thiết kế mô hình nuôi và thu hoạch tảo scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi heo công suất 60m3 ngày

Đề tài “ Tinh tốn, thiết kế mơ hình nuơi và thu hoạch tảo kết hợp xử lý nước thai sau ham Biogas” d& dựa trên đặc tính sinh trưởng của lồi tảo Scenedesmus, một loại tảo sinh trưởng tốt t

Trang 1

KHOA MOI TRUONG LUUY:

Tài liệu trong thư viện điện tử của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường

TP HCM chỉ duge str dung lục đích học tập và nghiên cứu cá nhân

Nghiêm câm mọi hình th , in an phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thug bản hoặc của tác giả

e

Trung tâm Thông tin- Thu lệ ‘ong cảm ơn Quy NXB, Quy Tac gia da

tạo điều kiện hỗ trợ việc hoŠ*táp53ÌÈ hiên cứu của các bạn sinh viên

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH NUÔI VÀ

THU HOẠCH TẢO SCENEDESMUS KÉT

HOP VOI XU LY NUOC THAI CHAN NUOI

SAU HAM BIOGAS

SVTH : LE THI KIM LIEN

MSSV: 0450020434

GVHD: PGS.TS NGUYEN THI VAN HA

TP.HCM, năm 2017

Trang 2

BO TAI NGUYEN VA MOI TRUONG DAI HOC TAI NGUYEN VA MOI TRUONG TP.HCM

KHOA MOI TRUONG

KY THUAT MOI TRUONG

DO AN TOT NGHIEP

TINH TOAN, THIET KE MO HINH NUOI VA THU HOACH TAO SCENEDESMUS KET

HOP VOI XU LY NUOC THAI CHAN NUOI

SAU HAM BIOGAS

SVTH: LE THI KIM LIEN

Trang 3

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUONG DAN

TP.HCM, ngày 03 tháng 04 năm 2017

Kí tên

Nguyễn Thị Vân Hà

GVHD: PGS.TS Nguyén Thi Van Ha

Trang 5

LOI CAM ON

Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường TP.HCM, và đặc biệt là quý Thầy Cô Khoa Môi

Trường đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt và cung cấp cho em những kiến thức bổ ích

về chuyên ngành trong suốt thời gian em học tập tại trường Đó là nền tảng vững chắc

và là hành trang cho em chuẩn bị bước vào một con đường mới và sự nghiệp của em

trong tương lai Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô PGS.TS Nguyễn Thị

Vân Hà đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiỆp

Việc thực hiện đồ án tốt nghiệp sẽ giúp em vận tốt hơn những kiến thức chuyên ngành đã học để vận dụng vào quá trình thực tế sau này, tạo điều kiện đúc kết kiến thức và mang đến sự đam mê trong chính ngành nghề của mình sau này

Do thời gian có hạn và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên bài báo cáo vẫn

còn thiếu sót Vì vậy, em kính mong nhận được sự góp ý, nhận xét từ quý Thầy Cô để

em có thê bổ sung kiến thức cho bản thân

Cuối cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô Trường Đại Học Tài Nguyên Và

Môi Trường TP.HCM luôn đổi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành công

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Kim Liên

Trang 6

trường lân cận và chất lượng môi trường ngày càng suy giảm

Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải phát sinh từ các trang trại chăn nuôi là hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng được biểu thị qua các thông số như: COD, BODS, TN, TP, SS những thông số này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi

trường Đề tài “ Tinh toán, thiết kế mô hình nuôi và thu hoạch tảo kết hợp xử lý nước

thai sau ham Biogas” d& dựa trên đặc tính sinh trưởng của loài tảo Scenedesmus, một

loại tảo sinh trưởng tốt trong môi trường nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas, từ đó góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường Nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas

được đưa đến hệ thống nuôi tảo, tảo sử dụng chất ô nhiễm như chất hữu cơ giúp chúng

sinh trưởng và phát triển Hiệu suất xử lý chất ô nhiễm của tảo đạt 50 -60%, và nước thải đầu ra đạt QCVN 62-MT:2016/BTNMT

Đề tài đưa ra một phương pháp mới trong thu hoạch tảo là tạo sóng nhân tạo trong

bể nuôi và hiệu suất thu hoạch đạt được 60%

SVTH: Lé Thi Kim Lién iv

Trang 7

ABSTRACT

In Viet Nam, The formation and strong development of the household and

livestock farms brings high economic efficiency, increases income for farmers However, the management of waste from these farms is limited and has an adverse

impact on the environment Untreated waste water from Biogas tunnel, discharge

directly to the environment, pollute the surrounding environment and deteriorate

environmental quality

Next, The most important feature of wastewater generated from farms is the

content of organic waste, nutrients expressed by parameters such as COD, BODS, TN,

