lượng các 
chất ô nhiễm N, P trong nước thải. Tảo phát triển 
càng mạnh, càng tiêu thụ nhiều N và P, tương ứng với 
hiệu suất loại bỏ NH4
+, NO3
- và PO4
3-
 càng cao. Hình 
3 đã thể hiện rõ kết quả đó. 
0
0,5
1
1,5
2
0 2 4 6 8 10
A
b
s
Thời gian (ngày)
8/1 (3g/l) 16/1 (3g/l) 20/1 (3g/l)
26/1 (3g/l) 8/1 (5g/l) 16/1 (5g/l)
20/1 (5g/l) 26/1 (5g/l)
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 080-085 
84 
Bảng 3. Năng suất sinh khối và lượng protein của 
sinh khối tảo nuôi trong nước thải N:P khác nhau. 
L
o
ại
 n
ư
ớ
c 
th
ải
K
ý 
h
iệ
u 
T
ỉ 
lệ
 N
:P
N
aH
C
O
3 
b
ổ
 s
un
g
N
ăn
g
 s
u
ất
si
nh
 k
hố
i 
(g
.l
 -1
. 
ng
ày
-1
 )
P
ro
te
in
(%
) 
R 
M1 8/1 3 0,068±0,010 43,0±1,5 
M2 5 0,034±0,005 23,8±1,4 
R-
CN 
M3 16/1 
3 
0,139±0,008 55,6±1,7 
M5 20/1 0,147±0,013 59,8±1,8 
M7 26/1 0,043±0,004 25,9±1,3 
M4 16/1 
5 
0,103±0,008 44,9±0,7 
M6 20/1 0,112±0,010 52,9±1,4 
M8 26/1 0,052±0,006 34,6±1,0 
Trong hỗn hợp nước thải dùng cho nuôi tảo, 
Nito tồn tại ngày đầu chủ yếu ở dạng ammonium, số 
mol nitrat gần như không đáng kể. Rất nhiều nghiên 
cứu đã cho thấy tảo Spirulina có khả năng đồng hóa 
N-NH4
+ để tổng hợp sinh khối [4,5,6]. Quá trình đồng 
hóa ammonium trong nuôi trồng tảo đã giúp loại bỏ 
lượng lớn N-NH4
+ trong nước thải. Hình 3.a. cho thấy 
sau 10 ngày nuôi tảo, lượng NH4
+ giảm gần như hoàn 
toàn, đạt hiệu suất từ 94-97,5%, tương ứng với hai 
loại canh trường có tỉ lệ N:P= 16/1 (M3, M4) và 20/1 
(mẫu M5, M6), cho Spirulina sp. HH phát triển tốt 
nhất. Hiệu suất cao nhất là 97,5% ứng với canh 
trường nước thải có tỉ lệ C:N:P = 144/20/1 (mẫu M5). 
So sánh với tiêu chuẩn xả thải QCVN 
40:2011/BTNMT, các mẫu đều có lượng NH4
+ còn 
trong nước thải sau 10 ngày nuôi tảo thấp hơn tiêu 
chuẩn, ngoại trừ hai mẫu M7 và M8 (là mẫu có tỉ lệ 
N:P= 26/1). Như vậy, với tỉ lệ N:P phù hợp, từ 16:1 
đến 20:1, Spirulina sp. HH tăng trưởng mạnh nhất 
đồng thời tạo hiệu quả cao nhất trong xử lý N, P của 
hỗn hợp nước thải. Kết quả này khá tương đồng so 
với các nghiên cứu cùng loại, ví dụ như so với nghiên 
cứu của Choi và Lee trên tảo Chlorella vulgaris, tỉ lệ 
N:P của nghiên cứu này nằm ở khoảng giữa [4]. 
Mặc dù nitrat tồn tại ngày đầu với lượng 
không đáng kể, nhưng tăng dần theo thời gian, do sục 
khí giúp cho quá trình nitrat hóa diễn ra. Nitrat là 
thành phần dinh dưỡng ưu thích cho tảo tiêu thụ, vì 
thế lượng nitrat hình thành trong canh trường sẽ được 
tiêu thụ nhanh, giúp cho nước thải sau nuôi tảo loại 
bỏ được tối đa N-NO3
-. Hiệu quả loại bỏ nitrat cao ở 
các nghiệm thức từ M3 đến M6. Trong đó, hiệu suất 
đạt cao nhất ở nghiệm thức M5, 98,1 %, ứng với hỗn 
hợp nước thải có tỉ lệ N:P là 20:1, bổ sung 3 g/L 
NaHCO3 (hình 3.b). 
Hình 3. Nồng độ NH4
+(a), NO3
- (b) và PO4
3-(c) 
trước/sau 10 ngày nuôi tảo và hiệu suất xử lý, ứng với 
các dịch nuôi có tỉ lệ N:P đầu vào khác nhau. 
