NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ TỔNG HỢP DẦU CỦA TẢO

nước bề mặt ,gây ra ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý tốt.Giả thiết đặt ra có thể dùng tảo để xử lý nước thải?giả thiết này hoàn toàn hợp lý do trong nước thải ,hàm lượng nito và p

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

HỢP DẦU CỦA TẢO

Họ và tên sinh viên: NÔNG VĂN ĐỨC Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Niên khóa: 2008 - 2012

Tháng 08/2012

N GHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

LỜI CẢM TẠ

Con kinh ghi ơn ông bà, cha mẹ đã sinh thành ra con và là nguồn động viên,

khích lệ cho con suốt trong quá trình học tập cũng như trong suốt thời gian thực hiên

khóa luận tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Vĩnh – người thầy kính yêu

đã tận tình hướng dẫn tôi Trong suốt quá trình thực hiện, thầy luôn nhắc nhở, sửa

chữa những sai sót và cũng không ngừng động viên tạo điều kiện cho tôi hoàn thành

tốt khóa luận tốt nghiệp

Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học

trường Đại học Nông Lâm, nhất là thầy Diệp Thanh Tùng đã tận tình giảng dạy,

truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, cùng các bạn trong

lớp DH08HH đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian 4 năm học tập tại

trường Trong quá trình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm I4,I5,I7, Tôi 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 cùng các bạn lớp DH08HH Nhờ vậy

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 tôi chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót 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 8 năm 2012

Sinh viên

Nông văn Đức

TÓM TẮT

Sinh viên thực hiện:Nông Văn Đức, đề tài được báo cáo vào tháng 8/2012

“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải và tổng hợp dầu từ tảo”

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Vĩnh

Đề tài được thực hiện từ tháng 3/2012 đến tháng 8/2012, tại phòng thí nghiệm I4,I5,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 vulgaris

Nội dung khóa luận thể hiện qua các kết quả sau:

a Dùng phương pháp RSM tìm ra được công thức dinh dưỡng phù hợp,đề xuất được tỉ lệ nước thải tảo có thể phát triển tốt,tảo sống được ở tỉ lệ 20:80,40:60,60:40 (VNước thải/V Nước làm mát)

b Đánh giá khả năng nuôi tảo Chlorella vulgaris trong môi trường nước thải ở

nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Đồng Xanh (Đà Nẵng) trong bình 500 ml Tảo sinh trưởng tốt trong môi trường nước thải, làm giảm chỉ số BOD của nước thải xuống tối đa 29.2%, cho mật độ đỉnh cao (từ 230 đến 273,25 trtb/ml), khối lượng tảo khô K(mg/l) lớn (4.066 g/l), tỉ lệ trích ly dầu thô cao 57.32%

Có khả năng dùng nước thải để nuôi tảo Chlorella vulgaris sản xuất biodiesel và đồng

thời xử lý cả nước thải

ABSTRACT

Supervisor: Assoc Prof Truong Vinh

Students:Nông văn Đức, the project entitled “Study on the ability of treatment

of waste water and synthetize oil from algae.”

This project was carried out from February 2012 to August 2012, at Laboratory

of Chemiscal Engineering Department, Nong Lam University, Ho Chi Minh city

The algae Chlorella Vulgaris were used in experiments

The content of thesis was summarized in the following results:

a The RSM method was used to find suitable components of medium,promote the rate of wastewater which the algae can grow and develop,20:80,40:60,60:40(V wastewater/Vcooling water)

b Evaluated the possibility of raising algae Chlorella Vulgaris in

wastewater produced from ethanol plant (Dong Xanh - Da Nang) Algae grown well in wastewater, resulted in reduction 29.2% of BOD values of waterwaste,peak density was very high(from 230 to 273.25 million cell/ml),dry mass of the algae K(mg/l) was high (4.066 g/l),the extraction rate of crude oil was relatively high (57.32%).It is possible of using wastewater to grow algae to produce biodiesel and wastewater treatment simultaneously

M ỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ 2

Chương 1:MỞ ĐẦU 14

1.1 Đặt vấn đề 14

1.2 Mục tiêu : 15

1.3 Nội dung: 15

Chương 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 16

A.Tổng quan về tảo 16

2.1 Lịch sử nghiên cứu về tảo lục Chlorella sp 16

2.2 Tăng trưởng 21

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của tảo 23

Yếu tố hóa học 23

Các yếu tố vật lí 24

Các yếu tố sinh học 26

Các phương pháp nuôi tảo 27

2.4 Định lượng sinh khối tảo 32

2.5 Tách sinh khối tảo 32

-Phương pháp ly tâm 32

-Phương pháp lọc 33

2.6 Sấy sinh khối tảo 34

2.7 Một số phương pháp tách chiết chất béo 35

B.Tổng quan về nước thải 37

2.8 Nước thải và phân loại nước thải : 37

2.9 Đặc trưng chủ yếu của nước thải 40

C.Tổng quan về trích ly: 43

2.10 Các phương pháp trích ly: 43

2.11 Qui trình trích ly dầu từ tảo: 43

Chương 3:VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 45

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 45

3.1.1 Thời gian 45

3.1.2 Địa điểm 45

3.2 Vật liệu nghiên cứu 45

3.2.1 Nguồn tảo giống Chlorella 45

3.2.2 Mẫu nước thải: 45

3.2.3 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 46

3.2.3 Hóa chất thí nghiệm 48

3.2.4 Điều kiện nuôi cấy 50

3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 50

3.3.1 Quy trình sản xuất chung: 50

3.3.2 Bố trí thí nghiệm 52

3.4 Xác định các chỉ tiêu 62

3.4.1 Mật độ tảo 62

3.4.2 Khối lượng sinh khối tảo khô 65

3.4.3 Xác định các chỉ số COD, BOD của nước thải 66

3.4.4 Định nghĩa các công thức tính toán 66

3.4.5 Xử lý số liệu:Tôi tiến hành xử lý số liệu thu thập được bằng chương trình Microsoft Office Excel, và Statgraphics centurion 68

Chương 4:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69

4.1 kết quả phân tích mẫu nước thải:(ngày nhận mẫu 14/02/2012) 69

4.2 Kết quả thí nghiệm 1: 71

4.3 kết quả thí nghiệm 2: 77

4.4 kết quả thí nghiệm 3: 82

4.4.1 Nhận xét: 86

4.4.2 Phân tích mật độ đỉnh: 87

4.5 kết quả thí nghiệm 4: 88

4.5.1 kết quả sấy khô mẫu 4.1 và mẫu 5: 88

4.5.2 kết quả ly tâm 6 mẫu 91

4.6 kết quả thí nghiệm 5: 94

4.6.1 kết quả nuôi thí nghiệm 5 94

4.6.2 phân tích ANOVA mật độ đỉnh: 100

4.6.3 Kết xác định hàm khô 102

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 105

5.1 Kết luận 105

5.2 Đề nghị 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

BOD : Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa)

COD : Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)

VCNSH : Viện công nghệ sinh học

MĐTB : Mật độ tế bào

MĐBĐBT : Mật độ ban đầu bố trí

HLDTB : Hàm lượng dầu trung bình

ISO : International Organization for Standardization(Tổ Chức Quốc Tế

Về Tiêu Chuẩn Hóa)

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Một vài hình ảnh Chlorella sp 17

Hình 2.2: Các pha tăng trưởng trong nuôi vi tảo (Lavens và Sorgeloos, 1996) 22

Hình 2.3: Thiết bị nuôi sản xuất sinh khối tảo trong ống xoắn ở Úc 28

Hình 2.4: Sơ đồ sản xuất dùng cho nuôi tảo theo từng mẻ (Lee và Tamaru, 1993) 29

Hình 2.5: Kỹ thuật chiết ngấm kiệt 36

Hình 2.6: Chiết bằng thiết bị Soxhlet 36

Hinh 2.7 quy trình trích li dầu tảo 44

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình các bước thí nghiệm 51

Hình 3.4:Hình dạng ngoài của buồng đếm hồng cầu 63

Hình 3.5: Kích thước các ô trong buồng đếm 64

Hình 4.1:Đồ thị biểu diễn sự phát triển theo ngày của 10 mẫu tảo thí nghiệm 74

Hình 4.2:Biểu đồ thể hiện tốc độ phát triển của mật độ tảo theo thời gian 75

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn mật độ tảo theo thời gian 76

Hình 4.4 :Biểu đồ cột thể hiện biểu thị mật độ tảo theo thời gian 78

Hình 4.5: Biểu đồ XY(phân tán) biểu thị mật độ tảo theo thời gian 79

Hình 4.6: Biểu đồ phân tán 80

Hình 4.7 Đồ thị ANOVA cho mật độ đỉnh 81

Hình 4.8 :Hình ảnh nuôi thí nghiệm 3 83

Hình 4.9 Đồ thị cột biểu diễn mật độ theo thời gian 85

Hình 4.10: Đồ thị phân tán 86

Hình 4.11: Biểu đồ phân tán của mật độ đỉnh bởi yếu tố tỷ lệ nước thải 88

Hình 4.12:Mẫu 5 sau khi sấy 90

Hình 4.13: Mẫu 4.1 sau khi sấy 90

Hình 4.14: Hình ảnh quá trình chuẩn bị mẫu trước ly tâm(lần 1) 92

Hình 4.15:Hình ảnh dầu thô mẫu 4.1 93

Hình ảnh 4.16: Hình ảnh dầu thô mẫu 5 93

Hình 4.17: Hình ảnh nuôi tảo nghiệm thức 4 95

Hình 4.18: Hình ảnh nuôi tảo nghiệm thức 4* 96

Hình 4.19: Hình ảnh nuôi tảo nghiệm thức 5 96

Hình 4.20: Nước thu được sau ly tâm 97

Hình 4.21:Ly tâm 9 mẫu để xác định khối lượng khô 97

Hình 4.22 Biểu đồ cột biểu thị mối tương quan giữa mật độ tảo theo ngày 98

Hình 4.23 Biểu đồ phân tán biểu thị mật độ theo thời gian của thí nghiệm 5 99

Hình 4.25: Biểu đồ phân tán thể hiện mật độ đỉnh theo yếu tố nước thải 101

Hình 4.24 Đồ thị ANOVA cho mật đô đỉnh thí nghiệm 5 101

DANH SÁCH CÁC B ẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella sp 18

Bàng 2.2:Thành phần aminoacid (%) của Chlorella sp 20

Bảng 2.3: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo 31

Bảng 2.4: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo (Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999) 34

