NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ Họ tên sinh viên: LÊ QUANG TÂN PHẠM ĐỨC HẬU Ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khố: 2009 – 2013 Tháng 8/2013 NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ Tác giả LÊ QUANG TÂN PHẠM ĐỨC HẬU 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 năm 2013 ii    LỜI CẢM TẠ   Với lòng biết ơn sâu sắc chúng xin bày tỏ đến Cha Mẹ Gia Đình người ln động viên, khích lệ chúng suốt trình học tập tạo điều kiện tốt cho chúng hồn thành khóa luận Chúng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trương Vĩnh − Người tận tình truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập, đặc biệt q trình thực khóa luận Chúng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cơ, anh chị Bộ mơn Cơng Nghệ Hóa Học, với tri thức tâm huyết truyền đạt giúp đỡ suốt q trình thực khóa luận Đồng cảm ơn đến tập thể lớp DH09HH nguồn động viên to lớn cho TPHCM tháng năm 2013 Sinh viên thực : Lê Quang Tân – Phạm Đức Hậu iii    TÓM TẮT   Sinh viên thực hiện: Lê Quang Tân – Phạm Đức Hậu, đề tài báo cáo vào tháng năm 2013, tên đề tài “Nghiên cứu thu hoạch tảo Chlorella vulgaris phương pháp đông tụ” Giáo viên hướng dẫn: PGS, TS Trương Vĩnh Đề tài thực từ tháng 3/ 2013 đến tháng 8/ 2013 phòng thí nghiệm Bộ mơn CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – Trường Đại học Nơng Lâm Tp.Hồ Chí Minh Nguồn nguyên liệu tảo Chlorella Vulgaris cung cấp Bộ mơn CƠNG NGHỆ HĨA HỌC trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Nội dung khóa luận: a Thực thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng độ pH lên độ lắng tảo, cách tăng độ pH dịch tảo dung dịch NaOH, thí nghiệm với ba độ pH dịch tảo pH 11, pH 11.5 pH 12 b Thực thí nghiệm so sánh hiệu suất lắng tảo thay đổi độ pH dịch tảo, thí nghiệm với hai độ pH độ pH 11 c Khảo sát ảnh hưởng yếu tố độ cao dịch tảo diện tích mặt thống dịch tảo đến hiệu suất lắng tảo d Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng độ cao dịch tảo độ pH lên hiệu suất thu hoạch tảo Bố trí thí nghiệm hai yếu tố kiểu khối với độ cao dịch tảo 8cm, 10cm, 12cm 14cm hai độ pH pH 11 e Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng đến hiệu suất thu hoạch tảo với thời gian lắng ngày, ngày, ngày, ngày, với hai độ pH pH pH 11 f Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng ion Mg2+ lên hiệu suất lắng tảo, so sánh với xử lý tăng pH mà không bổ sung Mg2+, chọn nồng độ Mg2+ tối ưu để hiệu suất trình cao Kết thu sau: Xác định pH dịch tảo tốt cho thu hoạch tảo phương pháp lắng pH 11 xử lý dung dịch NaOH 1M iv    Chứng minh độ cao dịch tảo diện tích mặt thống dịch tảo có ảnh hưởng đến hiệu suất lắng Độ cao dịch tảo thấp hiệu suất lắng cao diện tích mặt thoáng rộng tăng hiệu suất lắng Xác định thời gian cho tảo lắng tốt ngày Hiệu suất lắng đạt trung bình 87% Chứng minh ion Mg2+ có ảnh hưởng làm tăng hiệu suất lắng tảo Nồng độ Mg2+càng cao hiệu suất lắng tăng v    ABSTRACT   The thesis entitled “A study in harvesting Chlorella vulgarisalgae by coagulation method”, was carried out by Le Quang Tan and Pham Duc Hau and completed in August, 2013 Supervisor: Associate Professor Dr.Truong Vinh This work was practiced from March to August 2013, at laboratory of Chemical Engineering Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city Original Chlorella Vulgaris algae were provided by Chemical Engineering Department – Nong Lam University Ho Chi Minh city Contentsof thesis and the obtained results: a Conducting experiments in the effect of pH level on the algal sedimentation This was done by using Sodium Hydroxide to increase the pH level of the broth to pH 11, pH 11.5 and pH 12 b Conducting experiments to compare the algal sedimentation efficiency between pH and pH 11 of algal broth c Examining the effect the height of algal broth and the surface area of air-liquid interface on the algal