TP, SS, etc These parameters Is the cause of environmental pollution

The topic of "Calculate, design a model of algae cultivation and harvesting ,

combine treatment wastewater from biogas tunnel" was based on the growth characteristics of Scenedesmus algae, this algae is a good growing in wastewater

environment from the Biogas tunnel, thereby contributing to solving the problem of environmental pollution The wastewater from biogas tunnel are fed to algae and algae will eat these pollutants as organic substances to help them grow Pollutant treatment efficiency of algae reaches 50-60%, and effluent discharge reaches

QCVN62-MT: 2016 / BTNMT

The subject offers a new way of harvesting algae that creates artificial waves in the aquarium and achieves 60% efficiency

Trang 8

IJ.91:8109:))):0257 .A ,Ỏ x DANH MUC CHU VIET TAT cccccssssssssssssssesssessssssesssessssssesssessssssesssssssssscenseesssesees xi

060670055 — ÔỎ 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2.22-222222221222122112211221112112112112112221 re 1

2 MUC TIEU CUA DE TAL 00 cecccccsssseessseeesssseessseessseeeseseeseseeesssuesssseeseseeeseseesesseess 2

3 DOI TUGNG THUC HIEN

4 GIỚI HẠN PHẠM VI 2-5222222152221522711122711221112112222 2 ecee

5 NỘI DƯNG THỰC HIỆN 2 2222222222 2211271112271 cee 2 6 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 222222222EE222215127211271322211 221 cee 2

7 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀII 2-©-22+2E2+2EE22EEE2221271122212711221121112211221 2 3

CHƯƠNG 1

NUÔI VA THU HOACH TAO 2-2-2 ©2222 €E2Z£EEz©zz£Ezsezszerzscvczzer 4

1.1 Giới thiệu vi tảo Scenedesmws và quá trình nuôi tảo 5-55 ss5<<52 4 1.1.1 Giới thiệu chung về tảo và vi tẢO 5s S 2s 2222122121112 EEEerereeee 4

1.1.1.1 Khái quát về vi tảo Scenedesmus 22-22222222 22EE22EEztEEEerrxrrrre 6

1.1.1.2 Hình thái và các đặc điểm sinh học của vi tảo Scenedesmus 7

1.1.2 Thành phần hóa học 22: 2©222+2EE2EEEEEE22EE2271122122721222122222 222cc 8

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của tảo 10

Trang 9

1.2 Cac phuong pháp nuơi và thu hoạch tảo - + 55252 5222s+z+z>z£zz+>+zzezs+ 15 1.2.1 Các phương pháp nuơi tảO - 5-2252 5+ ++*+E+2+££+E+EzEzzerzxrxreeererrs 15

1.2.2 Tách sinh khối tảo -222222222222EE2E11221127112711211.2211 211 l6

1.2.2.1 Phương pháp ly tâm - 2+2 52+ *+E+E£E££E£E+E+E£EEeErxrrrrrrrerrrrerrre 16 1.2.2.2 Phương pháp lọc . - 22222222 22S2S2E+E£EEEEEE2E+EEEEeErErErrrrrrrrrerrre 17 1.2.2.3 Phương pháp tạo bơng . - - 252522222222 £222E+E+E£EEzErxrErerrrrrrrrerre 17 1.3 Các nghiên cứu liên quan trong và ngoải nước . - 2= =+s+s+s+s++ 18

1.3.1 Các nghiên cứu về nuơi tảo -222+2E+2EE2EE222EE222122223.222.-E.crrei 18 1.3.1.1 Trên thế giới ©222+2EE2EEE22E1222112221227112711221112111211 221111 Xe 18

1.3.1.2 Tại Việt Nam -222s22 22222112221 22.2 eerrree 20

13.2 Các nghiên cứu về thu hoạch tảo . -22222222E2EE252252E5252252EE25 e2 24

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆC - 22s cs<©cessccsscre 25

2.1 Đặc tính nước thải sau hằm 1U -:Ữ-Õ-1ƠỒ 25

2.2 Mục tiêu thiết kế của mơ hình ¿¿22222+222E222221222212227212227112272122272.-e 28

2.3 Tiêu chí lựa chọn cơng nghệ ¿5 S2 S222 232322 22E2E2E2EEEEEErErErrrrrrrrrree 28

2.4 So sánh cơng nghệ và lựa chọn phương án - 22252 5+2+z+zzz+szx+xcxz 29

b9 7n 34-3 33 CHƯƠNG 3

TÍNH TỐN, THIẾT KÉ CƠNG TRÌNH NUƠI VÀ THU HOẠCH TAO

KHAI TỐN KINH PHÍ VÀ VẬN HÀNH MƠ HÌNH - 51

Trang 10

4.1.2 _ Chi phí vận hành 2-2-2 22222+S2E+E£EEEEEEEEEEEEEEEEEErErErrrrrrrrrrrrrrrrrre 33

