NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG CÔNG NGHỆ NUÔI TẢO SẢN XUẤT BIODIESEL

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG CÔNG NGHỆ NUÔI TẢO SẢN XUẤT BIODIESEL Tác giả BÙI VĨNH PHÚC HỒNG QUANG TUẤN 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 năm 2013 i LỜI CẢM TẠ Chúng kính ghi ơn ơng bà, cha mẹ sinh thành chúng nguồn động viên, khích lệ cho chúng suốt q trình học tập suốt thời gian thực hiên khóa luận tốt nghiệp Chúng xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Vĩnh – người thầy kính yêu tận tình hướng dẫn chúng tơi Trong suốt q trình thực hiện, thầy nhắc nhở, sửa chữa sai sót khơng ngừng động viên tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Chúng chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học trường Đại học Nông Lâm, kỹ sư truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu bạn lớp DH09HH nhiệt tình giúp đỡ suốt thời gian năm học tập trường Trong q trình thí nghiệm phòng thí nghiệm I4; hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thầy giáo Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học trường Đại học Nông Lâm bạn lớp DH09HH Nhờ chúng tơi hồn thành khóa luận cách tốt đẹp Mặc dù có nhiều cố gắng hạn chế kỹ thuật, kinh nghiệm, thời gian, khóa luận chúng tơi chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận góp ý từ thầy cô bạn để luận văn hồn thiện Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2013 Sinh viên Bùi Vĩnh Phúc – Hoàng Quang Tuấn ii TÓM TẮT Sinh viên thực hiện: Bùi Vĩnh Phúc – Hoàng Quang Tuấn, đề tài báo cáo vào tháng năm 2013, tên đề tài “nghiên cứu số biện pháp nâng cao hiệu quảtrong công nghệ nuôi tảo sản xuất biodiesel Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Trương Vĩnh Đề tài thực từ tháng 2/ 2013 đến tháng 8/ 2013 phòng thí nghiệm I4 I5- Bộ mơn Cơng nghệ hóa học – Trường Đại học Nơng Lâm Tp.Hồ Chí Minh Nguồn ngun liệu tảo Chlorella Vulgaris cung cấp Bộ môn Cơng nghệ hóa học trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Nội dung khóa luận kết thu được: a Chuẩn hóa mơi trường Basal để áp dụng với nguồn hóa chất thực tế b Khảo sát hiệu môi trường Basal môi trường nước thải c Khảo sát tăng hàm lượng dầu phương pháp xử lí thiếu N bổ sung MgSO4.7H2O d Bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Mg++ mật độ tảo ban đầu lên hàm lượng dầu thời gian thu hoạch e Khảo sát ảnh hưởng xử lí thiếu N độ pH đến hàm lượng dầu tảo quy mô 500L f Nghiên cứu tăng hàm lượng dầu khối lượng tảo phương pháp nuôi tự dưỡng iii ABSTRACT The thusis entitled “Research on methods to improve the efficiency of algal growing technology for biodiesel” was reported in September 2013 by Bui Vinh Phuc and Hoang Quang Tuan, Instructor: Associate professor Dr Truong Vinh Study was performed from February 2013 to August 2013 at laboratory-I4 and I5 ofDepartment of Chemical Engineering - Nong Lam University Ho Chi Minh City Chlorella Vulgariswas provided by the Department of Chemical Engineering - Nong Lam University Ho Chi Minh City Content thesis and obtained results: a Basal medium was standardized for current chemicals b Study the effect of Basal medium and wastewater medium on algal growth c Study the effect of N deprivation and MgSO4.7H2O addition on the improvement of oil contend d Using the response surface methodology to study the effect of Mg++ concentration and the initial density of algal on oil content and harvesting time e Study the effects of N deprivation treatment and pH to oil content unde 500L scale – photo