2.3.4.1. Đo pH và nhiệt độ
Khi sục CO2 vào nước sẽ tạo thành axit cacbonic (H2CO3) làm thay đổi nồng độ môi trường và ảnh hưởng đến sự phát triển sinh khối tảo. Việc đo pH cũng được tiến hành 1 lần/ngày trong suốt chu kỳ nuôi cấy tảo để quan sát sự biến đổi pH trong môi trường nuôi cấy tảo. Song song với việc đo pH thì đo nhiệt độ cũng được tiến hành lần/ngày với môi trường trong suốt chu kỳ nuôi cấy tảo.
2.3.4.2. Xác định sinh khối khô
Sinh trưởng của tảo được xác định hàng ngày bằng cách đo mật độ quang tại bước sóng 750 nm (OD750) dùng máy UV/VIS (U2900, Hitachi, Nhật Bản) hoặc xác định sinh khối khô. Mật độ quang có thể được chuyển đổi thành sinh khối khô của tảo thông qua quan hệ tuyến tính giữa khối lượng tảo khô với mật độ quang. Sinh khối khô của tảo (X, g/L) ban đầu được xác định bằng cách tính khối lượng khô của tảo trong một thể tích tảo nước nhất định (10 mL) sau khi lọc và sấy khô ở trong lò 105 oC trong vòng 24 giờ.
Công thức tính sinh khối khô tảo thu được: 1 0 M -M X= V (1) Trong đó: X: Nồng độ tảo (g/L)
M0: Khối lượng giấy lọc ban đầu (g), sấy ở 105 oC trong 48 giờ. M1: Khối lượng giấy lọc sau khi lọc tảo (g), sấy ở 105 oC trong 48 giờ.
V: Thể tích tảo lọc (mL).
2.3.4.3. Tính toán tốc độ sinh trưởng đặc trưng của tảo Tốc độ sinh trưởng của tảo được tính theo công thức sau:
n 0 n 0 X ln X μ = t -t (ngày–1) (2) Trong đó, Xn và X0 (g/L) là nồng độ tảo đo được tại các thời điểm tương ứng là tn và t0 (tính theo ngày); µ là tốc độ sinh trưởng đặc trưng của tảo (1/ngày).
2.3.4.4. Tính toán năng suất sinh khối tảo
Tổng năng suất sinh khối tảo (Ptổng, mg/L∙ngày) được tính theo phương trình sau:
Ptổng = ΔX/Δt (3) Trong đó, ΔX là sự thay đổi nồng độ sinh khối tảo (mg/L) trong khoảng thời gian Δt (ngày).
2.3.4.5. Phân tích thành phần carbon trong sinh khối tảo và nồng độ carbon vô cơ hòa tan trong môi trường nuôi
Dạng cacbon vô cơ hòa tan (dissolved inorganic carbon, DIC) bao gồm HCO3-, CO32-, CO2 và H2CO3. Tuy nhiên, DIC tồn tại chủ yếu là HCO3- (chiếm hơn 90%) [75] vì H2CO3 là một axit yếu không bền bị phân hủy ngay thành CO2 và H2O. Vì vậy, nồng độ DIC có thể được tính theo HCO3-. Nồng độ cacbon vô cơ hòa tan (DIC) trong môi trường nuôi của vi tảo Chlorella
sorokiniana TH02 được phân tích bằng hệ thiết bị phân tích tổng cacbon và tổng nitơ (TOC/TN) (Multi N/C3100 , Analytik Jena, Đức) với chất chuẩn là NaHCO3 được pha trong dải nồng độ 0, 500, 800, 1000 và 2,200 μM. Mẫu tảo được lấy hàng ngày và lọc qua màng lọc với kích thước lỗ 0,45 μm để loại sinh khối và được đựng trong các vials và bơm vào bộ phận phá mẫu bằng phương pháp đốt ở nhiệt độ 950 oC tạo ra CO2 và phát hiện bằng dầu dò cảm biến hồng ngoại (Nondispersive Infrared Detector, NDIR). Nồng độ DIC được tính bằng phương trình quan hệ tuyến tính giữa nồng độ NaHCO3 và diện tích peak CO2 phát hiện.
Thành phần carbon trong sinh khối tảo được phân tích bằng máy phân tích nguyên tố CHNSO Analyzer (2400 CHNS/O Series II System, PerkinElmer, Mỹ). Mẫu sinh khối tảo được sấy trong tủ sấy ở 105 oC đến khối lượng không đổi để loại bỏ ẩm và cân 1-5 mg vào vial đựng mẫu. Mẫu được đốt với nguồn oxy sạch (≥99,9%) dưới nhiệt độ 920 – 980 oC trong điều kiện ổn định để tạo ra CO2, H2O và N2. Hệ thống PE-2400 tự động tách và phân tích các thành phần khí bằng đầu dò dẫn nhiệt (thermal conductivity detector, TCD). Hàm lượng C, H, N, O được tính theo hàm lượng C, H, N, O được tạo ra từ chất chuẩn acetanilide (2 – 3 mg) (≥99,5% (CHN), Sigma-Aldrich, Inc., Mỹ).
2.3.4.6. Đánh giá hiệu suất hấp thụ CO2
Thời gian lưu của CO2 trong môi trường nuôi vi tảo trong thiết bị phản ứng được tính theo công thức (4):
V RT=
Q (4) Trong đó, V là thể tích làm việc của thiết bị quang sinh học (L), Q là lưu lượng khí sục (L/phút) và RT là thời gian lưu của khí qua môi trường nuôi vi tảo trong hệ thống thiết bị (phút).
Lượng khí CO2 cố định được tính theo công thức (5): 2 2 CO CO f i C C M F =(X - X )×f ×V× M (5) Trong đó FCO2 là lượng CO2 cố định trong sinh khối tảo tính tại thời điểm thu hoạch (g), Xf và Xi tương ứng là nồng độ sinh khối tảo đo được tại thời điểm
thu hoạch và thời điểm đầu của quá trình nuôi cấy (g/L), fC là thành phần cacbon trong sinh khối tảo (g/g), V là thể tích làm việc của thiết bị (L), MCO2 là khối lượng mole của CO2 (g/mole) và MC là khối lượng mole của cacbon (g/mole).
Tốc độ cố định CO2 được tính theo công thức (6). 2 2 CO CO C C M FR =f ×P× M (6) Trong đó FRCO2 là tốc độ cố định CO2 (mg/L∙ngày), fC là thành phần cacbon trong sinh khối tảo (g/g), P là năng suất sinh khối tảo (mg/L∙ngày), MCO2 là khối lượng mole của CO2 (g/mole) và MC là khối lượng mole của cacbon (g/mole).
Hiệu suất cố định CO2 của vi tảo trong thiết bị phản ứng được tính theo công thức (7): 2 2 2 CO CO CO F E ×100% m (7) Trong đó ECO2là hiệu suất cố định CO2 (%), FCO2 là lượng CO2 cố định trong sinh khối tảo (g) và mCO2là lượng CO2 cung cấp cho vi tảo trong toàn kỳ nuôi trong thiết bị phản ứng (g).
2.3.4.7. Xử lý số liệu và thống kê
Thí nghiệm được thực hiện với độ lặp lại hai lần và các mẫu phân tích lặp lại hai lần. Kết quả phân tích được trình bày là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn của 4 lần lặp lại (n=4).
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN