Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc trong mô hình nuôi trồng vi tảo chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠNG NGHỆ SINH HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƠN SẮC TRONG MƠ HÌNH NI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN Người hướng dẫn: TS LÊ LÝ THÙY TRÂM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ NGÂN GIANG - STSV: 107120248 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUỐC BẢO - STSV: 107120241 Lớp: 12SH Đà Nẵng, 5/2017 TÓM TẮT Tên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản” Sinh viên thực hiện: 1) Nguyễn Thị Ngân Giang Lớp 12SH Số thẻ sinh viên: 107120248 2) Nguyễn Quốc Bảo Lớp 12SH Số thẻ sinh viên: 107120241 Hiện việc nuôi trồng vi tảo để xử lý nước thải thủy sản đồng thời thu nhận sinh khối phục vụ cho sản xuất biodiesel làm thức ăn chăn nuôi quan tâm trọng Đây không giải pháp xử lý nước nhiễm mà cịn tận dụng nguồn lipid tảo để tạo nhiên liệu thân thiện với môi trường Tuy nhiên lượng sinh khối thu hồi cịn q dẫn đến việc áp dụng giải pháp vấn đề lớn chưa giải Nhận thấy tầm quan trọng việc làm để gia tăng lượng sinh khối thu hồi, tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản”, với mục đích nhằm cải thiện hiệu suất quang hợp, thông qua việc thay hệ thống chiếu sáng ánh sáng trắng từ đèn huỳnh quang trước đây, sang đèn LED đơn sắc xanh đỏ Việc tập trung nguồn sáng cần thiết giúp tối ưu trình quang hợp vi tảo, gia tăng tổng hợp vật chất hữu cơ, từ tăng lượng sinh khối thu hồi Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm phần nghiên cứu lý thuyết thiết kế mơ hình dựa kết nghiên cứu lý thuyết: Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Nội dung, vật liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận Chương 4: Áp dụng kết nghiên cứu lý thuyết vào việc triển khai mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris nước thải thủy sản Qua thời gian thực đề tài, đạt kết nghiên cứu lý thuyết định, xây dựng thành cơng mơ hình thực tế để nuôi trồng vi tảo xử lý nước thải thủy sản Từ kết này, hi vọng đề tài áp dụng thực tế định hướng phát triển nuôi trồng loại vi tảo khác nhằm mục đích thương mại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên 01 Nguyễn Thị Ngân Giang Số thẻ SV 107120248 Lớp 12SH Ngành Công nghệ sinh học 02 Nguyễn Quốc Bảo 107120241 12SH Công nghệ sinh học Tên đề tài đồ án: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƠN SẮC TRONG MƠ HÌNH NI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Nội dung phần thuyết minh tính tốn: a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung 01 Nguyễn Thị Ngân Giang 02 Nguyễn Quốc Bảo Nghiên cứu, đọc tài liệu viết tổng quan, thực thí nghiệm lý thuyết, lên ý tưởng thiết kế mơ hình nuôi trồng vi tảo b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Nội dung 01 + Nghiên cứu viết tổng quan tài liệu, chịu trách nhiệm nội dung nghiên cứu lý thuyết Nguyễn Thị Ngân Giang + Xử lý kết số liệu thực nghiệm, thuyết minh nội dung nghiên cứu 02 + Tính tốn xây dựng mơ hình thực nghiệm, chịu trách nhiệm nội dung thiết kế thuyết minh mơ hình + Lựa chọn vật liệu, lắp đặt thi công, đánh giá hiệu mô hình Nguyễn Quốc Bảo Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung: TS Lê Lý Thùy Trâm Toàn văn i Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: 20/2/2017 20/5/2017 Đà Nẵng, ngày 25 tháng5 năm 2017 Người hướng dẫn Trưởng Bộ môn Công nghệ sinh học TS Lê Lý Thùy Trâm TS Lê Lý Thùy Trâm ii LỜI CẢM