sedimentation efficiency d Examining the effect of pH level and the height of algal brothon the yield of algae harvesting process Complete block design for factors was conducted where the height (8cm, 10cm, 12cm and 14cm) and the pH ( and 11) e Examining the effect of the time of algal sedimentation on the yield of algae harvesting process Conducting experiments with pH and pH 11, and the time of sedimentation was days, days, days, days f Conducting experiments to examine the effect of Magnesium ion on the algal sedimentation efficiency to compare with the process of pH treatment without Magnesium ion.The optimum concentration of Magnesium ion for the highest yield of the process vi    The results were as follows: pH 11 with the treatment of NaOH 1M was found to be most appropriate to harvesting algae by sedimentation The height and surface of algae broth affected the efficiency of sedimentation process The potential height of algae brothwas as low as possible while its surface was as wide as possible The most sufficient time for the sedimentation was found to be days The average efficiency of sedimentation made up for about 87% Mg2+was proved to increase the sedimentation efficiency.The higher the concentration of Magnesium ion, the better the algal sedimentation efficiency vii    MỤC LỤC TRANG TỰA ii LỜI CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv ABSTRACT vi MỤC LỤC viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x Chương MỞ ĐẦU .1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục đích đề tài .1 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Yêu cầu Chương TỔNG QUAN .2 2.1 Tổng quan Chlorella 2.1.1 Giới thiệu Chlorella .3 2.1.2 Hình thái đặc điểm sinh học ngành tảo lục 2.1.3 Thành phần hóa học tảo Chlorella .5 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển tảo .7 2.1.5 Tiềm dầu sản xuất từ vi tảo .10 2.2 Sản xuất Chlorella Vulgaris 12 2.2.1 Nuôi mẻ 13 2.2.2 Nuôi liên tục 14 2.2.3 Nuôi bán liên tục .15 2.3 Định lượng sinh khối tảo 16 2.4 Tách sinh khối tảo 18 2.4.1 Phương pháp lọc: .18 2.4.2 Phương pháp tạo bông: 19 2.4.3 Sấy sinh khối tảo: .20 2.5 Phương pháp trích ly dầu tảo Sohxlet[5] 22 2.6 Phương pháp xử lý số liệu 23 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .24 3.1 Vật liệu 24 viii    3.1.1 Thời gian địa điểm thực đề tài 24 3.1.2 Nguyên liệu .24 3.1.3 Thiết bị dụng cụ 24 3.1.4 Hóa chất thí nghiệm 24 3.2 Nội dung phương pháp thí nghiệm 25 3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng độ pH lên độ lắng tảo cách tăng độ pH dung dịch NaOH .25 3.2.2 Thí nghiệm 2: So sánh hiệu suất lắng tảo pH pH 11 26 3.2.2.1 Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất lắng tảo pH pH 11 mẻ lắng lít 26 3.2.2.2 Thí nghiệm 2b: So sánh sinh khối lượng dầu pH pH 11 mẻ lắng 500 lít 29 3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng độ cao diện tích mặt thống đến hiệu suất lắng tảo 29 3.2.3.1 Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng độ cao .29 3.2.3.2 Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hưởng diện tích mặt thống (DTMT) .30 3.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng độ cao pH lên thu hoạch tảo 31 3.2.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng thời gian lắng đến chất lượng tảo .32 3.2.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng ion Mg2+ đến hiệu suất lắng tảo 33 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng độ pH lên độ lắng tảo cách tăng độ pH dung dịch NaOH .35 4.2 Thí nghiệm 2: So sánh hiệu suất lắng tảo pH pH 11 37 4.2.1 Thí nghiệm 2a: So sánh hiệu suất pH pH 11 mẻ lắng lít .37 4.2.2 Thí nghiệm 2b: So sánh sinh khối lượng dầu pH pH 11 mẻ lắng 500 lít 40 4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng độ cao diện tích mặt thống đến hiệu suất lắng tảo 42 4.3.1 Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng độ cao dịch tảo thiết bị lắng .42 4.3.2 Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hưởng diện tích mặt thống 43 4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng độ cao pH lên thu hoạch tảo 44 4.