Tải bản đầy đủ

THU HOẠCH TẢO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

THU HOẠCH TẢO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Tác giả

DƯƠNG SẮC THÁI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS. Trương Vĩnh
ThS. Lê Thị Thanh Vân
KS. Lê Đức Ân

Tháng 08/2012
i


LỜI CẢM TẠ
Con kinh ghi ơn ông bà, cha mẹ đã sinh thành ra con và động viên, khích lệ cho
con suốt trong quá trình học tập cũng như trong suốt thời gian thực hiên khóa luận tốt

nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Trương Vĩnh – cô ThS. Lê Thị Thanh
Vân và thầy KS.Lê Đức Ânđã tận tình hướng dẫn em. Trong suốt quá trình thực hiện,
thầy cô luôn nhắc nhở, sửa chữa những sai sót và cũng không ngừng động viên tạo
điều kiện cho em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Nông Lâm, nhất
là quý thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học của trường đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho chúng em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, và đã nhiệt tình
giúp đỡ em trong suốt thời gian 4 năm học tập tại trường. Trong quá trình thí nghiệm
tại phòng thí nghiệm I7, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện thuận lợi của quý thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường Đại học
Nông Lâm. Nhờ vậy chúng tôi đã hoàn thành khóa luận một cách tốt đẹp.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do những hạn chế về kỹ thuật, kinh nghiệm,
thời gian,…khóa luận của em chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi mong
nhận được những góp ý từ thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tp Hồ Chí Minh, Tháng 08 năm 2012.
Sinh viên

Dương Sắc Thái

ii


TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Dương Sắc Thái, đề tài được báo cáo vào tháng 8/2012 “Thu
hoạch tảo bằng phương pháp hóa học”.
Giáo viên hướng dẫn:

PGS.TS. Trương Vĩnh
ThS. Lê Thị Thanh Vân
KS. Lê Đức Ân

Đề tài được thực hiện từ tháng 2/2012 đến tháng 8/2012, tại phòng thí nghiệm
I7 Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh.
Đề tài được tiến hành trên tảo giống Chlorella sp.
Nội dung khóa luận thể hiện qua các kết quả sau:
a. Đã thiết kế và chế tạo thành hệ thống thu hoạch Tảo và tiến hành thí nghiệm
thu tảo mỗi lần thu là 4 lít với lưu lượng sục khí là 1.5 lít/ phút/ lít dung dịch tảo.
b. Tìm hiểu và đánh giá sơ bộ hiệu quả thu tảo bằng FeCl3.
c. Xác định được liều lượng thích hợp, tiết kiệm để tạo ra 1 pH hợp lý cho việc


xử lý thì nên sử dụng liều lượng dung dịch chuẩn FeCl3 (với 0.06 mg FeCl3/ 1ml nước
cất) tối ưu là 3ml. Tức lượng sắt clorua là 0.18ml/L dung dịch Tảo.
d. Xác định được thời gian sục khí 3 phút để tạo hạt flocs ổn định.
e. Xác định được hiệu quả lắng tảo khi thu có sự chênh lệch không nhiều, để tiết
kiệm ở khoảng thời gian là 10 phút.
f. So sánh các phương pháp có thể thu hoạch tảo bao gồm ly tâm, lọc, keo tụ và
đông tụ.Ly tâm dường như hiệu quả nhất, nhưng có tiếng ồn lại quá tốn kém nên
không thích hợp cho sản xuất công nghiệp. Tương tự, lọc không phải là 1 giải pháp
thiết thực vì có hiện tượng bị bích đầu lọc, đòi hỏi phải bảo trì, lau chùi thường xuyên.
Còn đối với việc sử dụng sắt clorua thì có thể ứng dụng rộng rãy trong công nghiệp,
nhưng hiệu suất chưa được cao.
Ngoài việc tìm ra nguyên liệu và cách chế tạo hợp lý thì cần khảo sát thêm các
yếu tố khác, như: độ mịn của bọt khí, ….

iii


ABSTRACT
The thesis entitled "Harvesting the algae by chemical methods" was caried out by
Duong Sac Thai and completed in 8/2012.
Supervisors: Associate Prof. Dr. Truong Vinh
MS. Le Thi Thanh Van
Engr. Le Duc An
The thesis was carred out 2/2012 to 8/2012, at the laboratory of Chemical
Enginerring Department, Nong Lam University, Ho Chi Minh City using
Chlorella.vull
Content of thesis is expressed by the following results:
a. Has designed and manufactured the algae harvesting system and conducted
experiments to collect 4 liters of algae with aeration flow of 1.5 l / min / liter of
solution algae.
b. Learned and preliminarily evaluated the evaluation efficiency by FeCl3.
c. Determined the appropriate and saving dosage, to create a suitable pH value
for the processing, using standard solutions FeCl3 dose (with 0.06 mg FeCl3 / 1 mL of
distilled water) of 3ml. Coreesponding iron chloride is 0.18ml / L solution of Algae.
d. Determined the aeration time of 3 minutes to create a stable particle flocs.
e. Identified the algal sedimentation efficiency of 10 minutes for time saving.
f. In comparison to methods of

harvesting algae including centrifugation,

filtration, flocculation and coagulation, centrifuged seemed to be the most effective,
but it was noise and too expensive. Therefore it was not suitable for industrial
procesing. Similarly, the filter was not the practical solution because the phenomenon
clogged filter, requiring maintenance, regular cleaning. For the using of iron chloride,
can be widely used in the industry, but the yeild was not high.
In addition to finding the materials and a suitable construction, other factors
should be considered such as the fineness of air bubble, ete …

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ ..................................................................................................................ii
TÓM TẮT .................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ....................................................................................................................... v
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..............................................................................................ix
Chương 1 ......................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
I. Đăt vấn đề: ........................................................................................................................... 1
II. Mục đích đề tài: .................................................................................................................... 1
III.