bioreactor f Enhancement of oil content of algae by autotrophic methodology iv MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DACH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích 1.3 Nội dung 1.4 Yêu cầu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan tảo Chlorella 2.1.1 Giới thiệu tảo Chlorella 2.1.2 Hình thái đặc điểm sinh học ngành tảo lục 2.1.3 Thành phần hoá học tảo Chlorella 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển tảo 2.2 Các phương pháp chiết dầu 14 2.2.1 Phương pháp ép 14 2.2.2 Phương pháp chiết suất sử dụng chất lỏng siêu tới hạn 15 2.2.3 Phương pháp trích ly 15 2.2.4 Phương pháp Soxhlet 17 2.2.6 Phương pháp ngâm dầm 21 2.3 Tổng quan dung môi 22 2.3.1 Điểm sôi 25 2.3.2 Tỷ trọng 25 2.3.3 Tính cháy 25 v 2.3.4 Tác dụng sinh học 26 2.3.5 Một số yêu cầu lựa chọn dung môi hữu 26 2.3.6 Các dung môi sử dụng 27 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 30 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu,vật liệu nghiên cứu 30 3.1.1 Thời gian địa điểm 30 3.1.2 Nguồn tảo giống ChlorellaVulgaris 30 3.1.3 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 30 3.1.4 Điều kiện nuôi cấy 37 3.1.5 Quy trình sản xuất chung 37 3.1.6 Theo dõi mật độ phương pháp đếm tế bào 38 3.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu 42 3.2.1 Thí nghiệm 1: So sánh phát triển tảo nuôi mơi trường Basal có lọc cặn khơng lọc cặn 42 3.2.2 Thí nghiệm :Thí nghiệm so sánh hiệu môi trường Basal nước thải đề án EEP-3V-053 45 3.2.3 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm tăng hàm lượng dầu phương pháp xử lí thiếu N có bổ MgSO4.7H2O 55 3.2.4 Thí nghiệm 4: Bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Mg++ mật độ tảo ban đầu lên hàm lượng dầu thời gian thu hoạch 59 3.2.5 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng xử lí thiếu N độ pH đếm hàm lượng dầu tảo quy mô 500L 63 3.2.6 Nghiên cứu tăng hàm lượng dầu khối lượng tảo phương pháp nuôi dị dưỡng 66 Chương Kết thảo luận 70 4.1 Thí nghiệm 1: So sánh môi trường Basal lọc cặn Basal không lọc cặn 70 4.1.1 So sánh mật độ tảo thu hoạch 70 4.1.2 So sánh sinh khối thu 72 4.2 Thí nghiệm : Thí nghiệm so sánh hiệu mơi trường Basal nước thải đề án EEP-3V-053 74 4.2.1 So sánh hiệu môi trường Basal môi trường giả thải EEP-3V053 với thời gian ngắn ngày 74 vi 4.2.1.1 So sánh sinh khối 76 4.2.1.2 So sánh hàm lượng dầu thô 78 4.2.2 So sánh hiệu môi trường Basal môi trường giả thải EEP-3V053 với thời gian dài ngày 80 4.2.2.1 So sánh mật độ 80 4.2.2.2 So sánh sinh khối 82 4.2.2.3 So sánh hàm lượng dầu thô 84 4.2.3 Thí nghiệm so sánh mơi trường Basal nước thải EEP-3V-053 86 4.3 Thí nghiệm 3: Tăng hàm lượng dầu phương pháp xử lí thiếu N có bổ MgSO4.7H2O 92 4.3.1 So sánh sinh khối 92 4.3.2 So sánh hàm lượng dầu thô 94 4.3.3 So sánh thời gian lắng nghiệm 96 4.4 Thí nghiệm 4: Bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nghiên cứu ảnh hưởng Mg++ mật độ tảo ban đầu lên hàm lượng dầu thời gian thu hoạch 98 4.4.1 So sánh sinh khối 98 4.4.2 So sánh hàm lượng dầu thô 103 4.4.3 So sánh thời gian lắng: 109 4.4.4 So sánh hàm lượng dầu tinh 111 4.