ƠN Trải qua quãng thời gian Đại học, ngồi ghế nhà trường nhận dạy, giúp đỡ tận tình từ thầy cô môn Công nghệ sinh học nói riêng khoa Hóa nói chung, chúng tơi cảm thấy thân dần trưởng thành học hỏi thật nhiều điều bổ ích Đó khơng học chun mơn lơi mà cịn học đạo đức đáng giá, giúp chúng tơi thêm hồn thiện người nhân cách Và để đến giai đoạn hơm nay, hồn thành Đồ án tốt nghiệp mình, chúng tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến cô, Tiến sĩ Lê Lý Thùy Trâm, trưởng môn Công Nghệ Sinh Học, Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng Cô không người dẫn dắt, định hướng công việc nghiên cứu chúng tơi, mà cịn giúp đỡ hỗ trợ vật chất tinh thần, đưa đến với nhiều thành công mà thật tự hào Cảm ơn cô bên cạnh, chia sẻ giúp chúng tơi vượt qua khó khăn thử thách học tập sống Bên cạnh đó, chúng tơi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Võ Công Tuấn Cô Phạm Thị Kim Thảo, ln nhiệt tình hỗ trợ giúp đỡ suốt thời gian thực nghiên cứu phịng thí nghiệm mơn, tồn thể thầy mơn Cơng nghệ sinh học khoa Hóa sát cánh chũng tơi suốt toàn thời gian học tập lĩnh hội kiến thức trường Cuối cùng, chúng tơi xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân quan tâm động viên để giúp chúng tơi hồn thiện cơng việc nghiên cứu đồ án tốt nghiệp iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp kết riêng nhóm chúng tơi dựa nghiên cứu, tìm hiểu từ số liệu thực tế đuợc thực theo dẫn, định hướng giáo viên huớng dẫn Mọi tài liệu, thông tin sử dụng đồ án đuợc trích dẫn từ nguồn tài liệu nằm danh mục tài liệu tham khảo Người cam đoan Ký tên Nguyễn Thị Ngân Giang Nguyễn Quốc Bảo iv MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC TỪ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT x LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu vi tảo Chlorella vulgaris 1.1.1 Đặc điểm phân loại, hình thái cấu trúc tế bào 1.1.2 Đặc điểm sinh sản 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển tảo Chlorella vulgaris 1.2 Vai trò, ứng dụng Chlorella vulgaris 1.2.1 Vai trò tự nhiên 1.2.1 Vai trò đời sống 1.3 Tình hình nghiên cứu ni trồng tảo Chlorella vulgaris giới Việt Nam 11 1.3.1 Trên giới 11 1.3.2 Tại Việt Nam 13 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Nội dung nghiên cứu 15 2.2 Vật liệu nghiên cứu 16 2.2.1 Nguồn giống vi tảo 16 2.2.2 Dụng cụ, hóa chất trang bể sử dụng 16 2.3 Phương pháp nghiên cứu 17 2.3.1 Quan sát hình thái tế bào vi tảo C.vulgaris 17 2.3.2 Phương pháp nuôi trồng C.vulgaris 17 2.3.3 Phương pháp đo đạc 17 2.3.4 Phương pháp thu hoạch vi tảo 18 2.3.5 Phương pháp bảo quản giống 18 2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 19 v CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 3.1 Nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến q trình hoạt hóa, nhân giống bảo quản giống 20 3.1.1 Ảnh hưởng mơi trường lên việc hoạt hóa nhân giống 20 3.1.2 Ảnh hưởng pH lên việc hoạt hóa nhân giống 22 3.1.3 Ảnh hưởng chu kỳ quang (sáng:tối) lên sinh trưởng C.vulgaris 24 3.1.4 Ảnh hưởng tốc độ sục khí lên sinh trưởng C.vulgaris 25 3.1.5 Ảnh hưởng nồng độ glycerol lên việc bảo quản giống 26 3.2 Nghiên cứu việc nuôi trồng C.vulgaris hệ thống chiếu sáng đơn sắc đèn LED 28 3.3 Nghiên cứu nuôi trồng Chlorella vulgaris nước thải thủy sản 30 3.3.1 Nghiên cứu phát triển C.vulgaris tỷ lệ chiếu sáng đèn LED đơn sắc khác 30 3.3.2 Đánh giá hiệu xử lý nước thải C.vulgaris 32 3.3.3 Khảo sát tỷ lệ cấp giống ban đầu lên sinh trưởng hiệu xử lý nước thải