Nghiên cứu sử dụng CO2 từ khí thải đốt than để nuôi vi tảo spirulina platensis giầu dinh dưỡng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  PHAN THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO 2 TỪ KHÍ THẢI ðỐT THAN ðỂ NUÔI VI TẢO SPIRULINA PLATENSIS GIẦU DINH DƯỠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  PHAN THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO 2 TỪ KHÍ THẢI ðỐT THAN ðỂ NUÔI VI TẢO SPIRULINA PLATENSIS GIẦU DINH DƯỠNG CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mà SỐ: 60.42.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. ðẶNG ðÌNH KIM TS. NGUYỄN VĂN GIANG HÀ NỘI – 2013 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… ii LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và không trùng lặp với ñề tài khác. Tôi cũng xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Học viên Phan Thị Thu Hường Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iii LỜI CÁM ƠN Luận văn ñược tiến hành dưới sự hỗ trợ của ñề tài cấp bộ“Nghiên cứu công nghệ thu hồi CO 2 từ khí thải ñốt than ñể sản xuất sinh khối vi tảo giàu dinh dưỡng.” do GS. TS. ðặng ðình Kim, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam làm chủ nhiệm. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới GS. TS. ðặng ðình Kim, Viện Công nghệ Môi trường và thầy TS. Nguyễn Văn Giang ñã hướng dẫn, giúp ñỡ, tạo ñiều kiện và dạy bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn. Bên cạnh ñó, tôi cũng ñã nhận ñược sự ủng hộ nhiệt tình và các ý kiến ñóng góp của các anh chị, các ban ñồng nghiệp của phòng Thủy sinh học môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện HLKHCN Việt Nam. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cám ơn sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tôi xin cám ơn chủ nhiệm ñề tài và các thành viên tham gia tạo ñiều kiện giúp tôi trong quá trình thu thập số liệu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn ñến gia ñình, bạn bè và người thân ñã luôn ở bên cạnh chia sẻ, ñộng viên giúp ñỡ và tạo ñiều kiện tốt nhất cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn của mình. Mặc dù tôi ñã có nhiều cố gắng hoàn thiên luận văn bằng sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, rất mong nhận ñược những ñóng góp của quý thầy cô và các bạn ñể tôi có thể hoàn thiện luận văn ñược tốt hơn. Tôi xin chân thành cám ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Học viên Phan Thị Thu Hường Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iv MỤC LỤC Lời cam ñoan ii Lời cám ơn iii Mục lục iv Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình ix MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1 Ảnh hưởng của khí thải ñốt than ñến việc biến ñổi khí hậu 4 1.1.1 Thành phần khí thải ñốt than 4 1.1.2 Khí CO 2 – một loại khí gây hiệu ứng nhà kính nguy hiểm có trong khí thải ñốt than 4 1.2 Tảo Spirulina platensis nguồn thực phẩm chức năng quan trọng 7 1.2.1 ðặc ñiểm sinh học 7 1.2.2 Phân loại 9 1.2.3 Phân bố 10 1.2.4 Giá trị dinh dưỡng 11 1.2.5 Một số ứng dụng của vi tảo Spirulina: 13 1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng ñến sinh trưởng của tảo Spirulina platensis 16 1.3 Tình hình sản xuất Spirulina platensis trên