Nội dung đề tài: ............................................................................................................... 2

IV.

Yêu cầu: ........................................................................................................................... 2

Chương 2 ......................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................................ 3
I. Tảolục Chlorella: .................................................................................................................. 3
II. Hình thái và các đặc điểm sinh học về ngành tảo lục ........................................................... 3
1. Thành phần hóa học của tảo Chlorella ............................................................................................... 5
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo ............................................................................... 8

III.

Các phương pháp nuôi tảo: ........................................................................................... 11

1. Nuôi từng mẻ ...................................................................................................................................... 12
2. Nuôi liên tục ........................................................................................................................................ 13
3. Nuôi bán liên tục ................................................................................................................................ 14

IV.

Định lượng sinh khối tảo: .............................................................................................. 15

V. Tách sinh khối tảo: ............................................................................................................. 17
1. Phương pháp lọc: ............................................................................................................................... 17
2. Phương pháp tạo bông: ..................................................................................................................... 18
3. Sấy sinh khối tảo: ............................................................................................................................... 19

VI.

Hiệu quả thu hoạch: ...................................................................................................... 20

Chương 3 ....................................................................................................................... 22
THU HOẠCH TẢO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC .......................................... 22
I. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................................... 22
1. Thời gian ............................................................................................................................................. 22
2. Địa điểm .............................................................................................................................................. 22

II. Vật liệu và thiết bị thí nghiệm ............................................................................................ 22
1. Nguồn tảo giống Chlorella ................................................................................................................. 22

v


2.
3.
4.
5.

III.

Thiết bị ................................................................................................................................................ 22
Dụng cụ ............................................................................................................................................... 22
Hóa chất thí nghiệm ........................................................................................................................... 23
Điều kiện nuôi cấy .............................................................................................................................. 23

Phương pháp thí nghiệm: .............................................................................................. 23

1. Quy trình thí nghiệm: ........................................................................................................................ 23
2. Nội dung phương pháp và bố trí thí nghiệm: .................................................................................. 24

Chương 4 ....................................................................................................................... 26

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................... 26
I. Thiết Kế Hệ Thống Thu Hoạch Tảo: .................................................................................. 26
II. Kết Quả Và Thảo Luận: ..................................................................................................... 29
1.
2.
3.
4.

Khảo xác sự ảnh hưởng của dung dịch chuẩn FeCl3 đến pH của nước: ....................................... 29
Thí nghiệm A: Xác định nồng độ Sắt chuẩn:................................................................................... 30
Thí nghiệm B: Xác định thời gian bơm (sục khí): ........................................................................... 33
Thí nghiêm C: Xác định thời gian lắng ............................................................................................ 37

Chương 5 ................................................................................................................................. 40
NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 40
I. Nhận Xét: ........................................................................................................................... 40
II. Kiến Nghị: .......................................................................................................................... 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 42
PHỤ LỤC I .................................................................................................................... 43
CÁC BẢNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ ....................................................................... 43
PHỤ LỤC II ................................................................................................................. 49

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
tb/ml :

Tế bào/ml.

dd

Dung dịch

:

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella ............................................... 5
Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ................................................ 6
Bảng 2.3 : Thành phần acid béo chính của một số loại tảo ............................................ 7
Bảng 2.4: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo. ............... 14
Bảng 2.5: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo......................................................... 19
Bảng 3.1: Bố trí nghiệm A ............................................................................................ 24
Bảng 3.2: Bố trí nghiệm B ............................................................................................ 25
Bảng 3.3: Bố trí nghiệm B ............................................................................................ 25
Bảng 4.1: Số liệu thí nghiệm A ..................................................................................... 31
Bảng 4.2: Số liệu thí nghiệm B ..................................................................................... 35
Bảng 4.3: Số liệu thí nghiêm C ..................................................................................... 38

