CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.1.Trong điều kiện phịng thí nghiệm
3.1. HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH
3.1.1.Trong điều kiện phịng thí nghiệm
Hoạt động của mơ hình đƣợc đánh giá bằngviệc mơ phỏng ni Spirulina sp trong
điều kiện phịng thí nghiệm với cƣờng độ ánh sáng đƣợc duy trì ở 120 W/m2, nhiệt độ là 25oC, nồng độ dinh dƣỡng nitơ bằng với nồng độ chuẩn trong môi trƣờng Zarrouk (0,0294 molN/l), thể tích bình ni là 0,5 lít (Shuichi và cs,1997). Mơ hình đƣợc chạy trong trong vịng 60 ngày, kết quả đƣợc trình bày dƣới Hình 3.1 và Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Giá trị sinh khối, các tốc độ và dinh dƣỡng
Ngày
Sinh khối tảo sống (g/l) Tốc độ tăng trƣởng (/ngày) Tốc độ chết (/ngày) Dinh dƣỡng N ( mol/L) 1 0,02 0,519 0,01 0,029 7 0,27 0,307 0,01 0,022 18 0,69 0,013 0,01 0,0087 25 0,67 0,003 0,01 0,0078 60 0,48 0,000006 0,01 0,0076 Bảng 3.2. Giá trị các hệ số giới hạn Ngày Hệ số giới hạn dinh dƣỡng Hệ số giới hạn sức chứa Hệ số giới hạn ánh sáng Hệ số giới hạn nhiệt độ Hệ số giới hạn chất thải 1 0,60 0,98 0,97 0,92 1,00 7 0,53 0,65 0,97 0,92 1,00 18 0,30 0,05 0,97 0,92 0,99 25 0,28 0,01 0,97 0,92 0,99 60 0,27 0,000025 0,97 0,92 0,97
Trong trƣờng hợp này, nhiệt độ và ánh sáng là cố định trong suốt thời gian mô phỏng nên dinh dƣỡng là yếu tố động lực chính ảnh hƣởng đến tốc độ sinh trƣởng của tảo. Bên cạnh đó, giới hạn bởi khơng gian sống và giới hạn do chất thải, tảo chết gây ra cũng đƣợc đƣa vào để giữ cho mơ hình hoạt động phù hợp với thực tế. Tuy nhiên, với giả định bình ni chứa mơi trƣờng đã vơ trùng, sạch hồn tồn, q trình phân giải đƣợc bỏ qua, sinh khối tảo chết khơng giảm xuống.
Nhìn chung, sự sinh trƣởng của vi tảo đƣợc mơ phỏng dựa trên mơ hình tuân theo quy luật sinh trƣởng của vi sinh vật với 4 giai đoạn chính: tiềm phát, logarit, cân bằng và suy vong (Hình 3.1a). Cụ thể, trong giai đoạn tiềm phát sinh khối tế bào tăng chậm: (tăng từ 0,02 đến 0,27g/l trong 6 ngày) mặc dù bởi vì tốc độ tăng trƣởng là khá cao, cao nhất trong cả quá trình với giá trị 0,519 – 0,307/ngày. Điều này là do mật độ tảo sống đầu vào
là khá thấp, khoảng 0,02g/l. Ở giai đoạn tiếp theo, mật độ tảo tăng nhanh theo hàm logarit, đạt 0,69g/l ở ngày thứ 18, tuy nhiên tốc độ sinh trƣởng cũng giảm mạnh theo thời gian từ 0,307 về 0,013/ngày (Hình 3.1b). Nguyên nhân là ảnh hƣởng của yếu tố giới hạn nồng độ dinh dƣỡng và sức chứa, thể hiện qua sự giảm xuống trong giá trị hệ số giới hạn của dinh dƣỡng và sức chứa, với mức giảm lần lƣợt là từ 0,53 còn 0,30 và từ 0,65 còn 0,05. Sau ngày 8, yếu tố sức chứa trở thành yếu tố giới hạn chính đối với sự sinh trƣởng của vi tảo, trong khi ở giai đoạn trƣớc đó vi tảo phụ thuộc nhiều hơn vào dinh dƣỡng để tăng mật độ. Khi tốc độ sinh trƣởng tiệm cận và bằng với tốc độ tử vong (0,01/ngày), mật độ tế bào sống trong môi trƣờng là gần nhƣ không thay đổi, duy trì ở khoảng 0,68g/l. Mật độ tảo lớn thì tốc độ tiêu thụ dinh dƣỡng càng nhanh và sinh khối càng tiệm cận mức tối đa, tức là giới hạn của dinh dƣỡng và sức chứa càng trở nên lớn. Khi tốc độ sinh trƣởng bé hơn tốc độ sinh sản, mật độ tảo sống bắt đầu giảm xuống theo thời gian, đây là giai đoạn suy vong. Theo mơ hình, tốc độ sinh trƣởng trong giai đoạn này trung bình khoảng 0,001/ngày, hệ số giới hạn của dinh dƣỡng và sức chứa đều rất thấp, lần lƣợt là khoảng 0,28/ngày và 0,01/ngày. Sự giới hạn do chất thải trong suốt q trình là khơng đáng kể mặc dù có giảm nhẹ theo thời gian, giá trị hệ số giới hạn vẫn khá cao (0,9 –1).
Dinh dƣỡng là yếu tố động lực chính trong mơ hình trên và đƣợc thể hiện dƣới dạng mơ hình Monod. Dạng mơ hình này đƣợc nhiều đƣợc áp dụng một cách rộng rãi để mô tả mối quan hệ giữa sự tăng trƣởng của vi tảo và nông độ dinh dƣỡng, bởi cơng thức đơn giản của nó và sự dễ dàng trong việc đo đạc, tính tốn thực nghiệm để kiểm tra mơ hình. Aslan và Kapdan đã áp dụng mơ hình Monod để xác định ảnh hƣởng của nồng độ N và P ban đầu (7,7 – 199 mgP/L và 13,2 – 410 mgN/L với tỷ lệ N/ P khoảng 2/1) đến sự tăng trƣởng của vi tảo Chlorella vulgaris trong nƣớc thải tổng hợp và đã chỉ ra đƣợc sự tăng
trƣởng của C. vulgaris trong bể phản ứng bị hạn chế khi N và nồng độ P lần lƣợt dƣới 31,5 mgN/L và 10,5 mgP/L (Aslan and Kapdan, 2006). Goldman và cộng sự (Goldman và cs, 1974) đã báo cáo rằng mơ hình Monod mơ tả một cách hợp lý sự tăng trƣởng của
Scenedesmus quadricauda và Selenastrum sp. khi xem nồng độ Cacbon là nguồn dinh dƣỡng giới hạn. Tƣơng tự, Hsueh và cộng sự (Hsueh và cs, 2009) đã có thể giải thích tỷ lệ tăng trƣởng của Synechococcus sp. và Nannochloropsis oculta theo tổng nồng độ carbon vô cơ khác nhau (4,7 – 94,3 mM) bằng cách sử dụng mơ hình của Monod.