C.vulgaris 34 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀO VIỆC TRIỂN KHAI MÔ HÌNH NI TRỒNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN 37 4.1 Mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris đề xuất 37 4.1.1 Quy trình vận hành mơ hình 37 4.1.2 Thuyết minh quy trình vận hành mơ hình đề xuất 37 4.1.3 Xây dựng thiết kế mơ hình lý thuyết 42 4.2 Xây dựng vận hành mơ hình ni trồng vi tảo C.vulgaris thực nghiệm 61 4.2.1 Thùng điều chỉnh 62 4.2.2 Hệ thống nuôi trồng vi tảo 63 4.2.3 Vận hành mơ hình 69 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tế bào Chlorella vulgaris Hình 1.2 Các sản phẩm dinh dưỡng từ tảo Chlorella vulgaris Hình 1.3 Thực trạng ô nhễm nước thải thủy sản khu vực Âu thuyền Thọ Quang, Đà Nẵng 10 Hình 1.4 Nước thải thủy sản trạm xử lý Sơn Trà, Đà Nẵng 10 Hình 1.4 Mơ hình ni trồng tảo theo phương pháp đơn giản làm thức ăn cho thủy hải sản khu vực miền Tây Nam Bộ 14 Hình 2.1 Sơ đồ qui trình nội dung nghiên cứu Hình 2.2 Giống tảo dịch dưỡng Hutner sau lấy 16 Hình 2.3 Hình thái tế bào C.vulgaris quan sát kính hiển vi vật kính 40x 17 Hình 3.1 Biểu đồ chu kỳ sinh trưởng C.vulgaris môi trường BBM Antonie 21 Hình 3.2 Sự phát triển C.vulgaris ngày thứ 11 môi trường BBM Antonie 22 Hình 3.3 Biểu đồ thể ảnh hưởng pH lên sinh trưởng C.vulgaris 23 Hình 3.4 Tiến hành khảo sát thu hẹp vùng pH 23 Hình 3.6 Sự phát triển C.vulgaris chu kỳ quang 16:8 12:12 25 Hình 3.7 Sự phát triển C.vulgaris tộc độ sục khí khác 26 Hình 3.8 Giống vi tảo bảo quản Glycerol 26 Hình 3.9 Sự sinh trưởng C.vulgaris sau thời gian bảo quản tháng 27 Hình 3.10 Sự sinh trưởng C.vulgaris sau thời gian bảo quản 1,5 tháng 27 Hình 3.11 Các nghiệm thức chiếu sáng đèn LED tỷ lệ xanh:đỏ (%:%) khác 29 Hình 3.12 Các bình nuôi C.vulgaris nghiệm thức chiếu sáng đơn sắc vào ngày thứ 11 29 Hình 3.12 Sự sinh trưởng Chlorella vulgaris nghiệm thức chiếu sáng đèn LED đơn sắc khác 30 Hình 3.13 Sự sinh trưởng C.vulgaris nghiệm thức chiếu sáng đèn LED đơn sắc mức tỷ lệ khác nuôi trồng nước thải thủy sản 31 Hình 3.13 Kết phát triển C.vulgaris môi trường nước thải thủy sản nghiệm thức chiếu sáng với tỷ lệ LED đơn sắc khác 32 Hình 3.14 Mẫu nước thải đầu vào trước nuôi tảo đầu sau xử lý vi tảo 33 vii Hình 3.15 Sự sinh trưởng C.vulgaris nghiêm thức tỷ lệ cấp giống ban đầu khác 34 Hình 4.1 Quy trình vận hành mơ hình xử lý 37 Hình 4.2 Bể điều chỉnh 37 Hình 4.3 Sơ đồ nhân giống 39 Hình 4.4 Hệ thống nuôi trồng vi tảo 39 Hình 4.5 Bể xử lý 40 Hình 4.6 Thiết bị ly tâm 41 Hình 4.7 Chai nhựa 5lit 61 Hình 4.8 Bể điều chỉnh thực tế 62 Hình 4.9 Bể xử lý nước thải thức tế 63 Hình 4.10 Kích thước bình nhựa 5lit 64 Hình 4.11 Sục khơng khí 65 Hình 4.12 Bình giống 66 Hình 4.13 Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16 Giàn đỡ mơ hình thực tế 69 Mơ hình thức tế 69 Mơ hình thức tế hoàn thiện 70 Mơ hình thức tế chạy với nước thải 71 viii Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản - Nhựa PE không độc hại - Rẻ tiền có sẵn Độ cứng phù hợp giãn nỡ thể tích 4.2.1 Thùng điều chỉnh Gọi k hệ số hao phí cơng đoạn xử lý Vhptn thể tích hao phí cơng đoạn xử lý Vì sử dụng bình tích 5lit nên ứng với thể tích nạp vào Vtnv = 4lit nước thải hệ số chứa đầy thực tế (N): Nđc = = 0,8 Hình 4.8 Bể điều chỉnh thực tế Do bể có phần lõm đáy thúng nên đặt ống bơm vào để hút nước thải cịn hao phí lượng nước thải bình phần đường ống Qua thực nghiệm đo đạt ống đong phịng thí nghiêm, lượng nước thải dư thừa sau cô lập phần bể điều chỉnh đến bể