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Một vài hình ảnh Chlorella sp ........................................................................ 4
Hình 2.2: Cấu tạo Chlorella ........................................................................................... 4
Hình 2.3: Sơ đồ sản xuất dùng cho nuôi tảo theo từng mẻ........................................... 13
Hình 2.4 : Kích thước các ô trong buồng đếm. ............................................................ 16
Hình 2.5: Cơ chế quá trình hoạt động của Sắt .............................................................. 18
Hình 2.6: Hiệu chỉnh đường cong mật độ tế bào vs mật độ quang học ....................... 20
Hình 3.1: Quy trình thí nghiệm .................................................................................... 23
Hình 4.1: Hệ Thống Thu Tảo........................................................................................ 27
Hình 4.2: Bể Thu .......................................................................................................... 28
Hình 4.3: Ảnh Hưởng Thể Tích DD FeCl3 Chuẩn Đến pH Nước................................ 29
Hình 4.4: Hiệu Quả Thu Hồi Khi Thay Đổi Thể Tích DD FeCL3 lần 1 ...................... 32
Hình 4.5: Hiệu Quả Thu Hồi Khi Thay Đổi Thể Tích DD FeCL3 lần 2 ...................... 32
Hình 4.6: Hiệu Suất Khi Thay Đổi Thể Tích DD FeCL3 ............................................. 33
Hình 4.7:% Thu Hồi Khi Thay Đổi Thời Gian Bơm .................................................... 36
Hình 4.8: Hiệu Suất Khi thay đổi Thời Gian Bơm ....................................................... 36
Hình 4.9: Ảnh Hưởng Của Thời Gian Lắng Đến % Thu Hồi ...................................... 39
Hình 4.10: Ảnh Hưởng Của Thời Gian Lắng Đến Hiệu Suất ...................................... 39
Hình II.1: Hệ Thống Thu Tảo ...................................................................................... 49
Hình II.2: Bể Thu Tảo .................................................................................................. 49
Hình II.3: Máy Bơm ..................................................................................................... 50
Hình II.4: Bộ Chia Khí ................................................................................................. 50

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
I.

Đăt vấn đề:

Nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang cạn kiệt dần.Làm sự phát triển khoa học kỹ thuật
các nước chậm phát triển. Đốt nhiên liệu dầu mỏ thì lại có khí CO2 sinh ra gây nên vấn
đề môi trường. Do vậy, dùng nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu dầu mỏ là vấn
đề cấp thiết. Đây là vấn đề đòi hỏi nhân loại ra sức tìm hiểu nghiên cứu để đưa ra giải
pháp tốt nhất.
Biodiesel từ tảo trên thế giới đã được nghiên cứu trong những năm gần đây.Tảo
Chlorella sp là một trong những giống được quan tâm.Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu
tảo khá đa dạng và phong phú, chủ yếu dùng làm thực phẩm. Tuy nhiên thông tin về
Tảo và thu hoạch Tảo ở Việt Nam chưa có nhiều.
Trong đó, thu hoạch tảo là một trong các quá trình quan trọng quyết định tính khả
thi của dầu diesel sinh học tảosản xuất. Cần phải cân nhắc giữa chi phí và hiệu quả của
các quá trìnhthu hoạch tảo.
Vì thế dưới sự phân công của bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường Đại Học Nông
Lâm tp.HCM và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trương Vĩnh, ThS. Lê Thị Thanh
Vân và KS.Lê Đức Ân em thực hiện đề tài: “Thu Hoạch Tảo Bằng Phương Pháp Xử
Lý Hóa Học”.

II.

Mục đích đề tài:
− Thiết kế hệ thống để thu hoạch theo phương pháp hóa học.
− Tìm ra các một số thông số tối ưu của các thông số kỹ thuật quan trọng trong

việc thu hoạch tảo bằng phương pháp hóa học (muối Fe).
1


Nội dung đề tài:

III.

− Tìm hiểu về sự ảnh hưởng của muối Fe trong việc thu hoạch tảo bằng phương
pháp hóa học.
− Thiết kế và chế tạo hệ thống thu hoạch tảo bằng phương pháp hóa học.
− Xác định thông số tối ưu của : nồng độ, thời gian sục khí, thời gian lắng trong
thu hoạch tảo bằng phương pháp hóa học.
Yêu cầu:

IV.

− Hiểu rõ về tảo và quá trình nuôi tảo.
− Nuôi thành công và tiến hành thu hoạch.
− Thiết kế và chế tạo hệ thống thu hoạch tảo bằng phương pháp hóa học.
− Xác định rõ hiệu quả của muối Fe trong thu hoạch tảo bằng phương pháp hóa
học.
− Xác định được thông số tối ưu của các thông số kỹ thuật quan trọng.
− So sánh hiệu quả các phương pháp thu hoạch tảo.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
I.

Tảolục Chlorella:
Tảo lục ( Chlorella ) được một nhà sinh vật học người Hà Lan phát hiện ra vào

năm 1890, Chlorella là một loài rong đặc biệt, còn được gọi tên khoa học là
Pyrenoidosa ( tên cấu trúc pyrenoid trong chloroplast ), thuộc họ Oocystaceae, thường
sống ở vùng nước ngọt và có hàm lượng Chlorophyll cao nhất (đạt 28,9 g/kg) so với
bất kì thực vật quang hợp nào được biết đến trên trái đất.
Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn, quá trình sinh sản nói chung được
chia thành nhiều bước: sinh trưởng – trưởng thành – thành thực – phân chia.
II.

