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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ TỔNG HỢP DẦU CỦA TẢO Họ tên sinh viên: NÔNG VĂN ĐỨC Ngành: CÔNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2008 - 2012 Tháng 08/2012 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ TỔNG HỢP DẦU TỪ TẢO Tác giả NƠNG VĂN ĐỨC Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn: PGS, TS Trương Vĩnh Tháng 08/2012 LỜI CẢM TẠ Con kinh ghi ơn ông bà, cha mẹ sinh thành nguồn động viên, khích lệ cho suốt q trình học tập suốt thời gian thực hiên khóa luận tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Vĩnh – người thầy kính u tận tình hướng dẫn tơi Trong suốt q trình thực hiện, thầy ln nhắc nhở, sửa chữa sai sót khơng ngừng động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Tơi chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường Đại học Nơng Lâm, thầy Diệp Thanh Tùng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu, bạn lớp DH08HH nhiệt tình giúp đỡ suốt thời gian năm học tập trường Trong q trình thí nghiệm phòng thí nghiệm I4,I5,I7, Tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi q thầy Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học trường Đại học Nông Lâm bạn lớp DH08HH Nhờ tơi hồn thành khóa luận cách tốt đẹp Mặc dù có nhiều cố gắng hạn chế kỹ thuật, kinh nghiệm, thời gian,…khóa luận tơi chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận góp ý từ thầy bạn để luận văn hồn thiện Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2012 Sinh viên Nơng văn Đức TĨM TẮT Sinh viên thực hiện:Nông Văn Đức, đề tài báo cáo vào tháng 8/2012 “Nghiên cứu khả xử lý nước thải tổng hợp dầu từ tảo” Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Vĩnh Đề tài thực từ tháng 3/2012 đến tháng 8/2012, phòng thí nghiệm I4,I5,I7 Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học, trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Đề tài tiến hành tảo giống Chlorella vulgaris Nội dung khóa luận thể qua kết sau: a Dùng phương pháp RSM tìm cơng thức dinh dưỡng phù hợp,đề xuất tỉ lệ nước thải tảo phát triển tốt,tảo sống tỉ lệ 20:80,40:60,60:40 (VNước thải/V Nước làm mát) b Đánh giá khả nuôi tảo Chlorella vulgaris môi trường nước thải nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Đồng Xanh (Đà Nẵng) bình 500 ml Tảo sinh trưởng tốt môi trường nước thải, làm giảm số BOD 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 thơ cao 57.32% Có khả dùng nước thải để nuôi tảo Chlorella vulgaris sản xuất biodiesel đồng thời xử lý 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 MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ 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 tảo 16 2.1 Lịch sử nghiên cứu tảo lục Chlorella sp 16 2.2 Tăng trưởng 21 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển 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 nước thải 37 2.8 Nước thải phân loại nước thải : .37 2.9 Đặc trưng chủ yếu nước thải 40 C.Tổng quan 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 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 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 tiêu 62 3.4.1 Mật độ tảo 62 3.4.2 Khối lượng sinh khối tảo khô .65 3.4.3 Xác định số COD, BOD nước thải 66 3.4.4 Định nghĩa cơng thức tính tốn .66 3.4.5 Xử lý số liệu:Tôi tiến hành xử lý số liệu thu thập chương trình Microsoft Office Excel, Statgraphics centurion 68 Chương 4:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69 