Nghiên cứu xử lý CO2 nhằm thu sinh khối vi tảo chlorella sorokiniana TH02 trên hệ phản ứng panel phẳng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Ngọc Vinh ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CO2 NHẰM THU SINH KHỐI VI TẢO CHLORELLA SOROKINIANA TH02 TRÊN HỆ PHẢN ỨNG PANEL PHẲNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội, 10/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Ngọc Vinh ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CO2 NHẰM THU SINH KHỐI VI TẢO CHLORELLA SOROKINIANA TH02 TRÊN HỆ PHẢN ỨNG PANEL PHẲNG Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỐ HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MƠI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn: TS Trần Đăng Thuần Hà Nội, 10/2021 i LỜI CAM ĐOAN Luận văn tơi có sử dụng kế thừa số liệu đề tài nghiên cứu khoa học lĩnh vực Khoa học Công nghệ Biển “Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện môi trường, dinh dưỡng, thiết bị phản ứng đến suất sinh khối hoạt tính sinh học vi tảo Chlorella sorokiniana” với mã số KHCBBI:01/19-21 chủ trì Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý CO2 nhằm thu sinh khối vi tảo Chlorella sorokiniana TH02 hệ phản ứng panel phẳng” công trình nghiên cứu cá nhân tơi Các kết trình bày luận văn trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Học viên Nguyễn Ngọc Vinh ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập thực khóa luận tốt nghiệp này, tơi nhận nhiều động viên, hướng dẫn tận tình thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè gia đình Đầu tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, lịng kính trọng đến thầy TS Trần Đăng Thuần dành nhiều thời gian, công sức, quan tâm, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc Học viện Khoa học Cơng nghệ, phịng Đào tạo Khoa Công nghệ môi trường Học viện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn anh chị Phịng Hóa học xanh (Viện Hóa học) em sinh viên nghiên cứu khóa 12 trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội phịng thí nghiệm giúp đỡ tơi suốt q trình thực thí nghiệm đề tài Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2021 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG vii MỞ ĐẦU …………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CO2 1.2 CÁC NGUỒN PHÁT THẢI KHÍ CO2 VÀ TÍCH LŨY CO2 TRONG KHÍ QUYỂN 1.3 NHỮNG HỆ QUẢ CỦA SỰ PHÁT THẢI CO2 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CO2 1.4.1 Phương pháp hóa lý 1.4.2 Phương pháp màng 1.4.3 Kỹ thuật chôn CO2 tầng địa 1.4.4 Xử lý cacbon vi tảo 1.5 SƠ LƯỢC VỀ VI TẢO 10 1.5.1 Sơ lược vi tảo Chlorella sorokiniana 10 1.5.2 Cơ chế chuyển hóa cacbon vi tảo 11 1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển vi tảo 12 1.6 ỨNG DỤNG CỦA VI TẢO Chlorella 18 1.6.1 Nhiên liệu sinh học 18 1.6.2 Thức ăn cho người động vật 19 1.6.3 Sản xuất phân bón sinh học 19 1.6.4 Sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm 20 iv CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 21 2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 21 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.3.1 Hóa chất 21 2.3.2 Thiết bị & dụng cụ 23 2.3.3 Phương pháp thực nghiệm 26 2.3.4 Phương pháp phân tích 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CO2 ĐẾN NĂNG SUẤT SINH KHỐI VÀ HIỆU SUẤT CỐ ĐỊNH CO2 CỦA C SOROKINIANA TH02 35 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN TĂNG TRƯỞNG CỦA VI TẢO…………………………………………………………………… 41 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ SỤC KHÍ ĐẾN TĂNG TRƯỞNG CỦA VI TẢO 43 3.4 TĂNG TRƯỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT XỬ LÝ CO2 CỦA C SOROKINIANA TH02 NUÔI TRONG HỆ PHẢN ỨNG PANEL PHẲNG NGOÀI TRỜI 46 KẾT LUẬN 53 KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 62 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt DIC ECO2 FCO2 FPA Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Dissolved inorganic carbon Carbon dioxide fixation Hiệu suất cố định CO2 sinh efficiency khối vi tảo Lượng CO2 cố định sinh khối Carbon dioxide fixation Flat-panel vi tảo airlift Hệ thống bể phản ứng quang sinh photobioreactor dạng panel phẳng – phẳng FPP Flat-panel photobioreactor FR CO2 Carbon dioxide fixation rate H-T PBR µ MTA PBR Cacbon vơ hịa tan Hệ thống bể phản ứng quang sinh dạng phẳng Tốc độ cố định CO2 sinh khối vi tảo Helical-tubular Hệ thống bể phản ứng quang sinh photobioreactor dạng hình vành khuyên Specific growth rate Tốc độ tăng trưởng đặc trưng Multi-tubular airlift Hệ thống bể phản ứng quang sinh photobioreactor dạng ống đứng ND Not determined Không xác định NDIR Nondispersive infrared detector Dầu dò cảm biến hồng ngoại P Biomass productivity Năng suất sinh khối RT Residence time Thời gian lưu SDIC Saturated dissolved inorganic carbon Cacbon vơ hịa tan bão hịa TCD Thermal conductivity detector Đầu dò dẫn nhiệt TN Total nitrogen Tổng số nitơ TOC Total organic carbon Tổng cacbon hữu UV-Vis X Ultraviolet–visible spectroscopy Biomass concentration Máy đo quang phổ Nồng độ sinh khối vi DANH MỤC HÌNH Hình 1 Tảo lục Chlorella 11 Hình Sơ đồ mơ tả chuyển hóa cacbon tế bào vi tảo Chlamydomonas [39] 12 Hình Hệ thống phản ứng nuôi vi tảo cố định CO2 Hệ thống mở (A), hệ thống kín (B) 16 Hình Thiết kế thiết bị phản ứng dạng panel phẳng 17 Hình Nhân ni tảo Chlorella sorokiniana TH02 giống Trong bình tam giác 500 mL (A), chai trung tính L (B)……………………27 Hình 2 Mơ hình thiết bị phản ứng panel phẳng (A) mơ hình thiết bị thực (B) 29 Hình Sự biến đối pH (A) nồng độ sinh khối (B) C sorokiniana TH02 ni nồng độ CO2 khác nhau…………………………36 Hình Nồng độ cacbon vơ hịa tan bão hịa môi trường nuôi tảo nồng độ CO2 sục khác SDIC: saturated dissolved inorganic carbon (cacbon vô hịa tan bão hịa) 39 Hình 3 Tốc độ tăng trưởng riêng (μ, ngày–1), sinh khối khô (X, g/L) C sorokiniana TH02 pH môi trường nuôi điều kiện cường độ ánh sáng khác 42 Hình pH mơi trường ni tốc độ tăng trưởng riêng (A), suất sinh khối nồng độ cacbon vơ hịa tan bão hịa mơi trường ni tảo (B) tốc độ sục khí khác Tốc độ tăng trưởng riêng (µ, ngày–1), nồng độ cacbon vơ bão hịa (SDIC, mM), suất sinh khôi (P, mg/L∙ngày) 46 Hình Biến thiên nhiệt độ cường độ ánh sáng (A), nồng độ sinh khối pH môi trường nuôi (B), tốc độ cố định CO2 suất sinh khối (C) 48 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Một số nghiên cứu sử dụng thiết bị panel phẳng kết hợp nuôi vi tảo thu sinh khối xử lý CO2 18 Bảng Các hố chất thí nghiệm………………………………………… 22 Bảng 2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 24 Bảng Thành phần dinh dưỡng môi trường BG 11 27 Bảng Nồng độ CO2 khác điều chỉnh lưu lượng CO2 lưu lượng khơng khí thơng qua lưu lượng kế 29 Bảng 3.1 Năng suất sinh khối, tốc độ hiệu suất cố định CO2 C sorokiniana TH02 nuôi nồng độ CO2 sục khác sau ngày nuôi cấy…………………………………………………… 37 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố sinh khối C sorokiniana TH02 nuôi nồng độ CO2 khác 37 Bảng 3 Sinh trưởng vi tảo nồng độ CO2 khác 40 Bảng 3.4 Năng suất sinh khối, tốc độ hiệu suất cố định CO2 43 Bảng 3.5 Năng suất sinh khối, tốc độ hiệu suất cố định CO2 C sorokiniana TH02 ni tốc độ sục khí khác sau ngày nuôi cấy 45 Bảng So sánh nồng độ suất sinh khối vi tảo Chlorella nuôi hệ thiết bị quang sinh 50 Bảng So sánh hàm lượng nguyên tố sinh khối tảo nuôi hệ phản ứng quang sinh khác 52 MỞ ĐẦU Từ năm 1990, lượng khí nhà kính làm gia tăng 41% tổng xạ, nhân tố gây q trình nóng lên tồn cầu Trong đó, khí carbon dioxide (CO 2) chiếm 82% lượng xạ gia tăng thập niên vừa qua Tình trạng thải khí CO2 đạt đến kỷ lục vào năm 2017 2018 Đến năm 2021, nồng độ CO2 khí lên mức trung bình tồn cầu 415 ppm, cao gần 50% so với giai đoạn trước diễn cách mạng công nghiệp, tiếp tục tăng cao Tác động nóng lên trái đất dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng cho mơi trường tồn cầu (thời tiết khắc nghiệt, mực nước biển dâng lên, phá hủy hệ sinh thái tác động thay đổi đột ngột diện rộng) hệ thống xã hội (suy giảm khu môi trường cư trú, phá hủy kinh tế sở hạ tầng) Việt Nam quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề từ hệ biến đổi khí hậu Đặc biệt, sản xuất nơng nghiệp Việt Nam bị ảnh hưởng nghiêm trọng suy giảm năm vừa qua xâm lấn nước biển, cường độ mật độ cao thiên tai bão, hạn hán, lũ lụt, bùng phát bệnh dịch Không thế, thời tiết khắc nghiệt làm thay đổi không nhỏ đến môi trường sống sức khỏe (xuất nhiều dịch bệnh) người dân Việt Nam Hơn nữa, tăng lên nhiệt độ khí làm biến đổi tốc độ bốc tần suất mưa, từ làm ảnh hưởng đến tính sẵn có chất lượng nguồn tài nguyên nước lãnh thổ Việt Nam Biến đổi khí hậu đe dọa nghiêm trọng đến nhiều hệ sinh thái, đặc biệt sinh thái rừng ngập mặn Đã có nhiều cơng nghệ phát triển nhằm hạn chế phát thải CO khí quyển, chủ yếu cơng nghệ xử lý CO2 cuối nguồn Các công nghệ xử lý CO2 cuối nguồn bao gồm cơng nghệ màng tách CO2 từ khí thải công nghiệp, hấp phụ, hấp thụ dùng dung môi (amine K2CO3), kỹ thuật đóng rắn CO2, bơm xuống tầng sâu đáy biển, chuyển hóa CO2 thành sản phẩm polymer Tuy nhiên, phương pháp tích trữ địa chất hóa học tốn khơng đánh giá bền vững CO2 bị rị rỉ chậm nhanh Mỗi cơng nghệ có ưu nhược điểm riêng Xử lý CO vi tảo công nghệ tiềm năng, vi tảo sinh trưởng nhanh có tốc độ xử lý CO2 cao gấp 10-50 lần thực vật P FR 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 (C) Tốc độ cố định CO2 (mg/L∙ngày) 600 500 400 300 200 100 Phần trăm C sinh khối tảo (%) 54 %C 53 10 Thời gian (ngày) 12 14 16 (D) ECO2 80 70 52 60 51 50 50 40 49 30 48 20 47 10 46 0 10 Thời gian (ngày) 12 14 Hiệu suất cố định CO2 (E, %) Năng suất sinh khối (mg/L∙ngày) 48 16 Hình Biến thiên nhiệt độ cường độ ánh sáng (A), nồng độ sinh khối pH môi trường nuôi (B), tốc độ cố định CO2 suất sinh khối (C) Kết nghiên cứu thể Hình 3.5B cho thấy, pH môi trường nuôi dao động khoảng 6,23 – 7,35 sục liên tục với 5% CO2 Tuy pH có giảm so với độ pH ban đầu mơi trường nuôi, vi tảo C sorokiniana TH02 sinh trưởng tốt Sinh khối khô tăng liên tục từ nồng độ ban đầu từ 0,16 49 g/L đến giá trị cực đại 3,19 – 3,23 g/L đạt ngày thứ – 9, sau giảm dần đến 2,21 g/L ngày thứ 15 (Hình 3.5B) Điều kiện ni trời với nhiệt độ ánh sáng thay đổi không làm giảm nồng độ sinh khối tối đa (3,19 – 3,23 g/L) hệ nuôi so với điều kiện phịng thí nghiệm (3,17 g/L) Năng suất sinh khối hiệu suất cố định CO2 tỉ lệ thuận với nhau, tăng lên cao ngày thứ giảm xuống liên tục hai ngày 3, tăng lên ổn định ngày – 9, sau giảm dần liên tục ngày thứ 15 Sự tăng lên nhanh chóng suất sinh khối tốc độ cố định CO2 giải thích vi tảo sinh trưởng nhanh bổ sung 5% CO2 ngày đầu Nhưng xu hướng bão hòa CO2 xuất từ ngày – 3, lúc lượng HCO3- khơng tăng thêm nồng độ sinh khối ko ngừng tăng tốc độ tăng chậm lượng CO2 sục vào Khi nồng độ sinh khối tăng lên đến pha cân để đạt cực đại ngày – tốc độ cố định CO2 suất sinh khối đạt giá trị cực đại Giai đoạn sau cân sinh trưởng sinh khối giảm cạn dinh dưỡng nitơ phốtpho dẫn đến thông số khác gồm suất sinh khối tốc độ cố định CO2 giảm Năng suất sinh khối tốc độ cố định CO2 ngày nuôi thứ – đo tương ứng 403 mg/L∙ngày 737 mg CO2/L∙ngày (Hình 3.5C) Năng suất sinh khối hỗn hợp vi tảo C sorokiniana TH02 tương đương với 564 432 mg/L∙ngày đo cho Scenedesmus sp nuôi nồng độ CO2 5% điều kiện không bổ mM dung môi amine TEA [85], cao 288,6 mg/L∙ngày Scenedesmus sp nuôi nồng độ CO2 5% bổ sung mM monoethanolamine (MEA) [86] Tốc độ cố định CO2 hỗn hợp vi tảo C sorokiniana TH02 737 mg CO2/L∙ngày, cao nhiều so với 540 mg CO2/L∙ngày đo cho Scenedesmus sp nuôi nồng độ CO2 5% bổ sung mM monoethanolamine (MEA) [86] thấp 1020 mg CO2/L∙ngày nuôi nồng độ CO2 5% điều kiện không bổ mM dung môi amine TEA [85] Tương tự vậy, hiệu suất cố định CO2 đo cao 59% ngày – q trình ni Hàm lượng C sinh khối tảo đo dao động khoảng 47 – 53% (Hình 3.5C) Từ số liệu nghiên cứu cho thấy, hệ nuôi nên dừng để thu hoạch sinh khối vào ngày thứ – 8, nồng độ sinh khối cực đại hiệu suất cố định CO2 50 cao Tăng thêm thời gian nuôi làm giảm suất sinh khối ko đạt hiệu suất sử lý CO2 Nồng độ suất sinh khối C sorokiniana TH02 sản xuất thiết bị phản ứng panel phẳng so sánh với C pyrenoidosa số thiết bị có thiết kế đặc biệt gồm thiết bị quang sinh dạng đa ống đứng (MTA PBR), thiết bị quang sinh dạng ống ruột gà (H-T PBR) dạng panel phẳng (EPA EPPP) Đây ba dạng thiết kế thiết bị phản ứng có hiệu sản xuất sinh khối cao tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích làm việc (S/V) lớn dẫn đến suất sử dụng ánh sáng cao cải thiện tốc độ quang hợp vi tảo so với dạng thiết bị hệ thống hở Mặc dù vậy, kết tóm tắt Bảng 3.6 cho thấy, vi tảo C pyrenoidosa đạt nồng độ suất sinh khối tương ứng 0,67 – 1,84 g/L 107 – 202 mg/L∙ngày, thu tất dạng thiết bị phản ứng kèm theo thiết kế khuấy trộn đặc biệt [87, 88] Giá trị thấp nhiều so với nồng độ suất sinh khối C sorokiniana TH02 nuôi thiết bị phản ứng panel 3,23 g/L 658 mg/ L∙ngày Số liệu thu nồng độ suất sinh khối C pyrenoidosa thấp nghiên cứu tập trung khảo sát dạng thiết bị phản ứng dạng thiết kế hệ khuấy trộn thiết bị đến sinh trưởng C pyrenoidosa [87, 88] mà chưa tối ưu yếu tố khác cường độ ánh sáng, nồng độ CO2 tốc độ sục khí Bảng So sánh nồng độ suất sinh khối vi tảo Chlorella nuôi hệ thiết bị quang sinh Vi tảo C pyrenoidosa Thiết bị Nồng độ sinh khối (g/L) Năng suất sinh khối (mg/L∙ngày) MTA PBRa 1,17±0,58 107±72 H-T PBRa 1,32±0,08 147±6 EPAa 1,84±0,12 199±7 MTA PBRb 1,81±0,87 202±109 H-T PBRb 1,27±0,35 143±30 EPAb 1,35±0,08 148±6 Tài liệu tham khảo [89] 51 Vi tảo C pyrenoidosa C sorokiniana TH02 Thiết bị Nồng độ sinh khối (g/L) Năng suất sinh khối (mg/L∙ngày) FPP c 0,8 – 1,3 ND FPP d 0,84 – 1,2 ND FPP e 0,89 – 1,1 ND FPPf 0,67 – 0,91 ND FPPb 3,23±0,18 658±18 Tài liệu tham khảo [87, 88] Nghiên cứu a Vi tảo nuôi điều kiện đầy đủ N Vi tảo nuôi điều kiện thiếu N c Vi tảo nuôi điều kiện khuấy trộn loại thiết kế a d Vi tảo nuôi điều kiện khuấy trộn loại thiết kế b b e Vi tảo nuôi điều kiện khuấy trộn loại thiết kế c f Vi tảo nuôi điều kiện không khuấy trộn MTA PBR: Multi-tubular airlift photobioreactor (thiết bị quang sinh dạng đa ống đứng) H-T PBR: Helical-tubular photobioreactor (thiết bị quang sinh dạng ống ruột gà) FPA: Flat-panel airlift photobioreactor (thiết bị quang sinh dạng panel phẳng) FPP: Flat-panel photobioreactor (thiết bị quang sinh dạng panel phẳng) Thành phần nguyên tố vi tảo C sorokiniana TH02 thu hoạch điều kiện ni ngồi trời gồm C, N, H O có hàm lượng tương ứng 51%, 4,5%, 7,9% 35,2% (Bảng 3.7) Nghiên cứu Sukačová cộng [89] vi tảo C pyrenoidosa thu hàm lượng N H tương ứng 3,2 – 4,2% 7,8 – 8,0% Tuy nhiên, hàm lượng C C pyrenoidosa 54,2 – 57,8% cao sinh khối C sorokiniana TH02, hàm lượng O C pyrenoidosa 27,2 – 29,4% lại nhỏ C sorokiniana TH02 52 Bảng So sánh hàm lượng nguyên tố sinh khối tảo nuôi hệ phản ứng quang sinh khác Thiết bị/vi tảo Hàm lượng nguyên tố (%) C N H O C sorokiniana TH02 51,0±1,5 4,5±0,3 7,9±0,4 35,2±3,3 MTA PBRb 56,0±1,2 4,1±0,1 7,8±0,2 27,9±1,3 H-T PBRb 54,2±1,6 4,2±0,9 7,7±0,4 29,4±1,3 EPAb 57,8±0,6 3,2±0,1 8,0±0,1 27,2±1,2 EPAa C pyrenoidosa [89] a Vi tảo nuôi điều kiện đầy đủ N (NaNO3 = 1,5 g/L) b Vi tảo nuôi điều kiện thiếu N (NaNO3 = 0,15 g/L, thấp 10 lần so với nồng độ NaNO3 = 1,5 g/L môi trường BG-11 ban đầu) MTA PBR: Multi-tubular airlift photobioreactor (thiết bị quang sinh đa ống đứng) H-T PBR: Helical-tubular photobioreactor (thiết bị quang sinh ống ruột gà) FPA: Flat-panel airlift photobioreactor (thiết bị quang sinh panel phẳng) FPP: Flat-panel photobioreactor (thiết bị quang sinh panel phẳng) 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong hệ phản ứng panel phẳng, điều kiện phát triển tối ưu C sorokiniana TH02 hệ panel phẳng nồng độ CO2 5%, ánh sáng 150 μmole/m2∙s, sục khí L/phút nhiệt độ 25 – 30 oC Trong điều kiện đó, nồng độ sinh khối C sorokiniana TH02 đạt 3,17 g/L, với suất sinh khối đạt 453 mg/L∙ngày, tốc độ cố định CO2 đạt 830 mg CO2/L∙ngày hiệu suất cố định CO2 đạt 72,4% Trong điều kiện nuôi cấy trời với cường độ ánh sáng nhiệt độ tự nhiên dao động khoảng tương ứng 86 – 600 μmolem2∙s 25,5 – 31,5 o C, nồng độ CO2 sục 5% tốc độ sục L/phút, nồng độ sinh khối C sorokiniana TH02 đạt 3,19 – 3,23 g/L, với suất sinh khối đạt 403 mg/L∙ngày, tốc độ cố định CO2 đạt 737 mg CO2/L∙ngày hiệu suất cố định CO2 đạt 65% Quá trình nuôi nên kết thúc vào ngày – 10 để thu hoạch sinh khối nhằm đảm bảo suất sinh khối hiệu suất cố định CO cao KIẾN NGHỊ - Tiếp tục phát triên hệ nuôi nối tiếp nhằm tối đa hóa hiệu suất xử lý CO2 đạt 100% - Tiếp tục phát triển hệ nuôi dùng khí thải cơng nghiệp - Tiếp tục phát triển hệ panel phẳng nuôi bán liên tục để đảm bảo xử lý CO2 liên tục 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 Descoins, C., et al., 2006, Carbonation monitoring of beverage in a laboratory scale unit with on-line measurement of dissolved CO2, Food Chemistry, 95 (4), p 541-553 Buxaderas, S and E López-Tamames, WINES | Production of Sparkling Wines, in Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition), B Caballero, Editor 2003, Academic Press: Oxford p 62036209 Lawlor, D.W and G Cornic, 