Bảng 3.1 Thành phần hóa chất và nồng độ môi trường basal 48

Bảng 3.2 Thành phần và hóa chất môi trường dinh dưỡng cho nước thải tính theo basal 49

Bảng 3.3 bảng mã hóa môi trường nuôi(mã hóa) 52

Bảng 3.4 bảng giá trị biến thực của thí nghiệm 1: 53

Bảng 3.5 : nhu cầu dịch nuôi tại nghiệm thức trung tâm: 54

Bảng 3.6 :pha dịch dinh dưỡng theo nghiệm thức trung tâm(ml/l) 55

Bảng 3.7:Pha dịch dinh dưỡng theo nghiệm thức trung tâm(tính trên ml/2.5 l) 56

Bảng 3.8 bảng bố trí nghiệm thức thí nghiệm 2 tính theo(%) 57

Bảng 3.9 bảng bố trí nghiệm thức thí nghiệm 2 tính theo (ml) 57

Bảng 3.10:kết quả xét nghiệm:ngày lấy mẫu 12/03/2012 58

Bảng 3.11 bố trí nghiệm thức thí nghiệm 3 tính theo(%) 59

Bảng 3.12 Bố trí nghiệm thức thí nghiệm 3 tính theo(ml) 59

Bảng 3.13 Sơ đồ bố trí bình nuôi thí nghiệm 3 60

Bảng 3.14 Bảng bố trí thí nghiệm 5 tính theo (%) 61

Bảng 3.15 Bảng bố trí thí nghiệm 5 tính theo (ml) 61

Bảng 3.16:Bảng kết quả thử nghiệm 62

Bảng 4.1 kết quả mẫu nước thải ban đầu 69

Bảng 4.2:Quy định về tiêu chuẩn nước thải công nghiệp –TCVN 5945-1995 70

Bảng 4.3: Bảng so sánh hàm lượng các thông số trong mẫu nước so với hàm lượng cần (tính trên cơ sở Basal) 71

Bảng 4.4 Bảng số liệu thô thí nghiệm 1,theo dõi MĐTB mỗi ngày tính theo (trtb/ml) 72 Bảng 4.5 Bảng kết quả số liệu thô thí nghiệm 2 77

Bảng 4.6 Bảng ANOVA mật độ định TN2: 80

Bảng 4.7 Số liệu mật độ tảo tính bằng (triệu tb/ml): 82

Bảng 4 8:Sơ đồ khối hệ thống lọc khí: 84

Bảng 4.9 :Phân tích ANOVA Mật độ đỉnh TN3: 87

Bảng 4.10: Khối lượng tảo khô sau ly tâm và sấy tính theo g : 91

Bảng 4.11: khối lượng tảo khô sau ly tâm và sấy (g/ml): 91

Bảng 4.12 :Bảng số liệu thô thí nghiệm 5(triệu tb/ml): 94

Bảng 4.13 bảng ANOVA phân tích mật độ đỉnh thí nghiệm 5 100

Bảng 4.14: khối lượng tảo khô sau ly tâm và sấy tính theo(mg) 102

Bảng 4.15:khối lượng tảo khô sau ly tâm và sấy tính theo (mg/ml) 102

Bảng 4.15:Bảng kết quả thử nghiệm mẫu nước thải sau khi nuôi tảo 103

Bảng 4.16:So sánh kết quả thử nghiệm mẫu nước thải sau khi nuôi tảo với mẫu nước thải trước khi nuôi(trước khi tiến hành TN5) 103

vấn đề ô nhiễm không khí và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống Nguồn nhiên

liệu dầu mỏ đang cạn kiệt dần Bên cạnh đó, đốt nhiên liệu dầu mỏ sinh ra khí CO2

gây nên vấn đề môi trường Do vậy, dùng nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu

thống Do đó tiềm năng về việc sản xuất biodiesel nhằm thay thế cho nhiên liệu truyền

thống trong tương lai là rất lớn nhằm tạo ra nguồn năng lượng sạch đối với môi trường