xử lý thải thứ là: Vhptnđc = 356 ml = 0,356 lit kđc = 100×Vhptnđc Vtnv SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo = 0,356×100 = 8,9% GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 62 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản 4.2.2 Hệ thống nuôi trồng vi tảo Hình 4.9 Bể xử lý nước thải thức tế Trong đó: 1: Bể xử lý nước thải 2: Đèn LED 3: Sục khơng khí 4: Ống chuyển nước thải 5: Ống cấp nước thải vào 6: Ống khí thải nước thải Mơ hình thực tế gồm có bể xử lý nước thải Theo mơ hình đề xuất ta có 12 ngày xử lý chi phí đầu tư hạn hẹp nên làm bể bể lưu ngày xử lý Tính tốn lượng nước thải xử lý bể: 4.2.2.1 Bể thứ Gọi Vtn1, Vtn2, …Vtn6 lượng thể tích nước thải có bể xử lý Thể tích nước thải vào bể thứ sau từ bể điều chỉnh chảy vào là: Vtn0 = Vtnv – Vhptnđc = – 0,356 = 3,64 (lit) Vì lượng giống cần cấp cho nước thải bể chiếm 15% lượng nước thải cấp vào bể, nên tổng lượng nước thải có bể là: Vtn1 = Vtn0 + Vtng Với Vtng: giống cấp thực nghiệm  Vtn1 = Vtn0’ + 0,15Vtn0’ = 1,15Vtn0’ = 1,15 × 3,64 = 4,19 (lit) SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 63 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Vtng = 0,15Vtn0’ = 0,15 × 3,64 = 0,546 (lit) Độ chứa đầy bể nước thải là: 4,19 = 0,84 Các bể xử lý gia công thủ công nên hao phí thể tích nước thải bể khác Dựa thực nghiệm, ta cô lập bể xử lý thứ sau cho nước thải chảy vào bể thứ ta lượng nước thải hao phí bể là: Vhptn1 = 307ml = 0,307lit ktn1 = 100×Vhptn1 Vtn1 = 0,307×100 4,19 = 7,33% 10,7cm 8,4cm 21cm 13cm Hình 4.10 Kích thước bình nhựa 5lit Để tính cơng suất đèn chiếu sáng phải dựa vào diện tích tính đề xuất mơ hình nên ta có kích thước bể xử lý: Stncs = Sthân + Sđáy + Schóp (5) Trong đó: Stncs: Diện tích cần chiếu sáng Sthân: Diện tích phần thân bể nhựa Sđáy: Diện tích phần đáy bể nhựa Schóp: Diện tích phần nón nắp bể nhựa Sthân = 4×21×13 – 2×π× SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo 8,42  981,16(cm2) GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 64 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản 13 Sđáy = π× 13 Schóp= π× ×6,2  126,61(cm2) ×10,7  218,50(cm2) (5) => Stncs = 218,50 + 126,61 + 981,16 = 1326,27 (cm2) Vì diện tích chứa đầy chất lỏng bình 0,84 nên ta có diên tích chiếu sáng phụ thuộc vào thể tích chứa đầy bể Nên có diện tích chiếu sáng tối ưu: Stncs = 1326,27 × 0,84  1111,4 (cm2) Dựa vào cơng thức tính tốn [27] ta tính cơng suất đèn LED cần dùng bể 11 (W) Ta sử dụng bóng đèn cho bể nuôi nên công suất tổng cộng 33W Vậy ta chọn bóng đèn bóng có cơng suất 11W Trên thị trường khơng có loại bóng đèn công suất 11W nên ta chọn loại 10W Vậy chọn bóng đèn LED hãng Philips có thơng số [28] Công suất : 10W Chất liệu : Mica, nhơm Kích thước : L 600mm Sục khơng khí bể với tốc 2lit/phút mà lượng nước thải bể Vtn1= 4,19 (lit) nên sục khơng khí: lit ) phut 4,19(lit)×2( 1(lit) = 8,38 (lit/phút) Hình 4.11 Sục khơng khí SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 65 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Giống cấp vào bể xử lý : Vtng = 0,15Vtn1’ = 0,15 × 3,64 = 0,546 (lit) Do khơng đủ thời gian hồn hệ thống cấp giống nên giống chứa chai nhựa sau ni phịng thí nghiệm Hình 4.12 Bình giống Theo mơ hình đề xuất sử dụng ống chuyển cho bể hệ thống có đường kính d(4) = 28 mm thực tế đường kính ống lớn làm tăng dao động gây nứt thùng nên chọn đường kính ống có thơng số dtn = 21mm = 0,021m Ta có: dtn =  Qtn1 = √ π ×V × dtn 4×Qtn1 π×V = => dtn2 × π ×V = × Qtn1 π ×1,5 ×0,0212  5,19x10-4(m3/s) = 31,12(lit/phut) Trên thực tế giá thành bơm có lưu lượng Qtn1 = 31,12 (lit/phút) cáo triệu đồng Vì chúng em chọn bơm có suất lit/phút, cơng suất: 60W giá thành rẻ, thơng dụng thời gian ta chuyển sang thùng lâu 4.2.2.2 Bể thứ Thể tích nước thải vào bể thứ sau từ bể thứ chảy vào là: Vtn2 = Vtn1 - Vhptn1 = 4,19 – 0,307 = 3,88 (lit) SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 66 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình nuôi trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Dựa thực nghiệm, ta cô lập bể xử lý thứ sau cho nước thải di chuyển vào bể thứ ta lượng nước thải hao phí bể là: Vhptn2 = 326ml = 0,326lit ktn2 = 100 × Vhptn2 Vtn2 = 0,326×100 3,88 = 8,40% 4.2.2.3 Bể thứ Thể tích nước thải vào bể thứ 3: Vtn3 = Vtn2 - Vhptn2 = 3,88 – 0,326 = 3,55 (lit) Dựa thực nghiệm, ta cô lập bể xử lý thứ sau cho nước thải di chuyển vào bể thứ ta lượng nước thải hao phí bể là: Vhptn3 = 362ml = 0,362lit ktn3 = 100×Vhptn3 Vtn3 = 0,362×100 3,55 = 10,20% 4.2.2.4 Bể thứ Thể tích nước thải vào bể thứ sau từ bể thứ chảy vào là: Vtn4 = Vtn3 - Vhptn3 = 3,55 – 0,362 = 3,19 (lit) Dựa thực nghiệm, ta cô lập bể xử lý thứ sau cho nước thải chảy vào bể thứ ta lượng nước thải hao phí bể là: Vhptn4 = 413ml = 0,413lit ktn4 = 100×Vhptn4 Vtn4 = 0,413×100 3,19 = 12,95% 4.2.2.5 Bể thứ Thể tích nước thải vào bể thứ sau từ bể thứ chảy vào là: Vtn5 = Vtn4 - Vhptn4 = 3,19 – 0,413 = 2,78 (lit) Dựa thực nghiệm, ta cô lập bể xử lý thứ sau cho nước thải chảy vào bể thứ ta lượng nước thải hao phí bể là: Vhptn5 = 354 ml = 0,354 (lit) ktn5 = 100×Vhptn5 Vtn5 = 0,354×100 2,78 = 12,73% 4.2.2.6 Bể thứ Thể tích nước thải vào bể thứ sau từ bể thứ chảy vào là: Vtn6 = Vtn5 - Vhptn5 = 2,78 – 0,354 = 2,43 (lit) Dựa thực nghiệm, ta cô lập bể xử lý thứ sau cho nước thải chảy hệ thống ta lượng nước thải hao phí bể là: Vhptn6 = 439 ml = 0,439 (lit) SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 67 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản ktn6 = 100×Vhptn6 Vtn6 = 0,431×100 2,43 = 17,74% Vậy lượng nước thải đầu là: Vtnxl = Vtn6 - Vhptn6 = 2,43 – 0,431 = (lit) Bảng 4.3 Thể tích nước thải thủy sản công đoạn xử lý với mơ hình thực tế Sản phẩm cơng Cơng đoạn Nguyên liệu V (lit) Bể điều chỉnh Nước thải vào (Vtnv)) Chai cấp giống Giống cấp (Vtng) 0,546 Bể xử lý Nước thải từ bể điều chỉnh giống (Vtn1) 4,19 Nước thải khỏi bể (Vtn2) 3,88 Bể xử lý Nước thải vào bể (Vtn2) 3,88 Nước thải khỏi bể (Vtn3) 3,55 Bể xử lý Nước thải vào bể (Vtn3) 3,55 Nước thải khỏi bể (Vtn4) 3,19 Bể xử lý Nước thải vào bể (Vtn4) 3,19 Nước thải khỏi bể (Vtn5) 2,78 Bể xử lý Nước thải vào bể (Vtn5) 2,78 Nước thải sau khỏi bể (Vtn6) 2,43 Bể xử lý Nước thải vào bể (Vtn6) 2,43 Nước thải khỏi hệ thống (Vtnxl) Hệ thống nuôi trồng xử lý đoạn Nước thải sau điều chỉnh (Vtn0’) V (lit) 3,64 Bảng 4.4 Hao phí cơng đoạn mơ hình thực tế Cơng đoạn Tỉ lệ hao phí Nước thải từ bể điều chỉnh vào bể xử lý (kđc) 8,9% Nước thải từ bể thứ vào bể thứ (k1) 7,33% Nước thải từ bể thứ vào bể thứ (k2) 8,40% SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 68 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Nước thải từ bể thứ vào bể thứ (k3) 10,20% Nước thải từ bể thứ vào bể thứ (k4) 12,95% Nước thải từ bể thứ vào bể thứ (k5) 12,73% Nước thải từ bể thứ khỏi hệ thống xử lý (k6) 17,74% 4.2.3 Vận hành mơ hình Hình 4.13 Giàn đỡ mơ hình thực tế Hình 4.14 Mơ hình thức tế SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 69 