CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm
2.3.3.1. Nhân giống tảo
Tảo giống Chlorella sorokiniana TH02 từ bình giống cấy sang bình tam giác 500 mL chứa 250 mL BG-11 (Bảng 2.3). Tảo giống liên tục được lắc đều 100 vòng/phút và ánh sáng chiếu liên tục chiếu sáng suốt 24 giờ trong 1 tuần để đạt tảo giống có nồng độ tế bào 2,5×106 tế bào/mL. Nhiệt độ sinh trưởng của tảo được điều chỉnh ở 25 oC, ánh sáng nhân tạo dùng đèn LED có cường độ 60 µmol/m2∙s (Hình 2.1A). Tảo được tiếp tục ni nâng cấp trong bình thủy tinh Simax 5 L chứa 4 L mơi trường BG-11 và ni trong vịng 1 tuần để đạt nồng độ 4,2×107 tế bào/mL. Khí được sục vào thiết bị phản ứng quang sinh học qua đầu lọc khí (PTTE 0,22 µm, 5 cm, Rocker Scientific Co., Ltd, Taipei, Đài Loan) (bằng máy sục khí với tốc độ 400 mL/phút) điều chỉnh bằng thiết bị đo lưu lượng (DFG-6T, 0,1 – 0,8 L/min, Darhor Technology Co., Limited, Hangzhou, Zhejiang, Trung Quốc) để tạo dịng khí có hàm lượng CO2 0,04% (Hình 2.1B). Thiết bị phản ứng được chiếu sáng bằng hệ thống đèn LED, tạo ra cường độ ánh sáng 60 µmol/m2∙s, (chu kỳ 16 giờ/8 giờ). Mẫu tảo được lấy hàng ngày để đo diễn biến của nhiệt độ, pH, mật độ quang (OD), nồng độ sinh khối của mẫu tảo 1 lần/ngày.
Hình 2. 1. Nhân nuôi tảo Chlorella sorokiniana TH02 giống. Trong bình tam giác 500 mL (A), trong chai trung tính 5 L (B).
Bảng 2. 3. Thành phần dinh dưỡng môi trường BG 11.
Thành phần Đơn vị (g/L) NaNO3 1,5 K2HPO4 0,04 MgSO4·7H2O 0,075 CaCl2·2H2O 0,036 Citric acid 0,006
Ferric ammonium citrate 0,006
Na2EDTA·2H2O 0,001
Na2CO3 0,02
Hỗn hợp vi lượng-kim loại (mix A5) 1 mL/L
Hỗn hợp Mix A5 bao gồm: H3BO3, 2,86 g/L; MnCl2·4H2O, 1,81 g/L; ZnSO4·7H2O, 0,222 g/L; Na2MoO4·2 H2O, 0,39 g/L; CuSO4·5H2O, 0,079 g/L; Co(NO3)2·6H2O, 0,0494 g/L.
2.3.3.2. Nghiên cứu sinh trưởng và xử lý CO2 của Chlorella sorokiniana TH02 trong thiết bị panel phẳng
Sinh trưởng và hiệu quả cố định CO2 của Chlorella sorokiniana TH02 dưới nồng độ CO2 khác nhau
Thiết bị phản ứng tấm panel phẳng được chiếu sáng với hệ đèn bóng đèn LED cơng suất cao mua từ Cơng ty Phíc nước Rạng Đơng (Thanh Xn, Hà Nội) tạo ra cường độ ánh sáng 60 µmol/m2∙s (16 giờ/8 giờ). Nhiệt độ trong phịng thí nghiệm duy trì từ 25-27 oC. Nồng độ CO2 được hiệu chỉnh theo lưu lượng kế và được liệt kê trong Bảng 2.4 sau. Mẫu được lấy trong hàng ngày 100 mL và thực hiện các phép đo mật độ quang, pH và tính các thơng số tăng trưởng của vi tảo và hiệu suất xử lý CO2. Mẫu tảo được lọc và sấy tảo thành sinh khối khơ để phân tích thành phần cacbon trong sinh khối tảo phục vụ tính tốn hiệu quả xử lý CO2.
Téc CO2 Van Van Bơm khơng khí Lưu lượng kế Lưu lượng kế Lưu lượng kế Bóng đèn LED Bóng đèn LED Đầu lọc khí
Ống naotube phân phối khí (A)
Hình 2. 2. Mơ hình thiết bị phản ứng panel phẳng (A) và mơ hình thiết bị thực (B).
Bảng 2. 4. Nồng độ CO2 khác nhau điều chỉnh bởi lưu lượng CO2 và lưu lượng khơng khí thơng qua lưu lượng kế.