thế giới và tại Việt Nam 18 1.3.1 Vài nét về tình hình sản xuất vi tảo tại Việt Nam 18 1.3.2 Vài nét về tình hình sản xuất Spirulina platensis trên thế giới 20 1.4 Tiềm năng ứng dụng công nghệ tách CO 2 từ khí thải ñốt than ñể sản xuất sinh khối vi tảo giàu dinh dưỡng 22 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 ðịa ñiểm nghiên cứu 26 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… v 2.2 Vật liệu 26 2.2.1 Vi tảo Spirulina platensis SP4 dùng cho các thí nghiệm ñược cung cấp bởi Phòng Thủy Sinh học môi trường, Viện Công nghệ môi trường. 26 2.2.2 Môi trường nuôi tảo là môi trường Zarrouk có thành phần ña lượng và dung dịch Ạ5 và B6. 26 2.2.3 Khí CO 2 từ khí thải ñốt than tổ ong (FG) sau khi ñã loại bớt các khí ñồng hành với nồng ñộ 5-7% vol ñược sử dụng trực tiếp cho các thí nghiệm nuôi tảo. ðể ñối chứng, các thí nghiệm nuôi tảo dùng khí CO 2 công nghiệp với ñộ sạch 99% vol ñược tiến hành song song. 27 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 27 2.3.1 Phương pháp làm sạch và thu hồi CO 2 trong khí thải ñốt than bằng hệ thống modun xử lý khí thải (HMDXLKT). 27 2.3.2 Các phương pháp ñánh giá chất lương sinh khối của tảo 29 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Kết quả xác ñịnh thành phần khí, chất lượng khí CO 2 sau khi loại bỏ các khí ñồng hành (kết quả kế thừa của ñề tài) 37 3.2 Tốc ñộ sinh trưởng của tảo Spirulina platensis 39 3.2.1 Xác ñịnh bằng giá trị OD trên máy quang phổ 39 3.2.2 Xác ñịnh bằng trọng lượng khô 40 3.2.3 Mối tương quan giữa giá trị OD và trọng lượng khô 42 3.3 Hiệu quả hấp thụ khí CO 2 từ khí thải ñốt than và CO 2 tinh sạch của tảo Spirulina platensis SP4 43 3.4 Giá trị pH của môi trường nuôi tảo Spirulina platensis SP4 ñược ñiều chỉnh bằng CO 2 45 3. 5 ðánh giá các dạng cacbon vô cơ trong môi trường nuôi tảo Spirulina platensis SP4 trước và sau khi bổ sung khí CO 2 46 3.6 ðánh giá chất lượng sinh khối 48 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vi 3.7 Kết quả phân tích thành phần (nguyên tố khoáng và các kim loại nặng) 49 3.8 Kết quả ñánh giá ñộc tính cấp trên chuột 50 3.8.1 Trọng lượng cơ thể chuột 50 3.8.2 Tiêu thụ thức ăn và nước uống của chuột 51 3.8.3 Quan sát dấu hiệu ngộ ñộc 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 Kết luận 52 Kiến nghị 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Tên kí hiệu 1 BðKH Biến ñổi khí hậu 2 WMO Tổ chức khí tượng Thủy văn thế giới 3 OD Mật ñộ quang 4 TLK Trọng lượng khô 5 FG Khí thải 6 PM Bụi lơ lửng 7 VOC Chất hữu cơ bay hơi 8 ðC ðối chứng 9 TN Thí nghiệm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… viii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Hàm lượng sắc tố tự nhiên trong sinh khối Spirulina platensis 12 1.2 Báo cáo kết quả sản xuất tảo (so sánh giai ñoạn trước và gian ñoạn hiện nay) tại Công ty cổ phần tảo Vĩnh Hảo, ñịa chỉ xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận 19 1.3 Tình hình sản xuất tảo Spirulina platensis trên thế giới 22 2.1 Bố trí thí nghiệm thử ñộc tính cấp 36 3.1 Kết quả phân tích thành phần khí thải ñốt than ñược ño tại 2 ñiểm của thiết bị xử lí 37 3.2 Kết quả phân tích OD của tảo Spirulina platensis ở hai mẫu ðC và TN 39 3.3 Tốc ñộ tăng trưởng của tảo