Hình thái và các đặc điểm sinh học về ngành tảo lục
Tảo lục đơn bào có chứa chlorophyll a và b, xanthophyll, hình thái rất đa dạng có

loại đơn bào, có loại thành nhóm, có loại dạng sợi, có loại dạng màng, có loại dạng
ống…phần lớn có màu lục như cỏ. Sắc lạp có thể có hình phiến, hình lưới, hình trụ,
hình sao…. Thường có 2 - 6 thylakoid xếp chồng lên nhau. Phần lớn có một hay nhiều
pyrenoid nằm trong sắc lạp. Nhiệm vụ chủ yếu của pyrenoid là tổng hợp tinh bột. Trên
sắc lạp của tảo lục đơn bào hay tế bào sinh sản di động của tảo lục có sợi lông roi (tiêm
mao) dài bằng nhau và trơn nhẵn. Có loại trên bề mặt lông roi có một hay vài tầng vẫy
nhỏ. Lông roi của tế bào di động ở tảo lục thường có hai sợi, một số ít có bốn sợi, tám
sợi hay nhiều hơn.Cũng có khi chỉ có một sợi lông roi.Phần lớn tế bào tảo lục có một
nhân, một số ít có nhiều nhân.Thành tế bào của tảo lục chủ yếu chứa cellulose.

3


Hình 2.1: Một vài hình ảnh Chlorella sp
• Nucleus: Nhân.
• Nuclear envelope: Màng nhân.
• Starch: Tinh bột.
• Cell walls: Vách tế bào.
• Chloroplast: Thể sắc tố.
• Mitochondria: Ty thể.

Hình 2.2:Cấu tạo Chlorella
(nguồn http://holistikhealth.com/blog/superfoods/chlorella)
Với những tế bào bình thường, một tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 4 tế bào
con trong thời gian chưa đầy 24 giờ, kích thước tảo từ 2 đến 10 µm, tuổi thọ của một
vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và
nguồn dinh dưỡng.
4


Tảo lục có 3 phương thức sinh sản:
Sinh sản sinh dưỡng: phân cắt tế bào, phân cắt từng đoạn tảo.
Sinh sản vô tính: hình thành các loại bào tử vô tính, như bào tử tĩnh, bào
tử động, bào tử tự thân, bào tử màng dày.
Sinh sản hữu tính: có đẳng giao, dị giao và noãn giao.
(Nguồn: http://www.vietsciences.free.fr/khaocuu/Nguyenlandung/vitao01.htm)
1. Thành phần hóa học của tảo Chlorella
Thành phần hoá học của tế bào Chlorella tuỳ thuộc vào môi trường dinh dưỡng
trong quá trình phát triển. Tảo có thể phát triển tốt trong môi trường nước có hàm
lượng nitrate và photphat cao. Thành phần hoá học của các loài tảo lục phụ thuộc
nhiều vào sự có mặt của nitơ trong môi trường. Khi lượng nitơ trong môi trường thấp
thì hàm lượng protein của Chlorella giảm xuống rõ rệt trong khi lượng carbonhydrate
và lipid lại tăng lên.
Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa trong tảo Chlorella
Thành phần

Hàm lượng

Protein tổng số

40 – 60 %

Gluxit

25 – 35 %

Lipid

10 – 15 %

Sterol

0,1 – 0,2 %

Sterin

0,1 – 0,5 %

β - caroten

0,16 %

Xanthophyll

3,6 – 6,6 %

Chlorophyll a

2,2 %

Chlorophyll b

0,58 %

Acid nucleic

6,00 %

Tro

10 – 34 %

Vitamin B1

18,0 mg/g

C

0,3 – 0,6 mg/g

K

6 mg/g

B6

2,3 mg/100 g
5


B2

3,5 mg/100 g

B12

7 – 9 mg/100 g

Niacin

25 mg/100 g

Acid Nicotinic

145 mg/100 g

(Nguồn: Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), công nghệ sinh học vi tảo,
NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, Trang 25-36)
Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo ( Becker, 1994).
Một số loại tảo

Protein

Carbohydrates

Lipids

Nucleic acid

Scenedesmus

50-56

10-17

12-14

3-6

47

-

1,9

8-18

21-52

16-40

48

17

21

Chlorella vulgaris

51-58

12-17

14-22

4-5

Chlorella

57

26

2

-

Spirogyra sp.

6-20

33-64

11-21

-

Dunaliella

49

4

8

Dunaliella salina

57

32

6

Euglena gracilis

39-61

14-18

14-20

Prymnesium

28-45

25-33

22-38

52

15

3

obliquus
Scenedesmus
quadricauda

Scenedesmus
dimorphus
Chlamydomonas
reinhardtii

pyrenoidosa

bioculata

parvum
Tetraselmis
maculata
6

1-2


28-39

40-57

9-14

Spirulina platensis

46-63

8-14

4-9

2-5

Spirulina maxima

60-71

13-16

6-7

3-4.5

Synechoccus sp.

63

15

11

5

Anabaena

43-56

25-30

4-7

Porphyridium
cruentum

cylindrica
Bảng 2.3 : Thành phần acid béo chính của một số loại tảo
Thành phần acid béo ( %)
16:0 16:1 16:2 16: 16:4 18:1 18:2 18: 18:4 20: 20:6
3

3

5

Freshwater
spp.
35

2

Tr.