2002, Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants, Plant, Cell & Environment, 25 (2), p 275-294 Larkum, A.W.D., A.R Grossman, and J.A Raven, Recent Advances in the Photosynthesis of Cyanobacteria and Eukaryotic Algae, in Photosynthesis in Algae: Biochemical and Physiological Mechanisms, A.W.D Larkum, A.R Grossman, and J.A Raven, Editors 2020, Springer International Publishing: Cham p 3-9 Stafford, N., 2007, The other greenhouse effect, Nature, 448 (7153), p 526-528 Dai, Z., et al., 2016, CO2 accounting and risk analysis for CO2 sequestration at enhanced oil recovery sites, Environmental Science & Technology, 50 (14), p 7546-7554 Abdo, S.M and G.H Ali, 2019, Analysis of polyhydroxybutrate and bioplastic production from microalgae, Bulletin of the National Research Centre, 43 (1), p 97 Dutcher, B., M Fan, and A.G Russell, 2015, Amine-based CO2 capture technology development from the beginning of 2013—A review, ACS Applied Materials & Interfaces, (4), p 2137-2148 Park, H., et al., 2008, Analysis of the CO2 and NH3 Reaction in an Aqueous Solution by 2D IR COS: Formation of Bicarbonate and Carbamate, The Journal of Physical Chemistry A, 112 (29), p 65586562 Ramezani, R., S Mazinani, and R Di Felice, 2018, Experimental study of CO2 absorption in potassium carbonate solution promoted by triethylenetetramine, The Open Chemical Engineering Journal, 12 (1), p 67-79 55 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Modak, A and S Jana, Advances in Porous Adsorbents for CO2 Capture and Storage, in Carbon dioxide chemistry, capture and oil recovery 2018 Jawad, Z.A., 2019, Membrane Technology for CO2 Sequestration, CRC Press, Taylor & Francis Group Ji, G and M Zhao, Membrane Separation Technology in Carbon Capture, in Recent Advances in Carbon Capture and Storage 2017 Bransten, J World: Pumping CO2 Into Earth's Crust Global Warming Cure Or Flaky Theory? 2002; Available from: https://www.rferl.org/a/1100783.html Doucha, J and K Lívanský, 2006, Productivity, CO2/O2 exchange and hydraulics in outdoor open high density microalgal (Chlorella sp.) photobioreactors operated in a Middle and Southern European climate, Journal of Applied Phycology, 18 (6), p 811-826 Liu, Z., F Zhang, and F Chen, 2013, High throughput screening of CO 2tolerating microalgae using GasPak bags, Aquatic Biosystems, (1), p 23 Moraes, L., et al., 2018, Carbon dioxide biofixation and production of Spirulina sp LEB 18 biomass with different concentrations of NaNO3 and NaCl, Brazilian Archives of Biology and Technology, 61 p e18150711 Parupudi, P., et al., 2016, CO2 fixation and lipid production by microalgal species, Korean Journal of Chemical Engineering, 33 (2), p 587-593 Lee, J.Y., et al., 2015, Enhanced carbon dioxide fixation of Haematococcus pluvialis using sequential operating system in tubular photobioreactors, Process Biochemistry, 50 (7), p 1091-1096 Pienkos, P.T and A Darzins, 2009, The promise and challenges of microalgal-derived biofuels, Biofuels, Bioproducts and Biorefining, (4), p 431-440 Farrelly, D.J., et al., 2014, Carbon dioxide utilisation of Dunaliella tertiolecta for carbon bio-mitigation in a semicontinuous photobioreactor, Applied Microbiology and Biotechnology, 98 (7), p 3157-3164 Li, F.-F., et al., 2011, Microalgae capture of CO2 from actual flue gas discharged from a combustion chamber, Industrial & Engineering Chemistry Research, 50 (10), p 6496-6502 56 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Tang, D., et al., 2011, CO2 biofixation and fatty acid composition of Scenedesmus obliquus and Chlorella pyrenoidosa in response to different CO2 levels, Bioresource Technology, 102 (3), p 3071-3076 Ho, S.H., W.M Chen, and J.S Chang, 2010, Scenedesmus obliquus CNW-N as a potential candidate for CO2 mitigation and biodiesel production, Bioresource Technology, 101 (22), p 8725-30 Jiang, L., et al., 2011, Biomass and lipid production of marine microalgae using municipal wastewater and high concentration of CO2, Applied Energy, 88 (10), p 3336-3341 Jiang, Y., et al., 2013, Utilization of simulated flue gas for cultivation of Scenedesmus dimorphus, Bioresource Technology, 128 p 359-64 Fulke, A.B., et al., 2010, Bio-mitigation of CO2, calcite formation and simultaneous