4.1 kết phân tích mẫu nước thải:(ngày nhận mẫu 14/02/2012) 69 4.2 Kết thí nghiệm 1: 71 4.3 kết thí nghiệm 2: 77 4.4 kết thí nghiệm 3: 82 4.4.1 Nhận xét: 86 4.4.2 Phân tích mật độ đỉnh: 87 4.5 kết thí nghiệm 4: 88 4.5.1 kết sấy khô mẫu 4.1 mẫu 5: 88 4.5.2 kết ly tâm mẫu 91 4.6 kết thí nghiệm 5: 94 4.6.1 kết nuôi thí nghiệm 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 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT trtb/ml : Triệu tế bào/ml K : Khối lượng tảo khơ (mg/l) P : Tỉ lệ trích ly dầu thơ (%) M : Hàm lượng dầu thô (mg/l) v/v : Thể tích/thể tích RSM : Response surface method (Bề mặt đáp ứng) v/p : Vòng/phút BOD : Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) COD : Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học) VCNSH : Viện cơng 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) 4/8/2012 6.625 5/8/2012 10 6/8/2012 15 12.75 20.62 22.5 16.25 19.25 24.75 42.87 45.87 21.25 26.25 28 36.25 22.37 49.62 57 54.75 67.5 44.25 41.25 65 60.5 Hình 4.17: Hình ảnh ni tảo nghiệm thức 95 34.37 46.5 Hình 4.18: Hình ảnh ni tảo nghiệm thức 4* Hình 4.19: Hình ảnh ni tảo nghiệm thức 96 Hình 4.20: Nước thu sau ly tâm Hình 4.21:Ly tâm mẫu để xác định khối lượng khô 97 BIỂU ĐỒ SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC MẪU TẢO TN5 120 100 80 mẫu mẫu 4.1 mẫu 4.2 60 mẫu 4* mẫu 4*.1 mẫu 4*.2 mẫu 40 mẫu 5.1 mẫu 5.2 20 Hình 4.22 Biểu đồ cột biểu thị mối tương quan mật độ tảo theo ngày 98 Biểu đồ biểu diễn đường sinh trưởng mẫu tảo TN5 120 100 80 mẫu Mật độ mẫu 4.1 mẫu 4.2 60 mẫu 4* mẫu 4*.1 mẫu 4*.2 40 mẫu mẫu 5.1 mẫu 5.2 20 0 10 15 Ngày Hình 4.23 Biểu đồ phân tán biểu thị mật độ theo thời gian thí nghiệm 99 Nhận xét:Đa số mẫu có mật độ thấp 20 triệu tb/ml,đáng ý từ ngày đến ngày 11 có vài mẫu có mật độ lớn 60 triệu /ml Mẫu 5.1 mẫu 5.2 có mật độ đỉnh lớn ứng với mật độ tương ứng (96.25 triệu tb/ml,82.5 triệu tb/ml) 4.6.2 Phân tích ANOVA mật độ đỉnh: Bảng 4.13 Bảng ANOVA phân tích mật độ đỉnh thí nghiệm ANOVA Table for mat dinh by ti le nuoc thai Source Sum of Df Squares Between Mean F-Ratio P-Value 4.89 0.0550 Square 2409.2 1204.6 1478.93 246.488 Total (Corr.) 3888.13 groups Within groups Theo bảng ANOVA mật độ đỉnh ta thấy yếu tố tỉ lệ nước thải thí nghiệm không ảnh hưởng đến mật đô đỉnh độ tin cậy 90% Tuy nhiên độ tin cậy 90% tỉ lệ nước thải tác động đến mật độ đỉnh 100 Scatterplot by Level Code 111 mat dinh 91 71 51 31 0.2 0.3 ti le nuoc thai 0.4 Hình 4.25: Biểu đồ phân tán thể mật độ đỉnh theo yếu tố nước thải Graphical ANOVA for mat dinh ti le nuoc thai 0.4 0.3 0.2 P = 0.0550 Residuals -35 -15 25 45 65 Hình 4.24 Đồ thị ANOVA cho mật đỉnh thí nghiệm 101 4.6.3 Kết xác định hàm lượng tảo khô Bảng 4.14: Khối lượng tảo khô sau ly tâm sấy tính theo (g) Mẫu 4.1 4.2 4* 4*.1 4*.2 Số liệu 0.017 0.03 0.03 0.027 0.03 0.01 Mẫu 5.1 5.2 Số liệu 0.02 0.019 0.03 Bảng 4.15: Khối lượng tảo khơ sau ly tâm sấy tính theo (g/ml) Mẫu 4.1 4.2 4* 4*.1 4*.2 Số liệu 0.0017 0.003 0.003 0.0027 0.003 0.001 Mẫu 5.1 5.2 Số liệu 0.002 0.0019 0.003 102 Nhận xét: Hàm lượng chất khơ có mẫu gần tương đương Mẫu 4.1,4.2,4*.1,5.2 mẫu có hàm lượng chất khơ cao(0.003 g/ml) Hàm lượng chất khơ có ổn định so với hàm lượng chất khô mẫu thí nghiệm 3(so sánh bảng4.11 với 4.15) 4.6 Hiệu xử lý nước thải : Bảng 4.15:Bảng kết thử nghiệm mẫu nước thải sau nuôi tảo Kết thử nghiệm STT Tên mẫu BOD5(mgO2/L) COD(mgO2/L) Nước thải mẫu 34 357 Nước thải mẫu 4* 50 343 Nước thải mẫu 38 329 SMEWW SMEWW 5210D:2005 5220C:2005 