Tr. 15

9

6

30

26

8

7

2

2

34

20

20

4

1

4

22

7

6

30

3

Ankistrodesmu 13

3

1

1

14

25

2

29

2

15

4

6

17

2

4

1

1

27

Scenedesmus

2

obliquus
Chlorella
vulgaris
Chlamydomon
as reinhardtii
Salt-tolerant
spp.
1

s spp.
Isochrysis spp. 12
Nannochloris

9

6
20

7

9

13

spp.
(nguồn: Gouveia L., Nobre B.P., Marcelo F.M. (2007), Functional food oil coloured
by pigment extracted form microalgae with supercritical CO2, Food chemistry, 101,
pp.717-723)
7


Tảo có khả năng hấp thu CO2 và các muối khoáng cần thiết để tổng hợp protein,
glucid, lipid … Có thể thay đổi tùy theo điều kiện môi trường như ánh sáng,nhiệt
độ,độ mặn. Chlorella rất giàu protein, vitamine và các khoáng chất.Các protein của
loài tảo này có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người
và động vật.Rất nhiều vitamine có trong thành phần của Chlorella như: vitamine
C,tiền vitamine A, riboflavin, thấy có khả năng kháng tế bào ung bứu,giảm huyết
áp,tăng khả năng miễn dịch ở người. Tảo được sử dụng chủ yếu để xử lý môi trường,
mỹ phẩm, làm thức ăn cho thuỷ sản, người và động vật trong đó khả năng ứng dụng để
sản xuất biodiesel được đánh giá rất cao.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo
a) Yếu tố hóa học
pH :
Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của
CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo. Thông số này lại phụ
thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhiệt độ cũng như hoạt tính trao
đổi chất của tế bào tảo.
Hầu hết các giống tảo được nuôi trong môi trường đều có giá trị pH nhất định.
Thông thường khoảng pH cho phép là 7 ÷ 9 và theo nhiều tài liệu thì pH tối ưu là 8,2÷
8,7. Bên cạnh đó khi thay đổi pH đột ngột có thể làm cho tảo nhanh chóng bị tàn lụi.
Trong trường hợp nuôi tảo với mật độ cao thì việc bổ sung CO2 sẽ giúp điều chỉnh pH
thích hợp trong quá trình tảo phát triển, độ pH có thể đạt đến giá trị tới hạn là 9. Nhiều
trường hợp việc nuôi trồng tảo thất bại có thể do pH không thích hợp. Điều này có thể
khắc phục bằng cách sục khí môi trường nuôi
 Các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi
Các môi trường dinh dưỡng dùng cho nuôi trồng tảo phải dựa theo nhu cầu dinh
dưỡng của từng loài tảo. Việc xác định chính xác nồng độ của từng yếu tố dinh dưỡng
cho một loài nào đó là vô cùng khó khăn. Vì môi trường dinh dưỡng tối ưu phụ thuộc
rất nhiều vào mật độ quần thể, ánh sáng và pH môi trường. Các chất dinh dưỡng đa
lượng bao gồm: nitrat, phosphat…Các nguyên tố vi lượng được coi là không thể thay
thế đối với sinh trưởng và phát triển của tảo là Fe, Mn, Cu, Zn và Cl. Những vi lượng
khác có vai trò quan trọng đối với một số nhóm tảo là Co, B, Si,…
8


b) Yếu tố vật lý
 Nhiệt độ:
Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy theo
loài. Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng. Chính vì vậy, việc chọn các chủng loại tảo chịu
nhiệt có ý nghĩa lớn đến năng suất tảo. Mặt khác, nhiệt độ thấp cũng ảnh hưởng xấu
đến sinh trưởng của tảo.
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nuôi tảo trong khoảng từ 18 ÷ 25oC mặc dù chúng
có thể thay đổi tùy theo thành phần môi trường nuôi, loài nuôi và dòng nuôi. Nhìn
chung các loài tảo nuôi thường chịu đựơc nhiệt độ trong khoảng 16 ÷ 27oC. Nhiệt độ
thấp hơn 16oC sẽ làm chậm sự tăng trưởng, trong khi đó nhiệt độ tăng cao hơn 35oC sẽ
gây thiệt hại cho một số loài.
Trong điều kiện tự nhiên nên nuôi cấy Chlorella vào mùa có nhiệt độ ít thay đổi
(khoảng từ tháng 4 ÷ 10, thời gian này nhiệt độ trung bình 25 ÷ 30oC) và chú ý đến
nhiệt độ dao động hằng ngày, tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhiệt độ không chênh lệch
quá nhiều giữa các buổi trong ngày. Nếu cần thiết ta có thể làm mát môi trường nuôi
bằng cách cho dòng nước lạnh chảy trên bề mặt của bình nuôi hoặc kiểm soát nhiệt độ
không khí bằng các thiết bị điều hòa nhiệt độ.
 Khuấy sục môi trường nuôi
Trong quá trình nuôi tảo việc khuấy sục có tác dụng: giúp ngăn ngừa hiện tượng
phân tầng nhiệt độ trong dịch nuôi, giúp tế bào tảo tiếp xúc đều với ánh sáng, ngăn
ngừa tảo lắng xuống bể, cải thiện trao đổi khí giữa môi trường nuôi và không khí, quan
trọng hơn là cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp. Trong trường hợp nuôi với mật độ
cao, CO2 từ không khí (chỉ chứa 0,03 % CO2) sẽ làm hạn chế sinh trưởng của tảo. Vì
vậy việc bổ sung CO2 tinh khiết với tỉ lệ 1 % thể tích không khí. Việc bổ sung CO2 có
tác dụng giúp ổn định pH do cân bằng giữa CO2 và H2CO3. Tùy thuộc vào quy mô của
hệ thống nuôi mà ta có thể sục khuấy hằng ngày bằng tay (ống nghiệm, các bình tam
giác), sục khí (các túi, các bể) hoặc các guồng hay bơm chạy bằng điện (ao). Tuy nhiên
không phải tất cả các loài tảo đều có thể chịu đựng được với chế độ sục khuấy mạnh.
Như vậy, kỹ thuật khuấy sục là vấn đề rất cần được quan tâm nhằm mục tiêu tăng năng
suất tảo mà không làm ảnh hưởng tới trạng thái tế bào. Về mặt kinh tế, chọn giải pháp
khuấy sục sao cho chi phí thấp nhất là yêu cầu đầu tiên.
9