Nồng độ CO2 (%)
Lưu lượng CO2 công nghiệp (L/phút)a Lưu lượng khơng khí (L/phút)b Lương hỗn hợp CO2 + khơng khí (L/phút)c 0,04 0 10 1 5 0,5 9,5 1 10 1,0 9,0 1 15 1,5 8,5 1 20 2,0 8,0 1
aLưu lượng CO2 công nghiệp (99,99%) điều chỉnh bởi lưu lượng kế (DFG- 6T, 0,1 – 5 L/phút, Darhor Technology Co., Limited, Hangzhou, Zhejiang, Trung Quốc)
bKhơng khí bơm bởi máy thổi khí được điều chỉnh bởi lưu lượng kế (DFG- 6T, 2 – 20 L/phút, Darhor Technology Co., Limited, Hangzhou, Zhejiang, Trung Quốc)
cLưu lượng hỗn hợp CO2+khơng khí được điều chỉnh bởi lưu lượng (DFG- 6T, 0,1 – 5 L/phút, Darhor Technology Co., Limited, Hangzhou, Zhejiang, Trung Quốc)
Sinh trưởng và hiệu quả cố định CO2 của Chlorella sorokiniana TH02 dưới cường độ ánh sáng khác nhau
Cường độ ánh sáng nghiên cứu là các giá trị 60, 100, 150, 200, 250, 300 và 400 µmol/m2/s theo chu kỳ chiếu sáng 16 giờ/8 giờ. Các cường độ ánh sáng khác nhau được tạo bởi bóng đèn LED có cơng suất phù hợp. CO2 được điều chỉnh theo nồng độ tối ưu cho sự tăng trưởng của sinh khối tảo Chlorella sorokiniana TH02 đạt được ở bước nghiên cứu trên. Nhiệt độ thí nghiệm được duy trì ở 25 – 27 oC. Mẫu được lấy trong hàng ngày 100 mL và thực hiện các phép đo mật độ quang, pH và tính các thơng số tăng trưởng của vi tảo và hiệu suất hấp thụ CO2. Mẫu tảo được lọc và sấy khô để xác định sinh khối khô để phân tích thành phần cacbon trong sinh khối tảo phục vụ tính tốn hiệu quả hấp thụ CO2.
Sinh trưởng và hiệu quả cố định CO2 của Chlorella sorokiniana TH02 dưới tốc độ sục khí khác nhau
Tốc độ sục khí nghiên cứu là các giá trị 0,5, 1, 2, 3 và 4 L/phút. Cường độ ánh sáng và nồng độ CO2 được kiểm soát tương ứng tại 100 – 150 µmol/m2∙s và 5%. Mẫu được lấy trong hàng ngày 100 mL và thực hiện các phép đo mật độ quang, pH và tính các thơng số tăng trưởng của vi tảo và hiệu suất xử lý CO2. Mẫu tảo được lọc và sấy tảo thành sinh khối khơ để phân tích thành phần cacbon trong sinh khối tảo phục vụ tính tốn hiệu quả xử lý CO2.
Sinh trưởng, năng suất sinh khối và tốc độ xử lý cacbon của chủng Chlorella sorokiniana TH02 dưới điều kiện ni ngồi trời
Trong phần thí nghiệm này, hệ phản ứng được thử nghiệm để kiểm tra khả năng sinh trưởng và xử lý CO2 của Chlorella sorokiniana TH02 dưới điều kiện nhiệt độ và ánh sáng thay đổi tự nhiên (Hình 1.3). Thí nghiệm được tiến hành trong tháng 8/2020. Ánh sáng được đo hàng ngày bằng máy đo cường độ ánh sáng (TM-204, Tenmars Electronics CO., Ltd, Đài Loan) để quan sát sự
thay đổi của cường độ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo. Nồng độ CO2 thí nghiệm và tốc độ sục khí được kiểm sốt là 5% và 1 L/phút. Mẫu được lấy trong hàng ngày 100 mL và thực hiện các phép đo mật độ quang, pH và tính các thông số tăng trưởng của vi tảo và hiệu suất xử lý CO2. Mẫu tảo được lọc và sấy tảo thành sinh khối khơ để phân tích thành phần cacbon trong sinh khối tảo phục vụ tính tốn hiệu quả xử lý CO2.
Thu hoạch tảo
Tảo được thu hoạch bằng phương pháp ly tâm và sấy khô bằng phương pháp sấy lạnh (MSL300MT, Mactech Co., Ltd, Vietnam) để thu sinh khối khô. Sinh khối khô được nghiền thủ công bằng máy nghiền bột gia đình (800A, LaLiFa Co., Ltd, Vietnam) để thu tảo bột có kích thước 5-10 µm.