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mô hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Hình 4.15 Mơ hình thức tế hồn thiện Mơ hình hồn thành phần chạy thử nghiệm với nước nước thải Lần chạy với nước chạy với nước nhằm: Đánh giá hao phí thể tích bể đường ống (đã đề cập phần tính tốn mơ hình) Kiểm tra dấu hiệu rò rỉ nước bể đường ống Kiểm tra hệ thống sục khí Kiểm tra chiếu sáng từ đèn Kiểm tra khí từ bể xử lý vào cột hấp phụ khí Kiểm tra van khóa đường ống Sau đạt trạng thái ổn định hệ thống ta cho chạy với nước thải thủy sản Lần thứ chạy với nước thải thủy sản vòng 12 ngày: SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 70 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản ngày ngày 12 ngày 10 Hình 4.16 Mơ hình thức tế chạy với nước thải Thông số nước thải thủy sản đo sau 12 ngày xử lý: Bảng 4.5 Giá trị đầu vào hiệu suất xử lý vi tảo mơ hình thực tế Thơng số Đầu vào Đầu Hiệu xử lý (%) BOD (mg/l) 4420 49,6 98,88 COD (mg/l) 7855 79 98,99 Nito tổng (mg/l) 460 34,4 92,53 Phospho tổng (mg/l) 71,5 2,9 95,95 pH 7,1 5,8 Đạt yêu cầu Thông số nước thải đầu mơ hình xử lý với lít nước thải sau 12 ngày cho thấy tiêu đầu nước thải đạt chuẩn đầu nước thải loại B Canh trường tảo sau nuôi đem ly tâm phịng thí nghiệm ta được: SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 71 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Lượng sinh khối thu hồi PTN (g/l) Lượng sinh khối thu hồi mơ hình (g/l) 4,315 ± 0,02g 4,123 ± 0,02g Đánh giá mơ hình thực tế: Lượng sinh khối vi tảo thu hồi mơ hình khơng có sai khác lớn so với lượng tảo thu hồi lý thuyết Các tiêu nước thải sau xử lý đạt số đầu nước thải loại B, cho thấy mơ hình thực tế hồn tồn có khả vận hành xử lý nước thải, đảm bảo việc thu hồi sinh khối tối ưu Tuy nhiên giá trị thu có số sai khác so với kết nghiên cứu Nguyên nhân dẫn đến việc chênh lệch kết đo số ngun nhân sau: Q trình ni phịng thí nghiệm diễn điều kiện ánh sáng tự nhiên cịn q trình ni mơ hình thực tế diễn ngồi trời làm thiếu ánh sáng đơn sắc tăng nhiệt trình nuôi gây ảnh hương đến quang hợp làm chết vi tảo Thời gian vận hành chưa đảm bảo Quá trình cấp khơng khí khơng đáp ứng đủ lượng khơng khí cấp vào thùng xử lý lúc vận hành có nhiều vị trí chưa sục khí sục khí cịn cục Hệ thống ni trồng có thùng ni nên thời gian lưu cịn dài, cịn số chỗ có tượng bám dính tế bào tảo Để khắc phục nhược điểm trên, thời gian đến xin đề xuất việc cải thiện mơ hình cách tăng số thùng ni để đảm bảo theo chu kỳ sinh trưởng vi tảo, gia cơng lại hệ thống sục khí để đảm bảo hiệu suất tính động với kết nghiên cứu mơ hình SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 72 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản KẾT LUẬN Sau thời gian tháng thực đề tài, đạt số kết sau: Các điều kiện phù hợp cho hoạt hóa nhân giống, bảo quản C.vulgaris điều kiện phịng thí nghiệm bao gồm: • Mơi trường dinh dưỡng: mơi trường Antonie • pH tối ưu: 8,2 với khoảng pH dao động cho phép: 8,0-8,5 • Điều kiện ni trồng: chế độ chiếu sáng 16 sáng: tối; sục khí với tốc độ 2l/phút • Nồng độ glycerol 30% thể tích xem tối ưu cho việc bảo quản giống • Đồng thời, việc thay chiếu sáng từ đèn trắng sang chiếu sáng đèn LED đơn sắc có lợi cho sinh trưởng phát triển vi tảo, đặc biệt tỷ lệ kết hợp 50% ánh sáng xanh 50% ánh sáng màu đỏ cho hiệu thu hồi sinh khối cao Việc ứng dụng chiếu sáng đơn sắc với tỷ lệ kết hợp vào nuôi trồng C.vulgaris nước thải thủy sản mang lại kết khả quan, mà lượng sinh khối thu