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng xử lí thiếu N độ pH đến hàm lượng dầu tảo quy mô 500L 114 4.5.1 So sánh mật độ đỉnh đạt 114 4.5.2 So sánh sinh khối 115 4.5.3 So sánh hàm lượng dầu thô 115 4.6 Thí nghiệm 6: nghiên cứu tăng hàm lượng dầu khối lượng tảo phương pháp nuôi dị dưỡng 116 4.6.1 Khảo sát nuôi đị dưỡng Glucose môi trường basal 116 4.6.1.1 Khảo sát thích nghi tảo Chlorella Vulgarisbằng phương pháp nuôi dị dưỡng thông qua theo dõi mật độ 116 4.6.1.2 Khảo sát thích nghi tảo Chlorella Vulgarisbằng phương pháp nuôi dị dưỡng thông qua theo dõi sinh khối 117 4.6.2 Khảo sát nuôi dị dưỡng Glucose bã nấm men 119 vii 4.6.2.1 Khảo sát thích nghi tảo Chlorella Vulgarisbằng phương pháp ni dị dưỡng bổ sung Glucose bã nấm men thông qua theo dõi mật độ 119 4.6.2.2Khảo sát thích nghi tảo Chlorella Vulgarisbằng phương pháp ni dị dưỡng bổ sung Glucose bã nấm men thông qua theo dõi sinh khối 121 Chương Kết luận đề nghị 123 Tài liệu tham khảo 125 Tài liệu tiếng Việt 125 Tài liệu nước 126 Phụ lụchình ảnh 127 Phụ lục bảng số liệu 128 Phụ lục bảng thống kê thí nghiệm 128 1.1 Bảng thống kê sinh khối 128 Phụ lục bảng thống kê thí nghiệm 2.1 130 2.1.Bảng thống kê mật độ 130 2.2 Bảng thống kê sinh khối 132 2.3.Bảng thống kê dầu thô 134 Phụ lục Bảng thống kê thí nghiệm 2.2 136 3.1 Bảng thống kê mật độ 136 3.2 Bảng thống kê sinh khối 138 3.3 Bảng thống kê dầu thô 140 Phụ lục bảng thống kê thí nghiệm 2.3 142 4.1 Bảng thông kê mật độ 142 4.2 Bảng thống kê sinh khối 144 4.3 Bảng thống kê dầu thô 146 Phụ lục 5.Bảng thống kê thí nghiệm 148 5.1 Bảng thống kê sinh khối 148 5.3 Bảng thống kê thời gian lắng 150 viii DACH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT OD : Optical density (Mật độ quang) trtb/ml : Triệu tế bào/ml MĐTB : Mật độ tế bào EDTA : Ethylenediaminetetraacetic acid TLD : Tỉ lệ dầu HLD : Hàm lượng dầu TTB : Tốc độ tăng trưởng tế bào NT : Nghiệm thức ix DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hoá học chứa tảo Chlorella ( Đặng Đình Kim, Đặng Hồng Phước Hiền, 1999) Bảng 2.2: Thành phần hóa học có số loại tảo ( Becker, 1994) Bảng 2.3 : Thành phần acid béo số loại tảo ( Georgi P and Guillermo G., 2007) Bảng 2.4 :So sánh vài nguồn Biodiesel Bảng 2.5 : Các giá trị tham số độ hòa tan Hansen Bảng 3.1: Mơi trường dinh dưỡng Basal Bảng 3.2: Môi trường nuôi giả thải nhà máy cồn EEP -3-V 53 Bảng 3.3 Môi trường nuôi tự dưỡng Bảng 3.4: Mơi trường ni thí nghiệm bề mặt đáp ứng Bảng 3.5: Môi trường nước thải Bảng 3.6: Thiết kế bề mặt đáp ứng Bảng 3.7:Bố trí nghiệm thức thí nghiệm bề mặt đáp ứng Bảng 3.8: Nghiệm thức thí nghiệm Bảng 4.1: Theo dõi mật độ lần lặp lại Bảng 4.2: Sinh khối thí nghiệm Bảng 4.3: Độ tảo lúc thu nghiệm thức thí nghiệm 2.1 Bảng 4.4: So sánh sinh khối thí nghiệm 2.1 x 3.1.2.Bảng trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for GTDN.Md by GTDN.NT -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -DC 55.250000 X NT1 58.000000 X NT2 64.000000 XX NT3 73.000000 X 137 3.2 Bảng thống kê sinh khối 3.2.1.Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: GTDNSK.SK Level codes: GTDNSK.NT Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups Within groups 2943784 0443445 0981261 8.851 0307 0110861 -Total (corrected) 3387229 missing value(s) have been excluded 138 3.2.2.Bảng trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for GTDN.Md by GTDN.NT Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups DC 55.250000 X NT1 58.000000 X NT2 64.000000 XX NT3 73.000000 X 139 3.3 Bảng thống kê dầu thô 3.3.1.Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: GTDNDT.DAU Level codes: GTDNDT.NT Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups Within groups 80.851800 14.988000 26.950600 7.193 0434 3.747000 -Total (corrected) 95.839800 missing value(s) have been excluded 140 3.3.2 Bảng trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for GTDNDT.DAU by GTDNDT.NT -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -NT3 15.000000 X NT2 18.580000 XX DC 22.500000 X NT1 22.740000 X 141 Phụ lục bảng thống kê thí nghiệm 2.3 4.1 Bảng thơng kê mật độ 4.1.1Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: NT.MD Level codes: NT.NT Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups 370.59375 Within groups 73.12500 123.53125 6.757 0480 18.28125 -Total (corrected) 443.71875 missing value(s) have been excluded 142 4.1.2 Bảng trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for NT.MD by NT.NT -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -DC 50.250000 X NT1 53.000000 X NT2 59.000000 XX NT3 68.000000 X 143 4.2 Bảng thống kê sinh khối 4.2.1.Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: NTSK.SK Level codes: NTSK.NT Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups Within groups 0759000 0137000 0253000 7.387 0415 0034250 -Total (corrected) 0896000 missing value(s) have been excluded 144 4.2.2 Bảng trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for NTSK.SK by NTSK.NT -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -DC 5500000 X NT1 6500000 XX NT2 7250000 XX NT3 8150000 X 145 4.3 Bảng thống kê dầu thô 4.3.1 Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: NTDAU.DAU Level codes: NTDAU.NT Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups Within groups 58.500000 11.000000 19.500000 7.091 0444 2.750000 -Total (corrected) 69.500000 missing value(s) have been excluded 146 4.3.2 Bảng trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for NTDAU.DAU by NTDAU.NT -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -NT1 13.000000 X DC 15.500000 XX NT2 18.500000 X NT3 20.000000 X 147 Phụ lục 5.Bảng thống kê thí nghiệm 5.1 Bảng thống kê sinh khối 5.1.1 Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: XLTHIEUN.SK Level codes: XLTHIEUN.NGHIEMTHUC Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups Within groups 1035400 0067500 0258850 19.174 0031 0013500 -Total (corrected) 1102900 missing value(s) have been excluded 148 5.1.2 Bang trắc nghiệm phân hạng Multiple range analysis for XLTHIEUN.SK XLTHIEUN.NGHIEMTHUC -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -NT1 4700000 X DC 5750000 X NT2 6600000 X NT3 6650000 X NT4 7750000 X NT1 - NT3 -0.19500 0.09448 * NT1 - NT4 -0.30500 0.09448 * NT2 - NT3 -0.00500 0.09448 149 by 5.3 Bảng thống kê thời gian lắng 5.3.1 Bảng ANOVA One-Way Analysis of Variance -Data: XLTHOIGI.TG Level codes: XLTHOIGI.NT Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -Between groups Within groups 5466.4315 0025 1093.2863 999999.999 0006 -Total (corrected) 5466.4340 missing value(s) have been excluded 150 0000 5.3.2 Bảng trắc nghiệm phân hạng 08/26/13 02:26:26 PM Page Multiple range analysis for XLTHOIGI.TG by XLTHOIGI.NT -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -NT4 225000 X NT3 325000 X DC 48.000000 X NT1 48.000000 X NT2 48.000000 X 151 ... Quang Tuấn, đề tài báo cáo vào tháng năm 2013, tên đề tài nghiên cứu số biện pháp nâng cao hiệu qu trong công nghệ nuôi tảo sản xuất biodiesel Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Trương Vĩnh Đề tài thực... đề tài: Nghiên cứu số biện pháp nâng cao hiệu công nghệ nuôi tảo để sản xuất biodiesel 1.2 Mục đích  Tìm hiểu kiểu mơi trường ni có ảnh hưởng tới lượng dầu tảo  Tìm hiểu đặc tính tảo qua mơi... khiển tùy điều kiện nuôi cấy nhờ kỹ thuật di truyền, ni trồng đơn giản, thích hợp với quy mơ sản xuất công nghiệp Ứng dụng tốt việc nghiên cứu sản xuất biodiesel Biodiesel nghiên cứu sử dụng loại