4.1.2.1 Chi phí điện năng 52-2222 2222*2E2E 2322212321221 112221 rxre 54

4.1.2.2 Chi phí vận hành cho việc nuôi tảo . 5-22 52525+s+s+s<+s+x+zzezs+ %4

4.2 Vận hành mô hình - + 2 ++S+E+*+EE+E+E£E£E+E+E+E+E+E+E+E+ErErxerrrrrrrrrrerrrrree 55

4.2.1 Khởi động hệ thống 2-©22222EEC2EE2222127111711211.2211211 2.1 cre 55

4.2.3 An toàn lao động trong vận hành . - + - s22 +2+S+s+Ez£££zzzxzxzezzzzxrs 55 4.2.4 — Các rủi ro khi vận hành và cách khắc phục -+-cs-c+c+csxssecs 56

4.2.5 Duy trì và bảo dưỡng - +52 52 2+ 222323 222212121 2121112121211 xe 56

KÉT LUẬN VÀ KIỂN NGHỊ, 2-2 se ©sZ€EsesseEssersetrsersserssrrsersee 57 TÀI LIỆU THAM KHHẢO -2- 2< 2° ©2222 €EZ€E2Z£Ezszezzezszeczzee 58

100050055 - 60

Trang 11

DANH MUC BANG

Bang 1.1 Thanh phan hoa hoc va thanh phan vitamin cia vi tao Scenedesmus 8

Bảng 1.2 Thành phần sinh khối khô của vi tao Scenedesmus cscessseeeseeesseeeeeees 9

Bảng 1.3 Thanh phan chat v6 cơ trong sinh khối tảo Scenedesmus - 9

Bảng 1.4 Năng suất Scenedesmus nuôi cấy tự dưỡng lâu đài ngoài trời 10 Bảng 1.5 Ưu và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo 2-©22sz+cs2 16

Bảng 1.6 Tình hình nuôi trồng đại trà vi tảo trên thế giới giai đoạn 1996 -1997 20 Bảng 2.1 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý Biogas khu chuông lợn nái 5 25

Bang 2.2 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý Blogas 26

Bảng 2.3 Tổng hợp kết quả của mô hình nuôi vi tảo xử lý nước thải chăn nuôi sau

005) 1 27

Bảng 2.4 Thông số nước thải đầu vào -2- 22 2222EE+EEE2EE2222E2223222232222 22 rre, 28

Bang 2.5 Chi phí phải trả khi sử dụng nước sạch để pha loãng trong thời gian hoạt

hÍ)H-EHŸẢÂỒdiitdỶẮẰẰẮẮẮẰẮÁÁAẮÁẮẶẮẶẮẶ 32

Bảng 3.1 Bảng dự đoán hiệu suất qua các công trình 2 2+2zz+2zzz+tzs+rez 34

Bảng 3.2 Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí [TŸÏ 22 222s222E122221527212 2222 cee 37

Bảng 3.3 Tổng hợp các thông số thiết kế bể điều hòa - 22 22+2Ez+2EEz+£Ezzvrzz 41

Bảng 3.4 Tổng hợp các thông số thiết kế bê nuôi tảo 2-2+2z+2zz+£zzz+zzz 47

Bảng 3.5 Thông số thiết kế bể lọc 22-©22222+2E+22EEE+EEE27E22721222122721222 222 cEe 49

Bảng 3.6 Thông số thiết kế hồ sinh học . 2- 22 +22+EE+2+EE£+EEE22EE2222Ez2EEerrrrrrrex 50

Bang 4.1 Chi phi xAy dung déi v6i bé tong eee eccceessecseeesseesssessseessseesseeseseeess 51 Bang 4.2 Chi phí thiết bị cho hệ thống 22 2222EESEEEEEE2222122232222122212 22 Ee 52

Bảng 4.3 Chi phí điện năng - + 5222223222323 22222E2E 25252212121 2251 12122223 xee 54

Bảng PL: Tốc độ tăng trưởng sinh học của vi tảo Scenedesmus trên các môi trường

010013401124) ddiŨ 64

SVTH: Lé Thi Kim Liên ix

GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

Trang 12

Đồ án tốt nghiệp ` -

Tính toán, thiệt kê mô hình nuôi và thu hoạch tảo Scenedesmus kêt hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau ham Biogas

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Năm pha sinh trưởng của tảO -+5+5++++t+x+tztztrtrxexrrerrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 5 Hình 1.2 Tảo Scenedesmua dưới kính hiển vi 22 ©22+2EE2EE2+2EE22EE22E2Ez2Ezerrrrcee 6

Hình 1.3 Sinh khối vi tảo ,Sce/eđ@s73 -2-22222222222222222222122221122221222211222Xe §

Hình 1.4 Mô hình nuôi tảO - + - 252523222223 222E2E2ESEEEEEEEE2E E21 Eerrrrrrree 23 Hình 1.5 Bê nuôi vi tảo mô hình phòng thí nghiệm 2-22 ©2222EE22EE££Ezz+zz2 23