biodiesel precursors production using Chlorella sp., Bioresource Technology, 101 (21), p 8473-6 Toledo-Cervantes, A., et al., 2013, Carbon dioxide fixation and lipid storage by Scenedesmus obtusiusculus, Bioresource Technology, 130 p 652-8 Dang, D.K., et al., 2011, Utilization of CO2 captured from the coal-fired fuel gas for growing Spirulina platensis SP4, Journal of Science and Technology, 49 (4), p 65-72 Kim, D.D., et al., 2013, Utilization of CO2 captured from the coal-fired flue gas by catalyst - adsorption method for growing Spirulina having high nutritive value, Journal of Biology, 35 (3), p 320-327 Thi Doan, O., 2016, Utilization of carbon dioxide from coal-firing flue gas for cultivation of Spirulina platensis, American Journal of Environmental Protection, (6), p 152 Doan, T.O., et al., 2016, Improvement of CO2 purifying system by photocatalyst for application in microalgae culture technology, Journal of Science and Technology, 54 (1), p 92-98 Sondak, C.F.A., et al., 2016, Carbon dioxide mitigation potential of seaweed aquaculture beds (SABs), Journal of Applied Phycology, p 111 Klamczynska, B and W.D Mooney, Chapter 20 - Heterotrophic Microalgae: A Scalable and Sustainable Protein Source, in Sustainable Protein Sources, S.R Nadathur, J.P.D Wanasundara, and L Scanlin, Editors 2017, Academic Press: San Diego p 327-339 57 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 Masojídek, J and G Torzillo, Mass Cultivation of Freshwater Microalgae, in Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences 2014, Elsevier Zhu, B., et al., 2017, Molecular characterization of CO2 sequestration and assimilation in microalgae and its biotechnological applications, Bioresource Technology, 244 (Pt 2), p 1207-1215 Singh, S.K., S Sundaram, and K Kishor, Carbon-Concentrating Mechanism of Microalgae, in Photosynthetic Microorganisms: Mechanism For Carbon Concentration 2014, Springer International Publishing: Cham p 63-81 Masojídek, J., G Torzillo, and M Koblížek, Photosynthesis in Microalgae, in Handbook of Microalgal Culture 2013 p 21-36 Spalding, M.H., 2007, Microalgal carbon-dioxide-concentrating mechanisms: Chlamydomonas inorganic carbon transporters, Journal of Experimental Botany, 59 (7), p 1463-1473 Daliry, S., et al., 2017, Investigation of optimal condition for Chlorella vulgaris microalgae growth, Global Journal of Enviromental Science and Magnagement, 3(2), p 217-230 Yeh, K.L., J.S Chang, and W.m chen, 2010, Effect of light supply and carbon source on cell growth and cellular composition of a newly isolated microalga Chlorella vulgaris ESP‐31, Engineering in Life Sciences, 10 (3), p 201-208 Jia, H and Q Yuan, 2016, Removal of nitrogen from wastewater using microalgae and microalgae–bacteria consortia, Cogent Environmental Science, (1), p 1275089 Khalil, Z.I., et al., 2010, Effect of pH on growth and biochemical responses of Dunaliella bardawil and Chlorella ellipsoidea, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 26 (7), p 1225-1231 Liang, Z., et al., 2013, Efficiency assessment and pH effect in removing nitrogen and phosphorus by algae-bacteria combined system of Chlorella vulgaris and Bacillus licheniformis, Chemosphere, 92 (10), p 1383-1389 Yan, C., et al., 2013, Effects of various LED light wavelengths and intensities on the performance of purifying synthetic domestic sewage by microalgae at different influent C/N ratios, Ecological engineering, 51 p 24-32 Kong, W., et al., 2011, The characteristics of biomass production, lipid accumulation and chlorophyll biosynthesis of Chlorella vulgaris under 58 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 mixotrophic cultivation, African Journal of Biotechnology, 10 (55), p 11620-11630 Juneja, A., R.M Ceballos, and G.S Murthy, 2013, Effects of environmental factors and nutrient availability on the biochemical composition of algae for biofuels production: a review, Energies, (9), p 4607-4638 Hu, Q., Environmental effects on cell composition in Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology (Richmond, A., ed.) 2004, Oxford: Blackwell Science Ltd p 83-89 Vergara, J.J., K.T Bird, and F Niell, 1995, Nitrogen assimilation following NH4+ pulses in the red alga Gracilariopsis lemaneiformis: effect on C metabolism, Marine Ecology Progress Series, 122 p 253263 Stephenson, A.L., et al., 2010, Influence of nitrogen-limitation regime on the production by Chlorella vulgaris of lipids for biodiesel feedstocks, Biofuels, (1), p 47-58 Chu, F.