Nền công nghiệp của nước nhà đang phát triển rộng lớn ,nhiều nhà máy xí nghiệp đang dần được xây dựng.Sự phát triển kinh tế cũng tiềm ẩn song song với nó là nguy

cơ ô nhiễm môi trường.Lượng nước thải ra thoát ra có thể làm thay đổi chất lượng

nước bề mặt ,gây ra ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý tốt.Giả thiết đặt ra có thể dùng tảo để xử lý nước thải?giả thiết này hoàn toàn hợp lý do trong nước thải ,hàm lượng nito và photpho là nguồn dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và phát triển của

tảo.Ngoài ra ,việc thu hồi sinh khối tảo sau xử lý có thể thực hiện thuận lợi ,dễ dàng ,giảm giá thành xử lý.do đó nếu xử lý nước thải bằng tảo có thể giảm được chi phí xử

lý nước thải,vừa tận dụng được môi trường nuôi để nuôi tảo ,thu được sinh khối để tách chiết lấy dầu,từ đó sản xuất Biodiesel

Do vậy, được sự phân công của bộ môn Công nghệ hóa học và dưới sự hướng

dẫn của PGS.TS Trương Vĩnh, kỹ sư:Diệp thanh Tùng , tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của tảo và tổng hợp dầu của tảo ”

1.2 Mục tiêu :

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của tảo

Xác định hàm lượng dầu thu được

Xác định hiệu quả xử lý nước thải

1.3 Nội dung:

• Cải tiến môi trường nuôi để tăng hàm lượng dầu bằng cách sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng với điểm tâm là môi trường nước thải thiếu Fe và P

• Thí nghiệm nuôi tảo trong môi trường nước thải

• Thí nghiệm quy trình chiết dầu thô

• Thí nghiệm xác định hàm lượng chất khô đạt được của mẫu tảo sau khi nuôi

trong nước thải

Chương 2

A.T ổng quan về tảo

2.1 Lịch sử nghiên cứu về tảo lục Chlorella sp

Loài vulgaris pyrenoidosa

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, 8 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

Các hình thức sinh sản ở tảo lục

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

Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của tế bào Chlorella sp tùy thuộc vào tốc độ sử dụng môi

trường dinh dưỡng trong quá trình phát triển

Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella sp

(Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

Protein tổng số Gluxit Lipid Sterol Sterin β-Caroten Xanthophyll Chlorophyll a Chlorophyll b Tro Vitamin B1

40 – 60 %

25 – 35 %

10 – 15 % 0,1- 0,2 % 0,1- 0,5 % 0,16 % 3,6 – 6,6 % 2,2 % 0,58 %

10 – 34 % 18,0 mg/gr

C

K B6 B2 B12 Niacin Acid Nicotinic

0,3 – 0,6 mg/gr

6 mg/gr 2,3 mg/100gr 3,5 mg/100gr

7 - 9 mg/100gr

25 mg/100gr

145 mg/100gr

Bàng 2.2:Thành phần aminoacid (%) của Chlorella sp

( Webb 1983; Nguyễn Hữu Đại,1999)

Arginine Aspartic Threonine Serine Glutamic acid Proline

Glucine Alanine Valine Cystein Methionine Isoleucine Leucine Tyrocine Phenyl Lycine Trytophan

5,17 9,24 5,44 5,32 15,10 5,19 9,23 10,97 6,24 0,40 0,22 4,08 8,30 2,47 4,12 5,63 1,23

Histidine Taurin

1,59 0,04

Thành phần hóa học của các loài Chlorella sp phụ thuộc nhiều vào sự có mặt

của nitơ trong môi trường Khi lượng nitơ có trong môi trường thấp thì hàm lượng protein của Chlorella sp giảm xuống rõ rệt trong khi lượng cacbohydrat và lipid lại tăng lên

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… (Vũ Thị Tám, 1982) Các nguyên tố vô cơ cũng có chức năng sinh lý quan trọng đối với thực vật (C, H, O, K, Mg, Fe, Cu,…) Ngoài ra, Chlorella

sp còn chứa glucid, acid amine thiết yếu, nhiều loại vitamin như: carotene, thiamine, niacine, paridoxine, choline, acid lipoic, acidpentonoid, ….các vitamin nhóm C, A,

B1, B2, B6, K… có nhiều trong tế bào tảo tươi

(Nguồn: http://www.tuberosr.com/chlorella.htm )

2.2 Tăng trưởng

Tăng trưởng là biểu hiện cho sự gia tăng về số lượng so với số lượng tảo cấy ban đầu (Pelczar và cộng sự, 1977; Pinij Kungvanki, 1988; trích bởi Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008) Sự tăng trưởng của các vi tảo nói chung và Chlorella sp nói riêng nuôi trong điều kiện vô trùng đều thông qua 5 pha như sau:

Hình 2.2: Các pha tăng trưởng trong nuôi vi tảo (Lavens và Sorgeloos, 1996)

A Pha log (pha chậm hoặc cảm ứng)

Sau khi cấy vào môi trường nuôi, quần thể tạm thời không thay đổi Điều này không có nghĩa là các tế bào không hoạt động Việc chậm phát triển là do sự thích nghi sinh lí của chuyển hóa tế bào để phát triển, như mức tăng enzyme và các chất chuyển hóa liên quan đến sự phân chia tế bào và cố định cacbon, ở giai đoạn này các

tế bào cũng gia tăng về kích thước của chúng Ở cuối pha này, mỗi sinh vật bắt đầu phân chia