 Ánh sáng
Việc cung cấp ánh sáng cho nuôi tảo là vấn đề thiết yếu và cần thiết không thể
thiếu. Bởi vì giống như tất cả các loài thực vật, hệ số sử dụng năng lượng ánh sáng ở
tảo cao hơn ở thực vật bậc cao, điều này có nghĩa là chúng hấp thụ carbon vô cơ để
chuyển hóa thành carbon hữu cơ. Nhiều loại vi tảo có quang hợp bão hòa ở khoảng
33% tổng lượng cường độ chiếu sáng. Vì vậy, trong điều kiện ánh sáng có cường độ
cao và thời gian chiếu sáng dài, người ta thấy xuất hiện hiện tượng quang ức chế có thể
làm tảo chết hoặc làm giảm đáng kể năng suất nuôi trồng.
Cường độ ánh sáng đóng vai trò quan trọng nhưng yêu cầu về cường độ ánh sáng
thay đổi rất lớn theo độ sâu của môi trường nuôi và mật độ tảo nuôi. Khi nuôi ở độ sâu
lớn và mật độ cao thì cường độ ánh sáng thay đổi từ 1000 ÷ 10000 lux, tối ưu 2500 ÷
5000 lux tùy vào thể tích. Có thể là ánh sáng tự nhiên hoặc ánh sáng của đèn huỳnh
quang, chu kỳ chiếu sáng tối thiểu là 18 h/ngày, tối đa là 24 h/ngày tùy vào thể tích.
Tuy nhiên không phải tất cả các phiêu sinh vật đều chịu được ánh sáng liên tục nhưng
phần lớn các giống tảo làm thức ăn đều chịu được ánh sáng liên tục. Điều này không
có nghĩa là cứ cung cấp thêm năng lượng ánh sáng cho một dịch nuôi là sinh khối sẽ
tăng.
c) Yếu tố sinh học
Các nguồn gây nhiễm và xử lý nước: Lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh động vật
hoặc của các loài tảo khác là vấn đề khó khắc phục đối với việc nuôi cấy tảo thuần
chủng cũng như nuôi cấy vô trùng. Các nguồn gây nhiễm phổ biến nhất gồm có môi
trường nuôi (nước và các chất dinh dưỡng), không khí, bình nuôi và tình trạng giống
nuôi cấy ban đầu.
Tảo bị nhiễm tạp sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát triển dẫn đến sinh
khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhiều, thậm chí không thể sử
dụng được. Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO2 và ảnh hưởng của một số chất
độc gây ức chế từ các tác nhân gây nhiễm đối với tảo nuôi là những tác hại chính của
sự tạp nhiễm.
Việc chuẩn bị các bình nuôi có dung tích nhỏ là khâu quyết định trong việc tăng
môi trường nuôi cấy tảo:
Rửa bằng xà phòng.
10


Tráng rửa bằng nước nóng.
Làm sạch với 30% acid muriatic.
Tráng sạch lại bằng nước nóng.
Sấy khô trước khi sử dụng.
Theo cách khác, các ống, bình và bình lớn bằng thủy tinh có thể được khử trùng
bằng nồi hấp, có thể sử dụng các bình nuôi dùng một lần rồi vứt bỏ như túi polyetylen.
d) Tiềm năng của dầu sản xuất từ vi tảo.
Ngày nay, việc dùng nhiên liệu diesel sinh học ( biodiesel) thay thế dầu mỏ là
vấn đề cấp thiết do nhiên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt, ngoài ra, đốt nhiên liệu
dầu mỏ còn sinh ra nhiều CO2 gây ảnh hưởng tới môi trường. Biodiesel có nồng độ lưu
huỳnh thấp nên khi đốt ít sinh ra CO2, bên cạnh đó, việc sử dụng biodiesel ít gây độc
và đặc biệt là chúng có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật.
Một trong những nguồn nguyên liệu có thể dùng để sản xuất biodiesel là tảo
biển.Ý tưởng sản xuất biodiesel từ tảo biển đã có từ lâu đời, tuy nhiên, gần đây mới
được nghiên cứu và phát triển rộng rãi.
Ưu điểm của dầu tảo trong việc sản xuất biodiesel:
Tảo dùng ánh sáng và CO2 để tổng hợp nên năng lượng và carbon nên đây
được coi là nguồn năng lượng tái tạo.
Không ảnh hưởng đến an ninh lương thực.
Giảm giá thành sản xuất vì tảo có năng suất sinh khối cao, tốc độ phát triển
nhanh và hàm lượng dầu cao từ 15 ÷ 77 %.
III.