Phương pháp thử nghiệm Bảng 4.16:So sánh kết thử nghiệm mẫu nước thải sau nuôi tảo với mẫu nước thải trước nuôi(trước tiến hành TN5) Kết Thơng phân tích số Phương pháp Mẫu nước thải (trước nuôi) Mẫu nước Mẫu Mẫu thải nước nước thải thải 5(sau 4*(sau nuôi) (sau nuôi) khi nuôi) 103 BOD SMEWW (mgO2/L) 5210D:2005 COD SMEWW (mgO2/L) 5220C:2005 48 34 50 38 136 357 343 329 Nhận xét: Dựa vào bảng 4.11 cho thấy mẫu nước thải nghiệm thức sau nuôi giảm số BOD5 xuống,mẫu giảm xuống nhìu (từ 48 mgO2/L xuống 34 mgO2/L) Riêng mẫu nước thải nghiệm thức 4* không thay đổi số BOD5 Tất mẫu nước thải sau nuôi làm tăng số COD,tăng theo thứ tự mẫu nước thải nghiệm thức 5,4*,4 Theo tính tốn số BOD5 giảm xuống từ 21 % đến 29.2%,chỉ số COD tăng từ 2.4 đến 2.6 lần Theo quan điểm tôi,nguyên nhân hàm lượng chất hữu giảm bị vi sinh vật oxy hóa ,hàm lượng chất hóa học có mẫu nước thải sau nuôi tăng bổ sung môi trường dinh dưỡng bao gồm đa lượng vi lượng 104 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Nội dung kết luận qua kết sau: a Tìm cơng thức dinh dưỡng phù hợp,đề xuất tỉ lệ nước thải tảo phát triển tốt,tảo sống tỉ lệ 20:80,40:60,60:40 (V nước thải/v nước làm mát) b Đánh giá khả nuôi tảo Chlorella vulgaris môi trường nước thải nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Đồng Xanh (Đà Nẵng) bình 500 ml Tảo sinh trưởng tốt môi trường nước thải, làm giảm số BOD nước thải xuống tối đa 29.2%, cho mật độ đỉnh cao (từ 230 đến 273,25 trtb/ml), khối lượng tảo khơ K(mg/l) lớn (4.066 g/l), hàm lượng trích ly dầu cao 57.32% Có khả dùng nước thải để ni tảo Chlorella vulgaris sản xuất biodiesel đồng thời xử lý nước thải Như nuôi tảo Chlorella vulgaris mơi trường nước thải có khả thi Tảo sinh trưởng phát triển tốt, cho mật độ đỉnh cao, khối lượng tảo khô cao Hạ thấp số BOD nước thải Tuy nhiên cần phải nghiên cứu thêm biện pháp tăng hàm lượng dầu để tăng hiệu trích ly dầu 5.2: Đề nghị - Khảo sát thêm hiệu nuôi tảo môi trường nước thải,áp dụng số loại nước thải khác 105 - Thử nghiệm nuôi điều kiện thực tế,khảo sát với giống tảo khác - Đánh giá khảo sát khả tái sử dụng nước qua ni tảo (thu từ q trình ly tâm tảo) việc nuôi mẻ nhằm tận dụng lượng chất dinh dưỡng chưa sử dụng hết giảm khâu xử lý nước thải từ q trình ni - Thử nghiệm quy trình đạt cho vài lồi tảo có hàm lượng dầu cao - Xử lý phụ phẩm tảo bã tảo, nước nuôi tảo,… để không gây hại cho môi trường 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Võ Thị Bích Dun Ngơ Thạch Minh Thảo, 2000 Tìm hiểu điều kiện tăng trưởng phát triển Chlorella pyrenoidosa làm thức ăn cho thủy sản.Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Khoa Thủy sản Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh [2] Trịnh Trường Giang, 1997 Giáo trình thuỷ sinh thực vật Tài liệu lưu hành nội bộ, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh 55 trang [3] Cao Tuấn Kiệt, 2007 Thử nghiệm nuôi sinh khối Chlorella sp môi trường nước Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Khoa Thuỷ sản, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh 45 trang [4] PSG.PTS Đặng Đình Kim, PTS Đặng Hồng Phước Hiền, 1999 Cơng nghệ sinh học vi tảo Nhà xuất nông nghiệp Hà Nội [5] Hồ Sơn Lâm cộng sự, 2006 Báo cáo tổng kết Đề tài KHCN cấp viện KH&CN VN năm 2005-2006 [6] Nguyễn Hạnh Nguyên, 2008 Thử nghiệm nuôi tảo Chlorella môi trường Hannay Watanabe Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Bộ môn Công nghệ sinh học, Trường Đại Học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh 48 trang [7] Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007 Phương pháp cô lập hợp chất hữu NXB ĐHQG HCM [7] Đậu Thị Như Quỳnh, 2001 Tìm hiểu điều kiện tăng trưởng phát triển tảo Chlorella sp nước mặn bước đầu khảo sát thành phần phiêu sinh thực vật số thuỷ vực tĩnh Đồng Nai Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Khoa Thuỷ sản Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh 86 trang [8] Đặng Thị Sy, 2005 Tảo học Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 86 trang 107 [9] Vũ Thị Tám, 1989 Thực vật Nhà xuất Hà Nội [10] Trần Thị Mỹ Xuyên, 2007 Phân lập khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng tảo Scenedesmus Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Khoa Thuỷ sản, Trường Đại Học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh 49 trang [11] Nguyễn Vy Hãi Nhữ Thế Dũng, LVTN nghiên cứu thử nghiệm sản xuất biodiesel từ tảo Chlorella sp Việt Nam , luận văn tốt nghiệp kỹ sư, khoa cơng nghệ hóa học, trường đại học Nông Lâm HCM, 2008 [12] Trần Phong Nhã Lưu Hồng Thắm, LVTN nghiên cứu quy trình tăng hàm lượng dầu trích ly dầu từ tảo biển Chlorella SP, luận văn tốt nghiệm kỹ sư, khoa công nghệ hóa học, trường đại học Nơng Lâm HCM, 2009 [13] Trương Vĩnh, Đặng Thị Thanh Hòa, Nguyễn Vy Hải, Nhữ Thế Dũng, Nguyễn Hạnh Nguyên, 2008 Một số kết bước đầu nghiên cứu sản xuất biodiesel từ tảo biển trường đại học Nông Lâm Hồ Chí Minh triển vọng ứng dụng Việt Nam Trong: trạng xu hướng phát triển dầu nhiên liệu sinh học VN, trường đaịhọc Nông Lâm tp.HCM [14] Đào Ngọc Duy Nguyễn Xuân Thiên (2010) Nghiên cứu biện pháp tăng hàm lượng dầu tảo tối ưu quy trình chiết thơ dầu Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM [15] PGS.TS trịnh lê hung.kỹ thuật xử lý nước thải.Nhà Xuất Bản Giáo Dục năm 2007 [16] Vũ công minh (2006).sự tương tác arsenic tảo đơn bào CHLORELLA điều kiện nuôi cấy tĩnh nuôi cấy liên tục Luận văn tốt nghiệp kỹ sư, Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM Tài liệu nước [17] Scragg* H A., Illman M A., Carden A., Shales W S., 2002 Growth of microalgae with increased calorific values in a tubular bioreactor Biomass and 108 Bioenergy 23: 67 - 73 Department of Environmental Science, University of the West of England Frenchay, Bristol, BS16 10Y, UK [18] Richmond A , 1986 Handbook of microalgal mas culture.CRC Press Florida [19] Zheng-Yun Wu, Chun-Lei Shi, Xian-Ming Shi, 2007 Modeling of lutein production by heterotrophic Chlorella in batch and fed-batch cultures World J Microbiol Biotechnol 23: 1233 - 1238 [20] Yusuf Chisti, Biodiesel from microalgae, 2007 [21] Jian Qin, bio-hydrocarbons form Algae: impacts of temperature, light and salinity on algal growth, 2005, p [22] K,H Yng and J B Mudd, lipid Synthesis in the Presence of Nitrogenous Compounds in Chlorella pyrenoidosa, 1965, p 506 [23] Seog June Lee, Byung-Dae Yoon and Hee-Mock Oh, Rapid method for the determination of lipid form the green alga Botryococcus braunii, 1998 , p 554 [24] Zhi-Yuan Liu a,c, Guang-Ce Wang a,b,*, Bai-Cheng Zhoua, 2007 Effect of iron on growth and lipid accumulation in Chlorella Vulgariis 109 ... 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... 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... of crude oil was relatively high (57.32%).It is possible of using wastewater to grow algae to produce biodiesel and wastewater treatment simultaneously MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ Chương 1:MỞ