hồi cao gấp lần so với chiếu sáng ánh sáng trắng, đồng thời với tỷ lệ cấp giống ban đầu 15% thể tích cho hiệu suất xử lý nước thải đạt chuẩn đầu ( > 93,5 %) Dựa vào sở trên, chúng tơi tiến hành xây dựng mơ hình thực tế ni trồng C.vulgaris x lít nước thải thủy sản Kết mơ hình chạy ổn định, với chu kỳ xử lý 12 ngày tương ứng với chu kỳ sinh trưởng khảo sát vi tảo Hiệu suất xử lý đạt 92,5 % Đề xuất thời gian tới Tiến hành hoàn thành nghiên cứu khảo sát thêm điều kiện tối ưu cho việc nhân giống, thay sục khí sục CO2, cố định pH chu kỳ nuôi, thay đổi cường độ chiếu sáng Bên cạnh xem xét thử nghiệm nuôi trồng C.vulgaris loại nước thải khác (hiện nhóm thử nghiệm mơi trường nước thải sinh hoạt bước đầu thu nhận hiệu xử lý khả quan) hoàn thành hạng mục cịn lại mơ hình để ứng dụng qui mô pilot để xử lý nước thải thủy sản, nghiên cứu phương pháp gia tăng sinh khối để xử lý nước thải đạt loại A SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 73 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Minh Tuấn, Lê Thị Bích Yến, Nguyễn Phước Hải, Nguyễn Thị Thanh Xuân, Đặng Kim Hoàng, Nguyễn Hoàng Minh, Nguyễn Ngọc Tuân (2012), “Nghiên cứu nuôi trồng Chlorella vulgaris làm nguyên liệu sản xuất Biodiesel”, Tạp chí Khoa Học Công Nghệ, số 10 – 6(2012)/32 [2] Nguyễn Bá Nam (2016), “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc nhân giống số loại trồng có giá trị kinh tế”, Luận án Tiến sĩ nông nghiệp, mã số 62.62.01.10 [3] Nguyễn Lân Dũng, giáo trình vi sinh vật học, NXB Giáo dục 2009 [4] Nguyễn Bin, giáo trình Các trình, thiết bị cơng nghiệp hóa chất thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Tài liệu tiếng nước [5] Amanda Geis, William Sampson, Tai-Yin Huang, Jacqueline S McLaughlin, (2016), “The Effects of LED Lights on the Growth of Chlorella vulgaris”, Journal of Introductory Biology Investigations, Vol 3, No.5 2016 [6] Anjala M Gammanpila, Chintha P Rupasinghe, Siripala Subasinghe, “Light intensity and photo period effect on growth and lipid accumulation of microalgae Chlorella vulgaris and nannochloropsis sp for biodiesel production”, Proceedings of 12 ISERD International Conference, Tokyo, Japan, 26 Sept 2015, ISBN: 978-93-85832-00-0 [7] Arezoo Khalili, Ghasem D Najafpour, Ghazaleh Amini, and Faezeh Samkhaniyani, (2015), “Influence of Nutrients and LED Light Intensities on Biomass Production of Microalgae Chlorella vulgaris”, Biotechnology and Bioprocess Engineering 20: 284-290 (2015) DOI 10.1007/s12257-013-0845-8 [8] Farooq Ahmad, Amin U Khan and Abdullah Yasar, “The potential of chlorella vulgaris for wastewatertreatment and biodiesel production”, Pak J Bot., 45(S1): 461-465, January 2013 [9] Liang Wang & Min Min & Yecong Li & Paul Chen & Yifeng Chen & Yuhuan Liu & Yingkuan Wang & Roger Ruan, (2009), “Cultivation of Green Algae Chlorella sp in Different Wastewaters from Municipal Wastewater Treatment Plant”, Appl Biochem Biotechnol DOI 10.1007/s12010-009-8866-7 SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 74 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản [10] M Šoštariè, J Golob, M Bricelj, D Klinar, and A Pivec, “Studies on the growth of chlorella vulgaris in culture media with different carbon sources”, Chem Biochem Eng Q 23 (4) 471–477 (2009) [11] Martin Gross (2013), “Development and optimization of algal cultivation Systems”, Iowa State University Digital Repository @ Iowa State University, Graduate Theses and Dissertations [12] Matthew Forrest