-F., et al., 2013, Phosphorus plays an important role in enhancing biodiesel productivity of Chlorella vulgaris under nitrogen deficiency, Bioresource Technology, 134 p 341-346 Bhola, V., et al., 2014, Overview of the potential of microalgae for CO2 sequestration, International Journal of Environmental Science and Technology, 11 (7), p 2103-2118 Singh, S.P and P Singh, 2014, Effect of CO2 concentration on algal growth: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 38 p 172-179 Ramanan, R., et al., 2010, Enhanced algal CO2 sequestration through calcite deposition by Chlorella sp and Spirulina platensis in a miniraceway pond, Bioresource Technology, 101 (8), p 2616-2622 Bhola, V., et al., 2011, Effects of parameters affecting biomass yield and thermal behaviour of Chlorella vulgaris, Journal of Bioscience and Bioengineering, 111 (3), p 377-382 Kaewkannetra, P., P Enmak, and T Chiu, 2012, The effect of CO2 and salinity on the cultivation of Scenedesmus obliquus for biodiesel production, Biotechnology and Bioprocess Engineering, 17 (3), p 591597 Chiu, S.-Y., et al., 2009, Lipid accumulation and CO2 utilization of Nannochloropsis oculata in response to CO2 aeration, Bioresource Technology, 100 (2), p 833-838 59 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 Pedroni, P.M., et al., - Enitecnologie R&D project on microalgae biofixation of CO2: Outdoor comparative tests of biomass productivity using flue gas CO2 from a NGCC power plant, in Greenhouse Gas Control Technologies 7, E.S Rubin, et al., Editors 2005, Elsevier Science Ltd: Oxford p 1037-1042 Posten, C., 2009, Design principles of photo-bioreactors for cultivation of microalgae, Engineering in Life Sciences, (3), p 165-177 Travieso, L., et al., 2001, A helical tubular photobioreactor producing Spirulina in a semicontinuous mode, International Biodeterioration & Biodegradation, 47 (3), p 151-155 Rosello Sastre, R., et al., 2007, Scale-down of microalgae cultivations in tubular photo-bioreactors—A conceptual approach, Journal of Biotechnology, 132 (2), p 127-133 Sierra, E., et al., 2008, Characterization of a flat plate photobioreactor for the production of microalgae, Chemical Engineering Journal, 138 (1), p 136-147 Zhang, K., S Miyachi, and N Kurano, 2001, Evaluation of a vertical flat-plate photobioreactor for outdoor biomass production and carbon dioxide bio-fixation: effects of reactor dimensions, irradiation and cell concentration on the biomass productivity and irradiation utilization efficiency, Applied Microbiology and Biotechnology, 55 (4), p 428-33 Barbosa, M.J., et al., 2005, Optimization of biomass, vitamins, and carotenoid yield on light energy in a flat-panel reactor using the A-stat technique, Biotechnology and Bioengineering, 89 (2), p 233-42 Cheng-Wu, Z., et al., 2001, An industrial-size flat plate glass reactor for mass production of Nannochloropsis sp (Eustigmatophyceae), Aquaculture, 195 (1), p 35-49 Cuaresma, M., et al., 2009, Productivity of Chlorella sorokiniana in a short light-path (SLP) panel photobioreactor under high irradiance, Biotechnology and Bioengineering, 104 (2), p 352-9 Bhalamurugan, G.L., O Valerie, and L Mark, 2018, Valuable bioproducts obtained from microalgal biomass and their commercial applications: A review, Environmental Engineering Research, 23 (3), p 229-241 Spolaore, P., et al., 2006, Commercial applications of microalgae, Journal of Bioscience and Bioengineering, 101 (2), p 87-96 Kang, H., et al., 2013, Effect of various forms of dietary Chlorella supplementation on growth performance, immune characteristics, and 60 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 intestinal microflora population of broiler chickens, Journal of Applied Poultry Research, 22 (1), p 100-108 Kotrbáček, V., et al., 2013, Retention of carotenoids in egg yolks of laying hens supplemented with heterotrophic Chlorella, Czech Journal of Animal Science, 58 (5), p 193-200 Faheed, F.A and Z Abd-El Fattah, 