Các phương pháp nuôi tảo:

Tảo có thể được sản xuất bằng cách áp dụng một loạt các phương pháp khác
nhau, từ các phương pháp được áp dụng trong phòng thí nghiệm đến các phương pháp
ít đoán trước trong các bể nuôi ngoài trời.
Thuật ngữ dùng để mô tả các điều kiện nuôi gồm có:
 Hệ thống nuôi tảo trong nhà hoặc ngoài trời.
Nuôi trong nhà cho phép kiểm soát cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, hàm lượng
chất dinh dưỡng, tạp nhiễm các sinh vật ăn mồi sống và các tảo cạnh tranh. Ngược lại,
các hệ thống nuôi ngoài trời làm cho việc nuôi trồng duy trì một loài tảo thuần trong
thời gian dài là rất khó khăn.
11


 Hệ thống nuôi tảo hở hoặc kín.
Hệ thống nuôi hở như nuôi ở các ao, hồ, bể nuôi không có mái che sẽ dễ bị
nhiễm tạp bẩn hơn so với các dụng cụ nuôi kín như nuôi trong ống nghiệm, bình tam
giác, túi nhựa …
 Nuôi sạch (vô trùng) hoặc không vô trùng.
Nuôi vô trùng là nuôi không có bất kỳ sinh vật ngoại lai nào và đòi hỏi khử
trùng rất cẩn thận tất cả các dụng cụ thủy tinh, môi trường và các bình nuôi để tránh
nhiễm tạp. Tuy nhiên, phương pháp này còn hạn chế đối với quy mô công nghiệp do
yêu cầu cao về điều kiện vô trùng, đòi hỏi sự đầu tư cao về trang thiết bị, quy trình kĩ
thuật hiện đại khép kín.
 Nuôi từng mẻ, nuôi liên tục và bán liên tục.
Dưới đây là ba kiểu nuôi thực vật phù du cơ bản, trong đó có tảo:
1. Nuôi từng mẻ
Nuôi từng mẻ gồm có việc cấy đơn các tế bào trong một thùng chứa môi
trường, tiếp theo là một thời kì phát triển vài ngày và tiến hành thu hoạch khi quần thể
đạt tối đa hoặc gần tối đa. Trong thực hành, tảo được chuyển sang các thùng nuôi có
dung tích lớn hơn trước khi đạt tới pha ổn định và sau đó khối lượng nuôi lớn được
tăng lên với mật độ tối đa và thu hoạch. Có thể áp dụng các giai đoạn liên tiếp sau đây:
các ống nghiệm, các bình tam giác 2 lít, các bình lớn 5 lít và 10 lít, các bình hình trụ
160 lít, các bể nuôi trong nhà 500 lít, các bể nuôi ngoài trời dung tích 5000 lít tới
25000 lít.

12


Hình 2.3:Sơ đồ sản xuất dùng cho nuôi tảo theo từng mẻ
(Lee và Tamaru, 1993)
Tùy theo nồng độ tảo, dung tích nguyên liệu cấy thường tương ứng với dung
tích của giai đoạn trước trong quá trình tăng khối lượng tảo, bằng 2 – 10 % khối lượng
nuôi cuối cùng.
Hệ thống nuôi mẻ ngày càng được áp dụng phổ biến do tính đơn giản và linh
hoạt của chúng cho phép thay đổi các loài tảo nuôi và khắc phục các sự cố trong hệ
thống nhanh chóng. Tuy nhiên, nuôi mẻ có hạn chế là chất lượng của các tế bào tảo thu
hoạch có thể ít đoán trước được so với chất lượng ở các hệ thống nuôi liên tục và biến
động theo lịch thời gian thu hoạch (thời gian của ngày, pha sinh trưởng chính xác).
Một hạn chế khác của nuôi từng mẻ là phải ngăn ngừa sự nhiễm bẩn trong lần cấy ban
đầu và thời kỳ sinh trưởng lúc đầu. Do mật độ của thực vật phù du mong muốn thấp và
nồng độ các chất dinh dưỡng cao nên các chất gây ô nhiễm có tốc độ sinh trưởng
nhanh sẽ có khả năng phát triển vượt đối tượng nuôi (Cao Tuấn Kiệt, 2007; Trần Thị
Mỹ Xuyên, 2008).
2. Nuôi liên tục
Phương pháp nuôi liên tục cho phép duy trì giống nuôi cấy có tốc độ rất gần tốc
độ sinh trưởng tối đa. Người ta phân biệt một số dạng nuôi liên tục như sau:
13