Blair, Bahareh Kokabian, Veera Gnaneswar Gude (2014), “Light and growth medium effect on Chlorella vulgaris biomass production”, Journal of Environmental Chemical Engineering (2014) 665–674 [13] Photosynthesis Research Protocol, Robert Carpentier, Page 145-146 [14] Qitao Gong, Yuanzheng Feng, Ligai Kang, Mengyuan Luo, Junhong Yang (2014, “Effects of light and pH on cell density of Chlorella vulgaris”, ELSEVIER, Energy Procedia 61(2014)2012-2015 [15] Thangapandi Marudhupandi, Velusamy Gunasundari, Thipramalai Thankappan Ajith Kumar, Kapila R.A Tissera (2014), “Influence of citrate on Chlorella vulgaris for biodiesel production”, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology (2014) 386–389 [16] Y K Wong, K.C.Ho, Y F Tsang, L Wang, K K L Yung (2016), “Cultivation of Chlorella vulgaris in Column Photobioreactor for Biomass Production and Lipid Accumulation”, Water Environment Res., 88, 40(2016) [17] Yanna Liang Ỉ Nicolas Sarkany Ỉ Yi Cui (2009), “Biomass and lipid productivities of Chlorella vulgaris under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic growth conditions”, Biotechnol Lett DOI 10.1007/s10529-009-9975-7 [18] Zahra Amini Khoeyi, Jafar Seyfabadi, Zohreh Ramezanpour (2012), “Effect of light intensity and photoperiod on biomass and fatty acid composition of the microalgae, Chlorella vulgaris”, Aquacult Int (2012) 20:41–49 DOI 10.1007/s10499011-9440-1 Tài liệu Internet [19] http://www.gree-vn.com/pdf/QCVN11-2011BTNMT.pdf (truy cập ngày 5/3/2017) [20] http://sunchlorella.vn/chrorella-26/TAO-LUC-CHLORELLA-KHACTAO-XOAN-SPIRULINA-THE-NAO-i83.htm (truy cập ngày 16/3/2017) [21] http://uv-vietnam.com.vn/SpecNewsDetail.aspx?newsId=928 (truy cập ngày 10/2/2017) SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 75 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản [22] http://ccala.butbn.cas.cz/en/chlorella-vulgaris-beijerinck-4 (truy cập ngày 14/4/2017) [23] http://ccala.butbn.cas.cz/en/chlorella-vulgaris-beijerinck-4 (truy cập ngày 20/12/2016) [24] http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/vitao01.htm (truy cập ngày 18/7/2016) [25] http://www.qdnd.vn/phong-su-dieu-tra/dieu-tra/tinh-trang-o-nhiem-o-authuyen-tho-quang-som-trien-khai-phuong-an-khac-phuc-491032 (truy cập ngày 10/7/2016) [26] https://tepbac.com/tin-tuc/full/Thu-thap-va-nuoi-sinh-khoi-vi-tao-bienlam-thuc-an-nuoi-thuy-san-1135.html (truy cập ngày 23/8/2016) [27] http://www.rapidtables.com/calc/light/lux-to-watt-calculator.htm (truy cập ngày 10/1/2017) [28].http://www.vatgia.com/hoanglonglx&module=product&view=detail&recor d_id=4879591 (truy cập ngày 12/4/2017) [29] http://amc.edu.vn/vi/co-so-du-lieu/tieu-chuan-quy-chuan/752-nha-o-congtrinh-dan-dung-va-cong-nghiep/3088-tcvn-4513-1988-cap-nuoc-ben-trong-tieu-chuanthiet-ke (truy cập ngày 20/3/2017) SVTH: Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Quốc Bảo GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 76 ... Trâm 31 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Hình 3.13 Kết phát triển C .vulgaris môi trường nước thải thủy sản nghiệm... hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản Nghiên cứu nuôi trồng tảo Chlorella sp Đào Vi? ??t Thủy, Dương Đức Tiến, 1979 nước thải với quy mô. .. Lý Thùy Trâm 15 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống chiếu sáng đơn sắc mơ hình ni trồng vi tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải thủy sản 2.2 Vật liệu nghiên cứu 2.2.1 Nguồn giống vi tảo Giống vi