B Pha log (pha sinh trưởng theo hàm số mũ)

Ở pha này, mật độ tế bào tăng như là hàm số của thời gian theo hàm logarit:

Với Co và Ct là các nồng độ tế bào tại thời điểm 0 và t tương ứng với m là tốc

độ sinh trưởng đặc thù Tốc độ sinh trưởng đặc thù phụ thuộc chủ yếu vào loài tảo, cường độ ánh sáng và nhiệt độ Nếu nuôi trong các điều kiện tối ưu, tốc độ tăng trưởng là tối đa trong suốt giai đọan này

C Pha giảm tốc độ sinh trưởng (pha ngừng tăng trưởng tương đối)

Sự phân chia tế bào sẽ chậm lại khi các điều kiện về dinh dưỡng, ánh sáng, độ

pH, CO2 hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh trưởng

D Pha ổn định

Tại đây sự tăng trưởng theo pha hàm số mũ dần bắt đầu ngừng lại sau vài giờ

hoặc vài ngày Quần thể duy trì ở mức ít hơn hoặc nhiều hơn ở một giá trị không đổi nào đó trong một thời gian, có thế đó là kết quả của sự ngừng phân chia hoàn toàn hoặc phân chia để bù vào số tế bào bị chết

E Pha suy tàn

Ở giai đoạn này các nhà nuôi tảo đều không mong muốn tuy nhiên không thể tránh khỏi giai đoạn này Đây là giai đoạn mà các tế bào tảo chết nhanh hơn là tốc độ

sản sinh ra tế bào mới Do chất lượng nước bị giảm, nguồn dinh dưỡng bị cạn kiệt đến

mức không thể duy trì được sự sinh trưởng và phát triển của tảo Lúc này mật độ tế bào giảm theo cấp số nhân và việc nuôi cũng kết thúc

Sự tăng trưởng ổn định chỉ có thể đạt đến giá trị tối đa khi được nuôi dưới

những điều kiện tăng trưởng tối ưu đặc biệt là về nhiệt độ, ánh sáng và dinh dưỡng Nhưng nếu chuyển sang môi trường không thích hợp thì mật độ tảo sẽ giảm đi một cách đáng kể

Vấn đề cấp thiết trong việc nuôi tảo là phải kiểm soát được điều kiện nuôi Điều kiện này chỉ có thể đạt được khi nuôi trong điều kiện môi trường được vô trùng,

kiểm soát không khí và cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, pH có thể thay đổi theo ý muốn

Vấn đề cần quan tâm trong sự suy tàn của tảo có thể do một số nguyên nhân như thiếu nguồn dưỡng chất, thiếu CO2, nhiệt độ cao, pH không ổn định do tình trạng nhiễm bẩn từ không khí Yếu tố then chốt giúp thành công trong nuôi tảo là duy trì tảo nuôi luôn ở pha log, có thể nói đây là pha luôn ổn định về số lượng và chất lượng

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của tảo

Yếu tố hóa học

a 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 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 (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước

Hiền, 1999; Cao Tuấn Kiệt, 2007; Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

b Các chất dinh dưỡng / 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,…

Các y ếu tố vật lí

a Nhi ệt độ

Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau tùy theo loài (Trịnh Trường Giang, 1997) 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 - 25o

gây thiệt hại cho một số loài (Lavens và Sordeloos, 1996; trích bởi Cao Tuấn Kiệt, 2007)

Trong điều kiện tự nhiên nên nuôi cấy Chlorella sp 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 (Võ Thị Bích Duyên và Ngô Thạch Minh

Thảo, 2000) 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 (Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

c Khuấy sục môi trường nuôi (chế độ sục khuấy)

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 (Lavens và Sorgeloos, 1996; Đặng Đình Kim

và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

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 (Đặng Đình Kim,

Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

c 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 cacbon vô cơ để chuyển hóa thành cacbon 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 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 (Robert, 1971; Trích bởi Đậu Thị Như Quỳnh, 2001).thể làm tảo chết

hoặc làm giảm đáng kể năng suất nuôi trồng

Các yếu tố sinh học

Các nguồn gây nhiễm và xử lí 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

+ 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

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

 Hệ thống nuôi tảo hở hoặc kín

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 các ống nghiệm, bình tam giác, túi…

 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

Hình 2.3: Thiết bị nuôi sản xuất sinh khối tảo trong ống xoắn ở Úc

(Yusuf Chisti, 2007)

 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

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

Hình 2.4: 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; Tr ần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

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:

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

Nuôi bán liên t ục

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 2.3: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo

(Theo một tác giả giấu tên, 1991; Lavens và Sorgeloos, 1996)

Phương pháp

1 Nuôi trong nhà Độ kiểm soát cao (có thể

2 Nuôi ngoài trời Rẻ hơn Ít kiểm soát (ít đoán

trước được)