Hình PL.I pH và nhiệt độ của nước thải đầu ra của mô hình thí nghiệm 60

Hình PL.2 Biến thiên và hiệu quả xử lý tổng Nito của mô hình thí nghiệm 60

Hình PL.3 Biến thiên và hiệu quả xử lý TP của mô hình thí nghiệm 61

Hình PL.4 Biến thiên mật độ tảo và hiệu quả xử lý TP của mô hình thí nghiệm 61

Hình PL.5 Biến thiên và hiệu quả xử lý COD của mô hình thí nghiệm 62

Hình PL.6 Biến thiên và hiệu quả xử lý BODs của mô hình thí nghiệm 62

Hình PL.7 Biến thiên mật độ vi tảo của bể nuôi trồng trong mô hình thí nghiệm 63

Trang 13

DANH MUC CHU VIET TAT

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

SVTH: Lê Thị Kim Liên

Trang 14

Đồ án tốt nghiệp

Tĩnh toán, thiêt kê mô hình nuôi và thu hoạch tảo Scenedesmus kêt hợp với xử lý nước thải

chan nuéi sau ham Biogas

và đang phát triển nhanh chóng về cả chất lượng và quy mô Tuy nhiên, chăn nuôi hộ

gia đình nhỏ lẻ cũng như trại chăn nuôi lớn việc quản lý và sử dụng các nguồn chất

thải từ chăn nuôi còn nhiều bất cập Một số trang trại lớn đã có những biện pháp xử lý

nguồn chất thải chăn nuôi Trong khi đó, việc xử lý chất thải ở một số trang trại chưa được quan tâm Đặc biệt, chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải hầu như còn

bị thả nỗi Một trong những nguyên nhân là do người chăn nuôi chưa hiểu rõ tầm quan

trọng của việc xử lý nguồn chất thải; kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất thải còn thấp; luật xử lý chất thải còn chưa đồng bộ và khó áp dụng: chăn nuôi nhỏ lẻ cũng là một trong những nguyên nhân làm việc quản lý và xử lý chất thải còn gặp nhiều khó

khăn;

Hiện nay, ở nước ta nước thải chăn nuôi chủ yếu được xử lý bằng hầm phân hủy yếm khí (hằm Biogas), sau quá trình này các thành phần gây ô nhiễm môi trường

vẫn còn ở mức rất cao nhưng nước thải được xả trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm

môi trường đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt khu vực xung quanh điểm xả thải, gây

mùi hôi thối và dễ sinh ra các mầm bệnh Nếu lượng nước thải xả một thời gian dài sẽ

ảnh hưởng đến môi trường đất và nguồn nước ngầm

Dựa trên đặc tính sinh trưởng của loài tảo Scenedesmus là có thé sinh trưởng

tốt trong môi trường nước thải, tác giả đã chọn nguồn nước thải chăn nuôi sau hằm Biogas dé lam nguồn dinh dưỡng nuôi tảo, từ đó góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm

môi trường Không chỉ phục vụ xử lý nước thải chăn nuôi tảo còn được sử dụng chủ

yếu để làm mỹ phẩm, làm thức ăn cho thuỷ sản, người và động vật trong đó khả

năng ứng dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học được đánh gia cao

Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao

Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh

dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh trong tế bào tảo qua trình quang

hợp

Chính vì thế việc “7ïnh toán, thiết kế mô hình nuôi và thu hoạch tảo

Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải sau hẳằm Biogas” là hết sức cần thiết nhằm

GVHD: PGS.TS Nguyên Thị Vân Hà

Trang 15

đảm bảo nước đầu ra ổn định và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi

gây ra và hướng đến nguồn nhiên liệu sinh học mới từ Tảo Scennedesmus

2 MỤC TIÊU CỦA ĐÈ TÀI

- — Đánh giá hiệu suất xử lý chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi của tảo

3 DOI TUQNG THUC HIỆN

Nuc thai chin nudi sau ham Biogas va tao Scenedessmus

4 GIOI HAN PHAM VI

Thiết kế mô hình sử dụng nước thải chăn nudi sau ham Biogas dé nudi va thu hoach

tao cho trai heo 500 con heo

5 NOI DUNG THUC HIEN

Nội dung 1: Nghiên cứu, tổng hop tài liệu

- Tổng quan về nước thải chăn nuôi heo

- Téng quan vé vi tao scenedesmus

- Téng quan vé cac phuong phap xt ly nước thải chăn nuôi

Nội dung 2: Tính toán, thiết kế mô hình nuôi và thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp

với việc xử lý nước thải chăn nuôi heo sau ham Biogas

Nội dung 3: Tính toán chi phí xây dựng và vận hành

6 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

- — Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước

có liên quan để làm cơ sở cho việc thực hiện dé tai

- Phuong pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia trong

lĩnh vực để hiểu rõ đề tài và xây dựng phương án thu thập, phân tích xử lý số liệu

- Phương pháp phân tích và xử lý số liệu, gồm: phân tích, tính toán các công trình đơn vị và dung phần mềm vẽ kĩ thuật thê hiện các công trình trên bản vẽ

- Phương pháp so sánh: So sánh ưu nhược điểm công nghệ nuôi và thu hoạc tao,

sau đó lựa chọn công nghệ tối ưu

Trang 16

Đồ án tốt nghiệp „

trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải

7 Ý NGHĨA CÚA ĐÈ TÀI

Xử lý nước thai chin nudi sau ham Biogas va sản xuất Tảo phục vụ cho mục

tiêu tăng lợi nhuận của chăn nuôi và giảm thiểu ô nhiễm do xả thải nước thải sau hầm

Biogas

Trang 17

CHUONG 1 NUOI VA THU HOACH TAO

1.1 Giéi thiéu vi tao Scenedesmus va qua trình nuôi tảo

1.1.1 Giới thiệu chung về tảo va vi tảo

Tảo (Algae) là những thực vật bậc thấp (thực vật có bào tử, cơ thể không phân

chia thành thân, rễ, lá) Trong tế bào tảo có chứa diệp lục và chúng sống chủ yếu ở nước

Vi tao (Microalgae) la tất cả các loại tảo có kích thức hiển vi tức là muốn quan sát được chúng thì phải sử dụng kính hiển vi Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm khoảng 2/3 Vai trò quan trọng của vi tao thé hiện qua quá trình quang hợp hấp thụ CO, cung cấp O› cho các sinh vật khác trên trái đất, khép kín vòng tuần hoàn vật chất và làm tăng tốc độ quay vòng của các chu trình đó (Ngô Kế

Sương, 1994)

Tảo có mặt ở khắp nơi trên trái đất, từ đỉnh núi cao cho đến dưới đáy biển

sâu, thậm chí ở cả độ sâu khoảng 200 m dưới biển nếu như nước biển ở đó

rất sạch (Bourrelly, 1970)

Những loài tảo sống trong các thủy vực được gọi là tảo phù du (phytoplankton) còn những tảo sống bám đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay các thành tàu thuyền được gọi là tảo đáy (phytobentos) Dạng tảo cộng sinh với nắm thành địa y cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm dược phâm, nước

hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết tới 20.000 loài

dia y thuộc 400 chi khác nhau)

Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển

Sự tăng trưởng của tảo nuôi trồng trong điều kiện vô trùng được đặc trưng bởi

5 pha (Trần Thị Thanh Hiền, 2000) được thê hiện ở hình 1.1

Trang 18

Thời gian nuôi

Hình 1.1 Năm pha sinh trưởng của tảo

- —_ Pha chậm hoặc cảm ứng (1): Tảo sinh trưởng chậm, mật độ tế bào tăng ít do

phải thích nghi dần với môi trường sống mới

- Pha sinh trưởng theo hàm số mũ (2): ở pha này mật độ tế bào tăng nhanh

- = Pha giảm tốc độ sinh trưởng (3): Sự phân chia tế bào sẽ chậm lại khi các chất dinh dưỡng, ánh sáng, độ pH, CO; hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh trưởng

- Pha 6n định (4): Mật độ tế bào tương đối ôn đinh, không thay đổi do các yếu tố

hạn chế và tốc độ sinh trưởng ở trạng thái cân bằng

- Pha tàn lụi (5): Chất lượng môi trường trở nên xấu đi, các chất dinh dưỡng suy kiệt tới mức không thê duy trì được sự sinh trưởng Mật độ tế bào giảm mạnh

e Phân loại

Căn cứ vào màu sắc, sự có mặt của các chất dự trữ, thành phần vỏ, cầu tạo nhân tế

bao người ta có thể chia tảo thành những ngành khác nhau Vi tảo chủ yếu thuộc về các chi trong các ngành sau:

Scenedesmus, Pediastrum, Staurastrum, Dunaliella, Chlamydomonas, Haematococcus, Tetraselmis, Chlorella

- Nganh Heterokontophyta (Tao long roi lệch): Cac chi Melosira,

Asterionella, Cymatopleurra, Somphonema, Fragilaria, Navicula, Malomonas,

Dinobryon, Peridinium, Chaetoceros, Phaeodactylum, Skeletonema, Nitzschia

- Nganh Euglenophyta (Tảo mắt): Các chi Phacus, Trachelomonas, Ceratium,

- Nganh Rhodophyta (Tao do): Cac chi Porphyridium, Rhodella,

Trang 19

1.1.1.1 Khái quát về vi tao Scenedesmus

Tảo Scenedesmus là loài tảo đơn bào màu lục, phân bố rộng rãi trong nước

ngọt và trong đất

Kích thước trung bình khoảng 10um

Hình 1.2 Tảo Scenedesmua dưới kính hiển vi

Sinh khối vi tảo Scenedesmus thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt

Ngày nay, tảo Scenedesmus còn được biết đến là loài tảo có hàm lượng protein

và lipid cao, có triển vọng trong ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học

Cũng giống như nhiều loại vi tảo khác, Scenedesmus là loài đị đưỡng,

có khả năng sử dụng các chất hữu cơ (một số đường đơn và acetate) làm nguồn

Trang 20

1.1.1.2 Hình thái và các đặc điểm sinh học của vi tao Scenedesmus

Scenedesmus thường có 4 — 8 tế bào, đôi khi có 16 — 32 tế bào đa, rất ít tế

bào đơn Tế bảo hình tròn hoặc hình trụ, được xếp thành một trục dài gồm 1 đến 2

hoặc nhiều hàng Mỗi tế bào chứa một sắc tố riêng và nuclear protein Sắc tố quang

hợp dé cho chlorophyll a, chlorophyll b va carotenoids lutein

Tảo lục có 3 phương thức sinh sản:

- Sinh sản sinh dưỡng: phân cắt tế bao, phân cắt từng đoạn tảo

- Sinh sản vô tính: hình thành các loại bào tử vô tính, như bào tử tĩnh, bào tử động, bào tử tự thân, bào tử màng dày

- Sinh sản hữu tính: có đẳng giao, dị giao và noãn giao

- Scenedesmus là cơ thể dị dưỡng, có khả năng sử dụng các chất hữu cơ (một

số đường đơn và acetate) làm muôn cacbon Chúng sinh sản bằng phương thức sinh sản vô tính, phân cắt tế bào với kích thước khoảng 15 — 25 wm (Dan Cheng va cong

sự, 2014)

Một số đặc điểm sinh lý sinh hoá của tảo Scenedesmus (Trương Văn Lung,

2004) như sau:

- Cac loài tảo Scenedesmus do có hoạt tính hydrogenase nên khi được chiếu

sáng sẽ giải phóng H; ở áp suất Ozvà khử CO; bằng H;, H;S hoặc chất cho H” khác

Trong tối, chúng tạo ra H;ạO và CO; nhờ sử dụng các chất hữu cơ, oxy hoá Hạ bằng

Oz;hoặc dùng Hạ để khử NO; hoặc NO”

- Thiếu N, P, Fe sẽ gây ra sự hình thành carotenoid thứ cấp

- Su hoa lỏng gelatin và thuỷ phân tinh bột chứng tỏ tao co thai ra protease va

amylase ngoại bảo

Trang 21

Hinh 1.3 Sinh khdi vi tao Scenedesmus 5]

Tao còn được sử dụng chủ yếu để xử lý môi trường, làm mỹ phẩm, làm

thức ăn cho thuỷ sản, người và động vật trong đó khả năng ứng dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học được đánh giá cao

1.1.2 Thành phần hóa học

Thành phần hoá học và thành phần vitamin của tế bào tảo Scenedesmus tuỳ thuộc vào môi trường dinh dưỡng được sử dụng trong quá trình tăng trưởng Tảo có thể phát triển tốt trong điều kiện môi trường nước có hàm lượng Nitơ và Photpho cao

Thành phần hoá học và thành phần vitamin chứa trong vi tảo Scenedesmus được

trinh bay trong bang 1.1

Bang 1.1 Thanh phan hoa hoc va thanh phan vitamin cia vi tao Scenedesmus

Chat xo 3-12 Acid pantothenic 2,20

Trang 22

chăn nuôi sau hâm Biogas

Bảng 1.2 Thành phần sinh khối khô của vi tao Scenedesmus

Sắt, Kẽm và Đồng Trong đó, Caxi chiếm tỷ lệ sinh khối cao nhất với 1208,90

mg.100/g, tiếp đến là Magiê với 400,60 mg.100/g và Đồng được tìm thấy là ít nhất với 0,3065 mg.100/g Thành phần chất vô cơ trong sinh khối tảo Scenedesmus được thể hiện cụ thé trong bang 1.3

Bảng 1.3 Thanh phan chat vé co trong sinh khéi tao Scenedesmus

Trang 23

Tảo có khả năng hấp thu CO; và các muối khoáng cần thiết để tổng hợp

protein, glucid, lipid, Có thể thay đổi tuỳ theo điều kiên môi trường như ánh sáng,

pH, nhiệt độ,

Scenedesmus có năng suất khá cao khoảng 54g trọng lượng khô/m”ngày,

tương đương với 5 tấn/hanăm Các chủng này khi nuôi trồng ở diện rộng có hàm lượng protein khoảng 50 — 56% trọng lượng khô, hàm lượng lipid khoảng l6 — 40% trọng lượng khô, các thành phần amino axit khá đầy đủ và giàu vitamin

đặc biệt là các vitamin tan trong nước

Bảng 1.4 Năng suất Scenedesmus nuôi cấy tự dưỡng lâu dài ngoài trời

Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định độ hòa tan của

CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo Thông số này lại phụ thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhiệt độ cũng như hoạt tính trao đổi chất của tế bào tảo

Hầu hết các giống tảo được nuôi trong môi trường đều có giá trị pH nhất định

Thông thường khoảng pH cho phép là 7-9 và theo nhiều tài liệu pH tối ưu là 8,2-8,7

Trang 24

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nuôi tảo trong khoảng từ 29 — 32C, có thể thay

đổi tùy theo thành phần môi trường nuôi, loài nuôi và dòng nuôi Nhiệt độ thấp hơn

25°C sẽ làm chậm sự tăng trưởng, trong khi đó nhiệt độ ting cao hon 35°C sé gay bat

lợi cho một số loài

c Các chất dinh dưỡng/môi trường nuôi

Các môi trường dinh dưỡng dùng cho nuôi trồng tảo phải dựa theo nhu cầu

dinh dưỡng của từng loài tảo Việc xác định chính xác nồng độ của từng yếu tố đỉnh dưỡng cho một loài nào đó là vô cùng khó khăn Vì môi trường dinh dưỡng tối ưu phụ

thuộc rất nhiều vào mật độ quần thể, ánh sáng và pH môi trường Các chất dinh dưỡng đa lượng bao gồm: nitrat, phofphat, Các nguyên tố vi lượng được coi

là không thể thay thế đối với sinh trưởng và phát triển của tảo là Fe, Mn, Cu, Zn và

CI Những vi lượng khác có vai trò quan trọng đối với một số nhóm tảo là Co, B,

Si,

d Khuấy sục môi trường nuôi

Trong quá trình nuôi tảo việc khuấy sục có tác dụng: giúp ngăn ngừa hiện tượng phân tầng nhiệt độ trong dịch nuôi, giúp tế bào tảo tiếp xúc đều với ánh sáng, ngăn ngừa tảo lắng xuống bẻ, cải thiện trao đôi khí giữa môi trường nuôi và không khí, quan trọng hơn là cung cấp CO; cho quá trình quang hợp

Trong trường hợp nuôi với mật độ cao, CO; từ không khí (chỉ chứa 0,03%

CO;) sẽ làm hạn chế sinh trưởng của tảo Vì vậy, việc bổ sung CO; tinh khiết với tỉ

lệ 1% thể tích không khí Việc bổ sung CO; có tác dụng giúp ổn định pH do cân

bằng giữa CO; và HạCOa

e Ánh sáng

Việc cung cấp ánh sáng cho nuôi tảo là van dé thiết yếu Bởi vì giống như tất

cả các loài thực vật bậc thấp khác, hệ số sử dụng năng lượng ánh sáng ở tảo cao

hơn ở thực vật bậc cao, điều này có nghĩa là chúng hấp thụ cacbon vô cơ để

chuyển hóa thành cacbon hữu cơ Nhiều loại vi tảo quang hợp bão hòa ở khoảng

33% tổng lượng cường độ chiếu sáng Vì vậy, trong điều kiện ánh sáng có cường độ cao và thời gian chiếu sáng dài, người ta thấy xuất hiện hiện tượng quang ức chế có thể làm tảo chết hoặc làm giảm đáng kế năng suất nuôi trồng

SVTH: Lé Thi Kim Lién Il

Trang 25

f Cac yéu tố sinh học

Các nguồn gây ô nhiễm sinh học chủ yếu như lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh

động vật hoặc các loài vi tảo khác là vấn đề khó khắc phục đối với việc nuôi cấy tảo

thuần chủng cũng như nuôi cấy vô trùng

Các nguồn gây nhiễm phổ biến nhất gồm có môi trường nuôi (nước và các chất

dinh dưỡng), không khí, bình nuôi và tình trạng giống nuôi cấy ban đầu Tảo bị

nhiễm tạp chất sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát triển dẫn đến sinh khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhiều, thậm chí không thể sử dụng

được Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO;và ảnh hưởng của một số chất

độc gây ức chế từ các tác nhân gây nhiễm đối với tảo nuôi là những tác hại

chính của sự tạp nhiễm

Trong quá trình nuôi tảo cần chú ý tới các sinh vật có thể xâm nhập vào hệ

thống nuôi và gây hại cho tảo Sự xâm nhập của sinh vật có hại cho bể nuôi tảo là từ

nguồn nước cấp Do đó, cần chú ý xử lý nguồn nước cấp cần thận đảm bảo cho tảo

phát triển tốt nhất

- _ Động vật chân chèo (luân trùng - Rotj/ers): Đôi khi các luân trùng nhiễm vào

hệ thống nuôi, chúng sẽ dùng tảo lam làm thức ăn Do đó gây thiệt hại về sinh khối tao Có thể tiêu diệt luân trùng bằng cách dừng khuấy bể vào ban đêm, khi đó tảo sẽ sử dụng oxygen để hô hấp dẫn đến động vật chân chèo thiếu oxy rồi chết, tuy nhiên có làm làm tảo thiếu oxy cho quá trình hô hấp Ngoài ra, có thể dùng lưới (với mắt lưới

nhỏ) để vớt chúng hoặc có thể dùng hóa chat dé diét chúng nhưng phải đảm bảo không