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng thời gian lắng đến chất lượng tảo 49 4.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng ion Mg2+ đến hiệu suất lắng tảo .55 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61 5.1 Kết luận 61 5.2 Đề nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65   ix    DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ηf : Hiệu suất lắng tảo DTMT : Diện tích mặt thống x    Phụ lục I.3: Số liệu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng độ cao đến hiệu suất lắng tảo Bình Bình Bình Bình Bình OD0  OD24H  0.600 ± 0.036 ± 0.4827 0.0007 0.610 ± 0.044 ± 0.5028 0.0035 0.614 ± 0.049 ± 0.4971 0.0064 0.609 ± 0.061 ± 0.5105 0.0078 0.614 ± 0.065 ± 0.5035 0.0085 Phụ lục I.4: Số liệuđo OD thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng diện tích mặt thống đến hiệu suất lắng Bình Bình Bình Bình Bình OD0  OD24H  0,619 ± 0,0795 ± 0.4964 0.0205 0,609 ± 0,0705 ± 0.4999 0.0134 0,612 ± 0,0605 ± 0.4999 0.0035 0,613 ± 0,0545 ± 0.5056 0.0007 0,612 ± 0,0500 ± 0.5063 0.0042 67    Phụ lục I.5: Kết đo OD thí nghiệm ảnh hưởng độ cao pH lên thu hoạch tảo pH OD0  OD48H  pH 11 OD0  OD48H  1,2385±0.010 Bình 1,2345±0.0092 0,1245±0.0049 Bình 0,1440±0.0071 1,2415±0.003 Bình 1,2510±0.0099 0,1870±0.0049 Bình 0,2130±0.0071 1,2500±0.005 Bình 1,2475±0.0092 0,2690±0.0071 Bình 0,2750±0.0000 1,2430±0.007 Bình 1,2490±0.0198 0,3130±0.0141 Bình 0,3540±0.0001 Phụ lục I.6: Bảng số liệu thu hoạch tảo thí nghiệm theo thời gian lắng độ pH Lượng tảo (g) Thời gian lắng ngày ngày pH pH 11 pH pH 11 1.981 ± 2.008 ± 0.708 ± 0.717 ± 0.0014 0.1492 0.0005 0.0533 2.059 ± 2.016 ± 0.735 ± 0.720 ± 0.2107 0.0537 0.0753 0.0192 2.008 ± 1.899 ± 0.717 ± 0.678 ± 0.1775 0.1392 0.0634 0.0475 2.065 ± 2.026 ± 0.737 ± 0.724 ± 0.1577 0.2489 0.0563 0.0889 68    Lượng tảo (g/L) Phụ lục I.7: Số liệu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng Mg2+ đến hiệu suất lắng tảo Bình pH ban đầu Bình Bình Bình Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 8.25 9.27 8.25 9.27 8.25 9.27 8.25 9.27 10 25 10 25 pH xử lý 11 Mật độ tảo (trtb/mL) 10 25 10 25 Mg2+ 0.01M (mL/100 ml tảo) 4.8 9.6 14.4 Mg2+ (mg/lít tảo) OD0  0.377 0.795 0.378 0.785 0.379 0.783 0.378 0.785 OD30p  0.347 0.738 0.339 0.679 0.327 0.678 0.311 0.626 OD60p  0.321 0.678 0.307 0.574 0.285 0.562 0.269 0.545 69    Phụ lục I.8: Bảng số liệu đo OD thí nghiệm TL=Tỉ lệ Mg/trtb [(mL/100mL tảo)/trtb] 0.7 0.8 0.9 1.1 OD0 0.295 0.289 0.290 0.292 0.291 OD1H 0.182 0.175 0.168 0.155 0.148 OD2H 0.182 0.173 0.164 0.151 0.138 OD6H 0.148 0.140 0.138 0.124 0.105 0.064 0.059 0.055 0.049 0.044 OD24H Phụ lục I.9: Bảng số liệu đo OD thí nghiệm với tảo ni ngày TL=Tỉ lệ Mg/trtb [(mL/100mL tảo)/trtb] 0.4 0.5 0.6 0.7 OD0 0.305 0.308 0.295 0.301 OD30P 0.038 0.034 0.031 0.024       70    PHỤ LỤC II CÁC BẢNG PHÂN TÍCH THỐNG KÊ PHỤ LỤCII.1: Bảng phân tích ANOVA hiệu suất lắng thí nghiệm One-Way Analysis of Variance -Data: Tnghiem1.hs Level codes: Tnghiem1.binh 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 1726.9584 3.2331 575.65281 712.188 80829 -Total (corrected) 1730.1916 missing value(s) have been excluded 71    0000 PHỤ LỤCII.2:Phân tích ảnh hưởng độ pH Multiple range analysis for TNGHIEM1.hs by TNGHIEM1.binh -Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -0 48.530000 X 77.995000 X 2 81.415000 X 86.035000 X -contrast difference limits 0-1 -29.4650 2.49704 * 0-2 -32.8850 2.49704 * 0-3 -37.5050 2.49704 * 1-2 -3.42000 2.49704 * 1-3 -8.04000 2.49704 * 2-3 -4.62000 2.49704 * -* denotes a statistically significant difference 72    PHỤ LỤCII.3:Phân tích ANOVA hiệu suất lắng thí nghiệm 3a One-Way Analysis of Variance -Data: TN3CK.hs Level codes: TN3CK.binh 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 90.60150 22.65038 720.22930 144.04586 157 9513 -Total (corrected) 810.83080 missing value(s) have been excluded 73    PHỤ LỤCII.4:Phân tích ANOVA hiệu suất lắng thí nghiệm 3b One-Way Analysis of Variance -Data: TN3MT.hs Level codes: TN3MT.binh 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 23.62940 5.90735 611.19825 122.23965 048 9942 -Total (corrected) 634.82765 missing value(s) have been excluded 74    PHỤ LỤC II.5:Phân tích ANOVA hiệu suất lắng thí nghiệm Analysis of Variance for TNGHIEM4.hs - Type III Sums of Squares -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -MAIN EFFECTS A:TNGHIEM4.binh 571.96610 B:TNGHIEM4.ph 14.55422 190.65537 816.730 14.55422 62.347 0000 0000 INTERACTIONS AB 4.6908750 RESIDUAL 1.8675000 1.5636250 6.698 0142 2334375 -TOTAL (CORRECTED) 593.07870 15 -0 missing values have been excluded All F-ratios are based on the residual mean square error PHỤ LỤC II.6:Phân tích ảnh hưởng độ pH Multiple range analysis for TNGHIEM4.hs by TNGHIEM4.ph -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -11 80.183750 X 82.091250 X -contrast - 11 difference 1.90750 limits 0.55723 * -* denotes a statistically significant difference 75    PHỤ LỤC II.7:Phân tích ảnh hưởng bình có độ cao khác Multiple range analysis for TNGHIEM4.hs by TNGHIEM4.binh -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -14 73.235000 X 12 78.220000 X 10 83.950000 X 89.145000 X -contrast difference limits - 10 5.19500 0.78805 * - 12 10.9250 0.78805 * - 14 15.9100 0.78805 * 10 - 12 5.73000 0.78805 * 10 - 14 10.7150 0.78805 * 12 - 14 4.98500 0.78805 * -* denotes a statistically significant difference 76    PHỤ LỤC II.8:Phân tích ANOVA hiệu suất thu hoạch thí nghiệm Analysis of Variance for TN5SK.hs - Type III Sums of Squares -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -MAIN EFFECTS A:TN5SK.ph 1.897506 1.897506 027 B:TN5SK.ngay 83.709819 27.903273 400 8748 7571 INTERACTIONS AB RESIDUAL 32.320269 558.46215 10.773423 154 9240 69.807769 -TOTAL (CORRECTED) 676.38974 15 -0 missing values have been excluded All F-ratios are based on the residual mean square error 77    PHỤ LỤC II.9: Phân tích ANOVA ảnh hưởng nồng độ Mg2+ đến hiệu suất lắng thí nghiệm One-Way Analysis of Variance -Data: TNGHIEM6.hs Level codes: TNGHIEM6.binh 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 247.80014 82.600046 8.379 0337 Within groups 39.43315 9.858288 -Total (corrected) 287.23329 missing value(s) have been excluded 78    PHỤ LỤC II.10: Phân tích ANOVA ảnh hưởng nồng độ Mg2+ khác đến hiệu suất lắng thí nghiệm Multiple range analysis for TNGHIEM6.hs by TNGHIEM6.binh -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -0 14.785000 X 22.875000 XX 2 26.510000 X 29.705000 X -contrast difference limits 0-1 -8.09000 8.72055 0-2 -11.7250 8.72055 * 0-3 -14.9200 8.72055 * 1-2 -3.63500 8.72055 1-3 -6.83000 8.72055 2-3 -3.19500 8.72055 -* denotes a statistically significant difference                   79    PHỤ LỤC III CÁC HÌNH ẢNH TRONG TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM Hình III.1: Trích ly hệ thống SOHXLET Hình III.2: Bếp bình SOHXLET chứa dầu 80    a) b) Hình III.3: Đáy bình dầu thơ thí nghiệm 5, a) ngày pH 11, b) ngày pH 11 Hình III.4: Dung dịch tảo sau 24h lắng thí nghiệm 2a 81    ... đề tài: Nghiên Cứu Thu Hoạch Tảo Chlorella Vulgaris Bằng Phương Pháp Đơng Tụ 1.2 - Mục đích đề tài Nâng cao hiệu suất thu hoạch tảo Chlorella Vulgaris phương pháp đông tụ 1.3 - Xác định yếu... suất thu hoạch tảo phương pháp đông tụ 1.4 - Yêu cầu Xác định thông số tối ưu của: độ pH, độ cao dịch tảo diện tích mặt thống, thời gian lắng, nồng độ ion Mg2+trong việc thu hoạch tảo phương pháp. ..NGHIÊN CỨU THU HOẠCH TẢO CHLORELLA VULGARIS BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ Tác giả LÊ QUANG TÂN PHẠM ĐỨC HẬU Khóa luận đệ trình để đáp