5 Nuôi vô trùng Có thể dự đoán trước, ít

có khả năng sụp đổ Tốn kém, khó thực hiện

6 Nuôi không vô

trùng Rẻ và dễ thực hiện hơn Dễ thất bại

7 Nuôi liên tục

Hiệu quả, cung cấp tảo

chất lượng cao và ổn định,

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

Khó thực hiện, chỉ có

thể nuôi với số lượng nhỏ,

phức tạp, trang thiết bị tốn kém

9 Nuôi theo mẻ Dễ nhất, chắc chắn nhất

Hiệu quả thấp nhất, chất lượng có thể thay đổi nhiều

2.4 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

- Phương pháp cân trọng lượng khô của tảo nuôi là cách tốt nhất để đánh giá sinh khối tảo Phương pháp này gồm các bước : thu mẫu, tách tảo khỏi pha loãng bằng cách ly tâm hoặc bằng các bộ lọc như lọc tiếp tuyến, sấy và cân trọng lượng khô

Ngoài ra còn có các phương pháp như: đo độ đục (OD), xác định hàm lượng chlorophyll, phương pháp đo thải O2 quang hợp, xác định huỳnh quang chlorophyll… Đây là những phương pháp tương đối mới với công nghệ vi tảo cần có nhiều kĩ thuật

và chuyên môn để hoàn chỉnh với các phương pháp trên và đây cũng là tiềm năng lớn của công nghệ vi tảo trong tương lai

2.5 Tách sinh khối tảo

Cho tới nay nhiều phương pháp thu sinh khối đã được ứng dụng như ly tâm,

lắng lọc, kết lắng hóa học, kết lắng bằng điện trường, tự kết lắng, lọc trọng trường, lọc chân không… khâu thu hoạch tảo là khâu có ảnh hưởng lớn đến giá thành sản xuất

-Phương pháp ly tâm

Phương pháp ly tâm có ưu điểm chính là đơn giản và không phải sử dụng hóa

chất bổ sung Trong quá trình ly tâm thì các tế bào sẽ đọng lại ở thành của đầu máy ly tâm ở dạng bột nhão lắng Sau đó bột này được treo lơ lửng trở lại trong một dung

dịch nước hạn chế Tuy vậy, chi phí năng lượng cho phương pháp thu hoạch này là

khá lớn (khoảng 1 KWh/m3

) khiến việc sử dụng nó chỉ khả thi trong những cơ sở sản xuất cho ra các sản phẩm chất lượng cao

-Phương pháp lọc

Đây là phương pháp khả thi cho thu hoạch nhiều loài tảo nói chung và

Chlorella sp nói riêng Vật liệu dùng cho lọc cơ học là cát mịn, sợi cellulos Tốc độ

lọc chậm và màng lọc hay bị bít tắc do chính sinh khối tảo và vi sinh vật khiến phương pháp này cần lượng nước khá lớn để rửa thường xuyên Trong các phương pháp lọc thì lọc nén áp suất thấp có triển vọng hơn cả do tốc độ nhanh và khả thi cho

sản xuất lớn vì giá thành không cao Những tảo đơn bào (Dunaliella, Chlorella, Scenedesmus…) thường đòi hỏi thu hoạch bằng ly tâm, lọc hoặc bằng phương pháp tạo bông (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

Phương pháp tạo bông

+ Tự kết lắng:

Hiện tượng tự kết lắng xảy ra khi pH tăng Khi tế bào lắng xuống cùng với

Ca2+, Mg2+ và muối photphat hoặc cacbonat Mặt khác đây cũng là hậu quả của sự tương tác giữa tảo và vi khuẩn hoặc giữa tảo và các polymer hữu cơ trong môi trường + Kết lắng bằng các chất hóa học

Những chất được coi là gây hiệu ứng tạo bông tốt đối với vi tảo là Al2(SO4)3, Ca(OH)2, FeSO4, clorua sắt và một số polymer khác Yếu điểm của phương pháp này

là sinh khối tảo sau khi thu hoạch sẽ chứa một lượng lớn chất hòa tan không mong

muốn và bản thân phương pháp sẽ làm ô nhiễm môi trường nuôi trồng nếu sau thu

hoạch môi trường được hoàn lưu Ngoài ra, phương pháp kết bông dùng các hóa chất hòa tan trên sẽ làm cho các tế bào đông tụ và lắng xuống đáy hoặc nổi lên trên bề mặt Sau đó, thu sinh khối tảo bằng cách dùng ống siphon hút tảo lắng dưới đáy hoặc vớt

tảo ra khỏi bề mặt (Trần Thị Mỹ Xuyên, 2008)

2.6 Sấy sinh khối tảo

Sau khi tách tảo khỏi môi trường và cô đặc, phải tiến hành ngay việc sấy để giữ sinh khối khỏi bị vi sinh vật hủy hoại Người ta sử dụng nhiều phương pháp sấy tuy nhiên mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm khác nhau như sau:

Bảng 2.4: Một số phương pháp sấy sinh khối tảo

(Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

Phương pháp Ưu và nhược điểm Dùng cho tảo

1.Sấy tiếp xúc Nhanh, hiệu quả nhưng giá

thành cao

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina

2.Phơi nắng Đầu tư thấp nhưng chậm và

phụ thuộc thời tiết

Chlorella, Scenedesmus, Spirulina

Tính toán cho việc sấy sinh khối tảo chiếm tỉ lệ chi phí khá cao của quá trình sản xuất tảo Các phương pháp sấy được đề xuất phụ thuộc vào nguồn vốn đầu tư, nhu

cầu năng lượng và có ảnh hưởng rõ rệt đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt đối với tảo

lục có thành tế bào rất chắc (Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999)

Phương pháp sấy phun cho sản phẩm bột rất đồng đều nhưng chi phí cao Việc

bổ sung một số chất chống oxy hóa vào dịch tảo trước khi sấy phun có thể giữ nguyên

chất lượng sắc tố và vitamin của sinh khối

Tuy nhiên khả năng tiêu hóa của dịch tảo sấy phun khô chỉ đạt 50 % so với 80

% khi tảo này được sấy tiếp xúc Tuy nhiên phương pháp sấy tiếp xúc làm biến tính protein hơn so với sấy phun

- Sấy mặt trời: đây là phương pháp sấy rẻ nhất Tính toán cho thấy để làm khô lớp sinh khối tảo dày 0,75 cm cần ít nhất 1 ngày Vì tốc độ sấy khô rất chậm và phụ thuộc thời tiết nên phương pháp tỏ ra không hiệu quả khi áp dụng cho sản xuất quy

mô lớn

- Phương pháp sấy đông khô tỏ ra hiệu quả trong việc ổn định thành phần sinh hóa của tảo nhưng không có triển vọng được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sản xuất đại trà vi tảo

2.7 Một số phương pháp tách chiết chất béo

Kỹ thuật này không đòi hỏi thiết bị phức tạp vì thế có thể thao tác với lượng lớn mẫu cây Ngâm bột cây trong một bình chứa bằng thủy tinh hoặc bằng thép không

rỉ, có nắp đậy Sau đó rót dung môi tinh khiết vào bình cho đến xấp xỉ bề mặt của lớp bột cây Giữ yên ở nhiệt độ phòng trong một đêm hoặc một ngày, để cho dung môi xuyên thấm vào cấu trúc tế bào thực vật và hòa tan các hợp chất tự nhiên Sau đó, dung dịch chiết sẽ được lọc ngang qua một tờ giấy lọc, thu hồi dung môi sẽ có được cao chiết Tiếp theo rót dung môi mới vào bình chứa bột cây và tiếp tục quá trình chiết thêm một số lần nữa cho đến khi chiết kiệt mẫu cây

Hình 2.5: Kỹ thuật chiết ngấm kiệt

Phương pháp chiết ngâm dầm

Dung môi sau khi được thu hồi, được làm khan nước bằng các chất làm khan

và được tiếp tục sử dụng để chiết các lần sau

Phương pháp chiết bằng máy chiết Soxhlet

Hình 2.6: Chiết bằng thiết bị Soxhlet

Dụng cụ: gồm một bình cầu A đặt trong bếp đun có thể điều chỉnh nhiệt độ Một bộ phận chứa mẫu bột cây, gồm 3 ống: ống D có đường kính lớn được đặt ở giữa

để chứa bột cây Ống B có đường kính trung bình để dẫn dung môi từ bình A bay lên

đi vào ống D chứa bột cây Ống E có đường kính nhỏ là ống thông nhau để dẫn dung môi từ D trả ngược trở lại bình cầu A Trên cao nhất là ống C ngưng hơi

Thực hành: bột cây xay khô được đặt trực tiếp trong ống D hoặc trong túi vải

để dễ lấy bột cây ra khỏi máy Không được để lượng bột cây trong ống D cao vượt quá hơn mức cong của ống thông nhau E

Rót dung môi đã lựa chọn vào bình cầu Kiểm tra hệ thống kín, mở nước chảy hàn lưu trong ống ngưng hơi Cắm bếp điện và điều chỉnh nhiệt sao cho dung môi trong bình cầu sôi nhẹ đều Dung môi tinh khiết khi được đun nóng sẽ bốc hơn lên cao, theo ống B lên cao hơn rồi theo ống ngưng hơi để lên cao nữa, nhưng tại đây hơi dung môi bị ống ngưng hơi làm lạnh, ngưng tụ thành thể lỏng, rớt thẳng xuống ống D đang chứa bột cây Dung môi ngấm vào bột cây và chiết những chất hữu cơ nào có thể hòa tan vào dung môi.Theo quá trình đun nóng, lượng dung môi rơi vào ống D càng nhiều, mức dung môi dâng lên cao trong ống D và đồng thời cũng dâng cao trong ống

E, đây là ống thông nhau Đến một mức cao nhất trong ống E, dung môi sẽ bị hút về bình cầu A, lực hút này sẽ rút ra hết lượng dung môi đang chứa trong ống D

Bếp vẫn tiếp tục đun và một quy trình mới vận chuyển dung môi như ban đầu Các hợp chất được hút xuống bình cầu và nằm tại đó, chỉ có dung môi tinh khiết là được bốc hơi bay lên để tiếp tục quá trình chiết Tiếp tục đến khi chiết kiệt chất trong bột cây