Turbidostat (nuôi cho lên men liên tục): Trong đó mật độ tảo được duy trì ở
mức độ xác định trước bằng cách pha loãng tảo nuôi với môi trường. Có thể nói đây là
hệ thống tự động. Trong trường hợp này, dinh dưỡng là không hạn chế nhưng ánh sáng
là yếu tố hạn chế trừ khi mật độ tảo quá thấp.
Chemostat (nuôi ở trạng thái hóa tính): Ở đây môi trường nước được đưa vào hệ
thống nuôi với tốc độ chính xác. Tuy nhiên một phần dịch mới liên tục được bổ sung
để thay đổi dịch môi trường đã dùng. Hệ thống này thường đơn giản và ít tốn kém so
với turbidostat.
Các nhược điểm của hệ thống nuôi liên tục là chi phí tương đối cao và phức tạp.
Do yêu cầu phải chiếu sáng liên tục, duy trì nhiệt độ nên đòi hỏi phải bố trí trong nhà
và điều này chỉ có tính khả thi đối với các cơ sở có quy mô sản xuất tương đối nhỏ.
Tuy nhiên nuôi liên tục có ưu điểm là mật độ tảo thu được từ môi trường luôn ổn định.
Mặt khác, hệ thống này có thể kiểm soát và dễ dàng điều khiển về mặt công nghệ và có
thể tự động hóa, điều này làm tăng độ tin cậy của hệ thống với người sản xuất và giảm
nhu cầu về lao động.
3. Nuôi bán liên tục
Kỹ thuật nuôi bán liên tục kéo dài thời gian nuôi tảo, thực chất là một dạng nuôi
theo mẻ nhưng sinh khối được kiểm tra định kỳ và giữ ổn định bằng phương pháp pha
loãng môi trường. Nuôi bán liên tục có thể thực hiện trong nhà hoặc ở ngoài trời,
nhưng thời gian nuôi thường không đoán trước được. Do tảo nuôi không được thu
hoạch toàn bộ mà thu hoạch từng phần nên phương pháp nuôi bán liên tục cho khối
lượng tảo nhiều hơn so với phương pháp nuôi từng mẻ với cùng một kích thước bể
nuôi.
Bảng 2.4: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo.
Phương pháp nuôi
1. Nuôi trong nhà

Ưu điểm

Nhược điểm

Độ kiểm soát cao (có thể
dự đoán trước)

Tốn kém
Ít kiểm soát (ít đoán

2. Nuôi ngoài trời

Rẻ hơn

3. Nuôi kín

Ít bị nhiễm bẩn

trước được)

14

Đắt tiền


4. Nuôi hở
5. Nuôi vô trùng
6. Nuôi không vô
trùng

Rẻ hơn

Dễ bị nhiễm bẩn

Có thể dự đoán trước, ít
có khả năng sụp đổ
Rẻ và dễ thực hiện hơn
Hiệu quả, cung cấp tảo
chất lượng cao và ổn

7. Nuôi liên tục

định, vận hành tự động,
khả năng sản xuất trong
thời gian dài.

8. Nuôi bán liên tục

Tốn kém, khó thực hiện
Dễ thất bại
Khó thực hiện, chỉ có
thể nuôi với số lượng
nhỏ, phức tạp, trang
thiết bị tốn kém.

Dễ hơn, tương đối hiệu Chất lượng không ổn
quả.

định, ít chắc chắn.
Hiệu quả thấp nhất,

9. Nuôi theo mẻ

Dễ nhất, chắc chắn nhất.

chất lượng có thể thay
đổi nhiều.

(Nguồn: Lavens và Sorgeloos, 1996. Trích bởi Trần Phong Nhã, Lưu Hồng Thắm,
2009)
IV.

Định lượng sinh khối tảo:
Định lượng sinh khối tảo: Sinh khối tảo trong môi trường là tổng lượng tảo tươi

hay khô có trong một đơn vị thể tích nước đó (Đặng Thị Sy, 2005).
Có một số phương pháp xác định khối lượng sinh khối tảo có trong môi trường
nuôi hoặc bằng cách đếm số tế bào hoặc thông qua việc xác định dung tích, mật độ
quang hoặc trọng lượng nhưng phổ biến nhất vẫn là 2 phương pháp sau:
 Phương pháp đếm tế bào: Có thể đếm các tế bào bằng máy đếm hạt điện tử hoặc
dùng buồng đếm hồng cầu để đếm trực tiếp dưới kính hiển vi. Khó khăn chủ yếu của
việc đếm bằng kính hiển vi là sự tái sinh sản, mà hoạt động này lại biến đổi theo việc
lấy mẫu, sự pha loãng và sự chứa đầy của buồng đếm cũng như việc lựa chọn đúng
kiểu buồng đếm và thang mật độ tế bào.
Dụng cụ thí nghiệm:
o Buồng đếm hồng cầu.
o Lamelle.
15


o Pipette.
Tiến hành:
o

Buồng đếm và lamelle phải được rửa sạch và lau khô trước khi đếm.

o

Pha loãng mẫu nếu cần thiết. Dùng pipette nhỏ dịch tảo vào buồng đếm

(tránh tạo bọt khí) và đếm dưới kính hiển vi ở vật kính 40x.
o

Đếm tổng số các tế bào trong năm ô lớn: bốn ô ở bốn góc và một ô ở

giữa của buồng đếm. Đếm các tế bào chạm vào mép trái và mép trên nhưng không
đếm các tế bào chạm vào mép phải và mép bên dưới.

Hình2.4: Kích thước các ô trong buồng đếm.
Công thức tính mật độ tảo:

Trong đó:

𝑑𝑑 =

𝑁𝑁 × 𝐾𝐾
10 × 4 × 10−6

d : mật độ tảo, tế bào/ml.

N : tổng số tế bào đếm được ở cả 2 buồng đếm.
16


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×