2008, Effect of Chlorella vulgaris as bio-fertilizer on growth parameters and metabolic aspects of lettuce plant, Journal of Agriculture and Social Sciences, p 165-169 Dineshkumar, R., et al., 2019, The impact of using microalgae as biofertilizer in maize (Zea mays L.), Waste and Biomass Valorization, 10 (5), p 1101-1110 Santhosh, S., R Dhandapani, and N Hemalatha, 2016, Bioactive compounds from microalgae and its different applications-a review, Advances in Applied Science Research, (4), p 153-158 Do, C.V.T., et al., 2021, Capability of carbon fixation in bicarbonatebased and carbon dioxide-based systems by Scenedesmus acuminatus TH04, Biochemical Engineering Journal, 166 p 107858 Cole, J.J and Y.T Prairie, Dissolved CO2 in freshwater systems, in Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences 2014, Elsevier Cheng, J., et al., 2013, Improving CO2 fixation efficiency by optimizing Chlorella PY-ZU1 culture conditions in sequential bioreactors, Bioresource Technology, 144 p 321-7 Hsueh, H.T., H Chu, and S.T Yu, 2007, A batch study on the biofixation of carbon dioxide in the absorbed solution from a chemical wet scrubber by hot spring and marine algae, Chemosphere, 66 (5), p 878886 Cheng, J., et al., 2013, Mutate Chlorella sp by nuclear irradiation to fix high concentrations of CO2, Bioresource Technology, 136 p 496-501 Toledo-Cervantes, A., et al., 2013, Carbon dioxide fixation and lipid storage by Scenedesmus obtusiusculus, Bioresource Technology, 130 p 652-658 Ho, S.H., W.M Chen, and J.S Chang, 2010, Scenedesmus obliquus CNW-N as a potential candidate for CO2 mitigation and biodiesel production, Bioresource Technology, 101 (22), p 8725-8730 Kumar, A., et al., 2010, Enhanced CO2 fixation and biofuel production via microalgae: recent developments and future directions, Trends in Biotechnology, 28 (7), p 371-380 61 82 83 84 85 86 87 88 89 Zeng, X., et al., 2011, Microalgae bioengineering: From CO2 fixation to biofuel production, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (6), p 3252-3260 Ono, E and J.L Cuello, 2007, Carbon dioxide mitigation using thermophilic cyanobacteria, Biosystems Engineering, 96 (1), p 129-134 Sobczuk, T.M., et al., 2005, Effects of agitation on the microalgae Phaeodactylum tricornutum and Porphyridium cruentum, Bioprocess and Biosystems Engineering, 28 (4), p 243 Kim, G., et al., 2013, Enhancement of dissolved inorganic carbon and carbon fixation by green alga Scenedesmus sp in the presence of alkanolamine CO2 absorbents, Biochemical Engineering Journal, 78 p 18-23 Choi, W., G Kim, and K Lee, 2012, Influence of the CO2 absorbent monoethanolamine on growth and carbon fixation by the green alga Scenedesmus sp., Bioresource Technology, 120 p 295-9 Huang, J., et al., 2015, Improving performance of flat-plate photobioreactors by installation of novel internal mixers optimized with computational fluid dynamics, Bioresource Technolgy, 182 p 151-159 Huang, J., et al., 2014, Novel flat-plate photobioreactors for microalgae cultivation with special mixers to promote mixing along the light gradient, Bioresource Technology, 159 p 8-16 Sukačová, K., et al., 2021, Perspective design of algae photobioreactor for greenhouses—A comparative study, Energies, 14 (5), p 1338 62 PHỤ LỤC Hình A1 Quan hệ tuyến tính mật độ quang tảo nồng độ sinh khối 35000 y = 14,708x R² = 0,9994 Diện tích peak 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 400 800 1200 1600 2000 Nồng độ NaHCO3 (µM) 2400 Hình A2 Quan hệ tuyến tính diện tích peak nồng độ NaHCO3 ... vậy, suất sinh khối lipit, hiệu suất cố định CO2 tối ưu để sản suất sinh khối tảo có hàm lượng lipit cao 1.4.4.2 Nghiên cứu nước vi tảo xử lý CO2 Nghiên cứu ứng dụng vi tảo xử lý CO2 Vi? ??t Nam... Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu xử lý CO2 nhằm thu sinh khối vi tảo Chlorella sorokiniana TH02 hệ phản ứng panel phẳng? ?? cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi Các kết trình bày luận... VI? ??N HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VI? ??T NAM HỌC VI? ??N KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Ngọc Vinh ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CO2 NHẰM THU SINH KHỐI VI TẢO CHLORELLA SOROKINIANA TH02 TRÊN