Hiệu quả xử lý PO4
3- trong mẫu từ M3-M6, ứng 
với hỗn hợp nước thải có tỉ lệ N:P = 16/1 và 20/1 là 
cao nhất đạt 83,1-86,8% (Hình 3.c). Hiệu suất loại bỏ 
PO4
3- thấp nhất, 55,4% và 58,2%, khi Spirulina sp. 
HH phát triển kém nhất, tương ứng với mẫu tỉ lệ 
C:N:P = 135/26/1 và 225/26/1 (M7 và M8). Kết quả 
này phù hợp với kết luận của Choi và Lee, khi tỉ lệ 
N:P quá cao thì photpho thiếu hụt, trở thành yếu tố 
giới hạn đối với quá trình phát triển của tảo [4]. 
4. Kết luận 
Hỗn hợp nước thải bã rượu gạo và nước thải 
chăn nuôi sau biogas có hàm lượng Nito, Photpho cao 
94.8%
88.8%
96%
94.1%
97.5%
95.7%
44.2%
43.4%
0 50 100
8/1(3g/l)
8/1 (5g/l)
16/1 (3g/l)
16/1 (5g/l)
20/1 (3g/l)
20/1 (5g/l)
26/1 (3g/l)
26/1 (5g/l)
NH4
+ (mg/L)
T
ỉ 
lệ
 m
ol
 N
:P
QCVN 40:2011 ngày 10 ngày 0
87,9%
90,3%
96,9%
94%
98,1%
94,6%
75,8%
76,9%
0 2 4 6 8
8/1 (3g/l)
8/1(5g/l)
16/1(3g/l)
16/1 (5g/l)
20/1(3g/l)
20/1(5g/l)
26/1(3g/l)
26/1(5g/l)
NO3
- (mg/L)
T
ỉ 
lệ
 m
o
l 
N
:P
ngày 10 ngày 0
80,4%
77,2%
83,1%
85%
86,8%
85,5%
58,2%
55,4%
0 10 20
8/1 (3g/l)
8/1 (5g/l)
16/1 (3g/l)
 16/1 (5g/l)
 20/1 (3g/l)
 20/1 (5g/l)
26/1 (3g/l)
26/1 (5g/l)
PO4
3- (mg/L)
T
ỉ 
lệ
 m
o
l 
N
:P
ngày 10 ngày 0
a 
b 
c 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 080-085 
85 
phù hợp cho nuôi trồng tảo Spirulina. Kết quả nghiên 
cứu đã xác định được tỉ lệ dinh dưỡng N:P từ 16/1 – 
20/1, bổ sung 3g/L bicacbonat là điều kiện phù hợp 
nhất cho tảo Spirulina sp. HH phát triển. Bên cạnh 
tạo sinh khối có hàm lượng protein cao (55,6-59,8 
%), điều kiện canh trường này cũng cho phép tảo hấp 
thụ N, P mạnh nhất, cho hiệu quả loại bỏ chất ô 
nhiễm trong nước thải cao nhất. Hiệu suất xử lý cao 
nhất NH4
+, NO3
- và PO4
3- tương ứng là 97,5 %, 98,1 
% và 86,6%. Nghiên cứu cho thấy tính khả thi của 
việc tận dụng các nguồn nước thải rất sẵn có ở nông 
thôn Việt Nam để nuôi trồng tảo Spirulina, thu sinh 
khối giàu protein, có thể dùng cho nhiều mục đích 
khác. 
Lời cảm ơn 
Các tác giả chân thành cám ơn sự hỗ trợ tài 
chính cho nghiên cứu từ trường Đại học Bách khoa 
Hà Nội (mã số đề tài T2017-PC-014). 
Tài liệu tham khảo 
[1] Avigad Vonshak, Spirulina platensis (Arthrospira): 
Physiology, Cell- Biology and Biotechnology, (1997), 
Taylor & Francis Press, USA. 
[2] Amha Belay (2007), Chapter 1: Spirulina 
(Arthrospira): Production and Quality Assurance, 
edited by M. E. Gershwin Amha Belay, Spirulina in 
Human nutrition and Health, Taylor & Francis Group, 
pp 1-26. 
[3] Redfield, A. C. Ketchum, B. H, Richards, F.A. The 
influence of organisms on the composition of 
seawater. The sea, In: Hill, M.N (Ed.), (1963), Vol.II, 
page 26-77. 
[4] Richard Geider & Julie La Roche (2002), Redfield 
revisited: Variability of C:N:P in marine microalgae 
and its biochemical basis, European Journal of 
Phycology, 37:1 (2002), 1-17. 
[5] Hee Jeong Choi & Seung Mok Lee. Effect of the N:P 
ratio on productivity and nutrient municipal 
wastewater. Bioprocess and Biosystems Engineering, 
38:4 (2015), 761-766. 
[6] Xin Yuan, Amit Kumar, Ashish K. Sahu, Sarina J. 
Ergas. Impact of ammonia concentration on Spirulina 
platensis growth in an airlift photobioreactort. 
Bioresource Technology, 102 (2011), 3234–3239.