Sau khi hoàn tất, lấy dung môi chiết ra khỏi bình cầu A, đuổi dung môi thu được cao chiết

B.Tổng quan về nước thải

2.8 Nước thải và phân loại nước thải :

* Nước thải:

Nước đã qua sử dụng được gọi là nước thải.Nước thải thoát ra từ nhà ở ,bệnh viện ,phòng thí nghiệm ,nhà máy ,các cơ sở sản xuất thủ công của các lang nghề ,các

cơ sở chăn nuôi trồng trọt ,….chảy qua một hệ thống cống nhưng không qua xử lý đổ

thẳng vào sông ,hồ đã làm thay đổi chất lượng nước bề mặt ,gây ra ô nhiễm môi trường nước các biểu hiện của sự thay đổi chất lượng nước dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nước có thể nhận biết sự ô nhiễm này bằng trực giác ,song để nhận

biết chính xác phải xác định hàm lượng cụ thể các chất hòa tan.bằng trực giác có thể thấy được các chất có hàm lượng tương đối cao hòa tan trong đó và nước thải có

những biểu hiện đặc trưng:

Độ đục:Nước thải không trong suốt Các chất rắn không tan tạo ra các huyền phù lơ lửng Các chất lỏng không tan tạo dạng nhũ tương lơ lửng hoặc tạo váng trên

mặt nước Sự xuất hiện của các chất keo làm cho nước có độ nhớt

* Màu sắc:

Nước tinh khiết không màu Sự xuất hiện màu trong nước thải rất dễ nhận biết Màu xuất phát từ các cơ sở công nghiệp nói chung và các sơ sở tẩy nhuộm nói riêng Màu của các chất hoá học còn lại sau khi sử dụng đã tan theo nguồn nước thải Màu được sinh ra do sự phân giải của các chất lúc đầu không màu Màu xanh là sự phát triển của tảo lam trong nước Màu vàng biểu hiện của sự phân giải và chuyển đổi cấu trúc sang các hợp chất trung gian của các hợp chất hữu cơ Màu đen biểu hiện của sự phân giải gần đến mức cuối cùng của các chất hữu cơ

* Mùi:

Nước không có mùi Mùi của nước thải chủ yếu là do sự phân huỷ các hợp chất

hữu cơ trong thành phần có nguyên tố N, P và S Xác của các vi sinh vật, thực vật có Prôtêin là hợp chất hữu cơ điển hình tạo bởi các nguyên tố N, P, S nên khi thối rữa đã

bốc mùi rất mạnh Các mùi: khai là Amôniac (NH3), tanh là các Amin (R3N, R2NH-), Phophin (PH3) Các mùi thối là khí Hiđrô sunphua (H2S) Đặc biệt, chất chỉ cần một lượng rất ít có mùi rất thối, bám dính rất dai là các hợp chất Indol và Scatol được sinh

ra từ sự phân huỷ Tryptophan, một trong 20 Aminoaxit tạo nên Prôtêin của vi sinh vật,

thực vật và động vật

* V ị:

Nước tinh khiết không có vị và trung tính với độ pH=7 Nước có vị chua là do tăng nồng độ Axít của nước (pH<7) Các Axít (H2SO4, HNO3) và các Ôxít axít (NxOy, CO2, SO2) từ khí quyển và từ nước thải công nghiệp đã tan trong nước làm cho độ pH của nước thải giảm xuống Vị nồng là biểu hiện của kiềm (pH>7) Các cơ

sở công nghiệp dùng Bazơ thì lại đẩy độ pH trong nước lên cao Lượng Amôniac sinh

ra do quá trình phân giải Prôtêin cũng làm cho pH tăng lên Vị mặn chát là do một số muối vô cơ hoà tan, điển hình là muối ăn (NaCl) có vị mặn

Nhiệt độ của nước sẽ thay đổi theo từng mùa trong năm Nước bề mặt ở Việt Nam dao động từ 14,3-33,50C Nguồn gốc gây ô nhiễm nhiệt độ chính là nhiệt của các nguồn nước thải từ bộ phận làm lạnh của các nhà máy, khi nhiệt độ tăng lên còn làm giảm hàm lượng Ôxy hoà tan trong nước

* Độ dẫn điện

Các muối tan trong nước phân li thành các ion làm cho nước có khả năng dẫn điện Độ dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ và độ linh động của các ion Do vậy, độ dẫn điện cũng là một yếu tố đánh giá mức độ ô nhiễm nước

* * Phân loại nước thải:

*Nước thải sinh hoạt :là nước thải từ các khu dân cư ,khu vực hoạt động thương mại ,khu vực công sở ,trường học và các cơ sở tương tự khác

*Nước thải công nghiệp(hay còn gọi nước thải sản xuất):là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động hoặc trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

*Nước thấm qua:là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác nhau,qua các khớp nối ,các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga

*Nước thải tự nhiên:nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những thành phố hiện đại ,chúng được thu gom theo hệ thống riêng