Spirulina platensis SP4 ở 2 hệ nuôi khác nhau 40 3.4 Giá trị của OD và trọng lượng khô 42 3.5 Khả năng hấp thụ khí CO 2 từ TN và ðC 41 3.6 Diễn biến pH của môi trường nuôi tảo Spirulina platensis SP4 trước và sau khi cấp CO 2 45 3.7 Hàm lượng HCO 3 - và CO 3 2- trước và sau khi ñiều chỉnh CO 2 47 3.8 Chất lượng sinh khối vi tảo Spirulina platensis SP4 48 3.9 Kết quả phân tích, nguyên tố khoáng, kim loại nặng trong tảo Spirulina platensis (ðC); TN so sánh với tiêu chuẩn cơ sở 49 3.10 Bảng theo dõi trọng lượng chuột trước và sau khi ăn tảo 50 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… ix DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Khí thải CO 2 từ các khu công nghiệp 5 1.2 Trái ñất ñang nóng dần lên do BðKH 5 1.3 Sơ ñồ vòng ñời của tảo Spirulina platensis. 9 1.4 Hình ảnh sản xuất tảo Spirulina tại Vĩnh Hảo, Tuy Phong, Bình Thuận 23 1.5 Hình ảnh bể tảo Spirulina tại Vĩnh Hảo, Tuy Phong, Bình Thuận 23 1.6 Sử dụng CO2 nhà máy ñiện từ khí thải làm nguồn cácbon cho vi tảo 24 2.1 Spirulina platensis SP4 (phóng ñại 200-A và 100 lần-B) 26 2.2 Toàn cảnh hệ modun xử lý khí thải 27 2.3 Sơ ñồ khối HMðXLKT ñốt than 28 2.4 Sơ ñồ dây chuyền nuôi tảo bằng khí thải ñốt than 29 2.5 Bể nuôi tảo tại trại Cổ Nhuế 30 3.1 Vật liệu dùng cho modul hấp phụ và xúc tác dạng ceramic tổng hợp 38 3.2 Biểu diễn tốc ñộ tăng trưởng của tảo Spirulina platensis SP4 (tính theo trọng lượng chất khô ở 2 hệ nuôi khác nhau) 41 3.3 Bể nuôi tảo tại phòng Thủy sinh học môi trường 42 3.4 Mối tương quan giữa giá trị OD và trọng lượng khô của tảo Spirulina – SP4 (ở bước sóng 445nm) 43 3.5 Hiệu quả hấp thu khí CO 2 tách từ khí thải ñốt than của tảo Spirulina platensis SP4 44 [...]... u khí quy n Khí CO2 sau khi thu gi s ñư c s d ng ñ nuôi vi t o giàu dinh dư ng Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s khoa h c Nông nghi p ……………………… 2 Xu t phát t vi c s d ng khí CO2 trong khí th i ñ t than cho nuôi vi t o có giá tr kinh t , góp ph n gi m thi u m t lo i khí gây hi u ng nhà kính, chúng tôi ti n hành nghiên c u ñ tài: Nghiên c u s d ng CO2 t khí th i ñ t than ñ nuôi vi. .. nuôi trong b h b ng khí CO2, vi t o này s sinh trư ng l n hơn g p 1 tri u l n so v i khi chúng s ng dư i ñáy Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s khoa h c Nông nghi p ……………………… 6 h Và vi t o phát tri n t t và nhanh hơn khi s d ng khí CO2 th i ra t khí th i ñ t than t các nhà máy nhi t ñi n (CO2 chi m 13%-14%) so v i khí CO2 nguyên ch t M t khác vi t o ñư c nuôi tr ng b ng khí th i CO2. .. 1.1 Khí th i CO2 t các khu công nghi p Khí CO2 là lo i khí nhà kính chi m t i m t n a kh i lư ng các khí nhà kính và ñóng góp t i 60% trong vi c làm tăng nhi t ñ khí quy n ð t than th i ra nhi u khí CO2 nh t sau ñó là ñ t d u và xăng H u qu c a vi c tiêu th nhiên li u hóa th ch là t ng lư ng CO2 trong b u khí quy n tăng lên m i năm [4] WMO nh n ñ nh khí CO2 là lo i khí th i gây hi u ng nhà kính quan tr... p ……………………… 3 CHƯƠNG 1 T NG QUAN TÀI LI U 1.1 nh hư ng c a khí th i ñ t than ñ n vi c bi n ñ i khí h u 1.1.1 Thành ph n khí th i ñ t than Khí th i ñ t than có thành ph n ch y u là CO2, NOx, SO2, HxCy, CO và các h t b i lơ l ng kích thư c c vài micromet.Thông thư ng trong khí th i ñ t than CO2 chi m kho ng 12% Khi n ng ñ khí CO2 trong không khí tăng lên thì nhi t ñ Trái ñ t cũng s tăng lên Ngư i ta... CO2 t khí th i ñ t than ñ nuôi vi t o Spirulina platensis gi u dinh dư ng” ð tài ñư c ti n hành v i m c tiêu là s d ng ñư c CO2 t khí th i ñ t than cho nuôi vi t o có giá tr kinh t , góp ph n gi m thi u m t lo i khí gây hi u ng nhà kính và gi m giá thành nuôi t o Nghiên c u ñư c th c hi n t i phòng Th y sinh h c môi trư ng, Vi n Công ngh môi trư ng, Vi n HLKHCN Vi t Nam Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà... tác trong không gian nh g n Khí NOx, HC, CO ñư c chuy n hóa v CO2, H2O và N2 theo các ph n ng oxy hóa kh [4] T n d ng ngu n CO2 t khí th i ñ s n xu t t o Spirulina platensis Ý nghĩa c a CO2 trong s n xu t sinh kh i Spirulina platensis N ng ñ CO2 trong khí quy n tăng lên là m i lo ng i c a nhi u chuyên gia môi trư ng nghiên c u v s nóng lên toàn c u Tuy nhiên, thi u CO2 trong khí quy n l i h n ch s phát... Project) [1] Khí dioxide carbon - CO2 chi m t i m t n a kh i lư ng các khí nhà kính và ñóng góp t i 60 % trong vi c làm tăng nhi t ñ khí quy n ð t than th i ra nhi u CO2 nh t, sau ñó là ñ t d u và xăng H u qu c a vi c tiêu th năng lư ng nhiên li u hóa th ch là t ng lư ng CO2 trong b u khí quy n tăng lên m i năm.[6] Thông thư ng trong khí th i ñ t than, CO2 chi m kho ng 12 % C 1 t n carbon trong than thì... vào khí quy n lư ng l n khí CO2 Vi c ñ t ngu n nhiên li u hóa th ch là nguyên nhân chính c a vi c tăng n ng ñ CO2 trong khí quy n và d n t i m i quan tâm v vai trò c a nó trong trong s thay ñ i khí h u toàn c u và s axit hóa ñ i dương [10] K t qu t vi c s n xu t ra 1 kwh năng lư ng ñi n t quá trình ñ t than gi i phóng ra 0,95 kg CO2 [7] M t nhà máy ñi n ñ t than công su t nh 50 MW th i ra 1140 t n CO2/ ngày,... dòng khí trong ñó có CO2, ki u s c khí CO2 (tr c ti p hay gián ti p, có t o b t hay không t o b t khí nh , có phao hay không, s d ng b t Nano giũ khí trong d ch th , … cũng như ñ c ñi m sinh h c c a t ng loài vi t o ñã có nh hư ng r t rõ r t lên kh năng h p th CO2 Vì v y, nh ng nghiên c u liên quan là cơ s khoa h c quan tr ng cho phép nhân r ng mô hình s d ng khí th i CO2 t các lò ñ t than ñ nuôi tr... bào ho c hình s i [20] Loài Spirulina platensis thu c: Chi Spirulina H Oscillatoriceae B Oscillatoriales (Nostocales) L p Cyanophyceae (Cyanobacteria: Vi khu n lam) Ngành Cyanophyta (Cyanochlorophyta) t c là ngành t o lam có ch a chlorophyll Spirulina ch y u có hai loài Spirulina platensis và Spirulina maxima, trong ñó Spirulina platensis là ph bi n hơn c 1.2.3 Phân b Spirulina ñư c tìm th y ñ t, . sử dụng CO 2 từ khí thải ñốt than ñể nuôi vi tảo Spirulina platensis giầu dinh dưỡng . ðề tài ñược tiến hành với mục tiêu là sử dụng ñược CO 2 từ khí thải ñốt than cho nuôi vi tảo có giá trị. NGHIỆP HÀ NỘI  PHAN THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO 2 TỪ KHÍ THẢI ðỐT THAN ðỂ NUÔI VI TẢO SPIRULINA PLATENSIS GIẦU DINH DƯỠNG CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC . sử dụng khí CO 2 trong khí thải ñốt than cho nuôi vi tảo có giá trị kinh tế, góp phần giảm thiểu một loại khí gây hiệu ứng nhà kính, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: Nghiên cứu sử dụng