ảnh hưởng đến tảo và người tiêu dùng

- Các động vật nguyên sinh: Chúng không độc cho người, cũng không hại tới tảo

Có lẽ chúng còn giúp cho tảo bởi vì tạo ra một lượng nhỏ CO¿ Tuy nhiên cũng không

nên giữ lại chúng trong hệ thống nuôi tảo

Hiện có khoảng 74 loài amoeba khác nhau Có một loài trong số chúng gây nguy hiểm

cho người đó là Entamoeba histolytica Các dạng sống dinh dưỡng của amoeba hiếm

khi nhìn thấy bên ngoài vật chủ (người, động vật) Chúng lan truyền bằng các bào tử

hình trứng, các bào tử này bị tiêu diệt ở nhiệt độ 45°C trong thời gian l giờ và ở nhiệt

độ 55°C chúng chỉ có thể tồn tại trong vài giây

- — Tảo tạp: Hệ thống nuôi còn có thể bị nhiễm một số loại tảo khác như tảo silic

(Navicula), tao lục (Chlorella) Tuy nhiên hầu hết các loài tảo này sống ở đáy nên khi mật độ Spirulina phát triển dày sẽ ức chế quá trình quang hợp của chúng do ánh sáng không thể xuống được tới đáy Trong trường hợp các loại tảo này phát triển mạnh,

SVTH: Lé Thi Kim Lién 12

Trang 26

người ta có thé tắt các máy khuấy sau đó thu vot Spirulina trên mặt chuyển sang bể

nuôi khác, sau đó xử lý các loại tảo tạp Một số loại tảo lam có thể gây độc cho người,

tuy nhiên do đặc thù môi trường nuôi tảo Spirulina có pH cao nên các loại tảo này hầu

như khó phát triển được

- Vi khuẩn: Chúng có thể gây tác hại cho con người khi sử dụng tảo Tuy nhiên giới hạn pH của hầu hết các loài vi khuẩn gây bệnh cũng như nắm mốc, nắm men khoảng 6-8 nên chúng bị tiêu diệt trong bể nuôi tảo Spirulina Trong trường hợp hệ thống nuôi chứa các vi khuẩn gây bệnh cho người, chúng có thể bị tiêu diệt trong quá trình chế biến sinh khối tảo

tổng hợp của Scenedesmus từ những phát hiện của phòng thí nghiệm có những thách

thức trong sản xuất quy mô lớn Các thách thức chính bao gồm cung cấp và tái chế

chất dinh dưỡng, truyền và trao đổi khí, trao đổi chất hoạt động Cải cách hành chính (PAR), sự toàn vẹn văn hoá, kiểm soát môi trường, sẵn có đất đai và nước, thu hoạch,

và kỹ thuật di truyền và trao đổi chất

a San xuat hydro sinh hoc (H; )

Năm 1942, Gaffron va Rubin có thé duoc ghi nhận là đã thực hiện một thí nghiệm kích hoạt nghiên cứu sản xuất Hạ trong tảo xanh sử dụng Scenedesmus

obliquus Tảo sản xuất khí H; trong các điều kiện không khí bằng cách cung cấp hydrogenase với các ion hydro bắt nguồn từ phân chia các phân tử nước qua quá trình quang hợp

Hoạt động của enzyme hydroxyl của Scenedesmus sp Được báo cáo là thấp

hon Chlamydomonas reinhardtii H; sản xuất độc lập của Photosystem II ở

Scenedesmus cũng đã được thực hiện bằng cách sử dụng tương đương redox của quá

trình chuyên hóa lên men trong điều kiện ươm k an sắt đen tối Kết quả nghiên cứu

cho thấy một môi trường lưu huỳnh tước gây nên sự mắt cân bằng trong mối quan hệ quang hợp và hô hấp, dẫn đến mạng lưới tiêu thụ của O¿, gay anaerobiosis, và chuyển

sang sản xuất hydro

Xử lý tiền xử lý bằng siêu âm đã có hiệu quả trong việc tăng sản xuất năng lượng lên men lên men từ Scenedesmus oliquus YSW15 Nghiên cứu sản xuất hydro

Trang 27

sinh học sử dụng Scenedesmus được tích cực thúc đây bởi các ứng dụng của nó đối

với xử lý nước thải

b San xudt diesel sinh học

Scenedesmus được biết là có năng suất sinh khối cao trong số các loài tảo xanh

và đã được nghiên cứu để sử dụng cho sản xuất diesel sinh học Việc sản xuất sinh khối và lipid heterotrophic của nó trong các điều kiện tối ưu được báo cáo là có hiệu

quả cao hơn sản xuất tự dưỡng Tối ưu hóa năng suất sinh khối cũng như hàm lượng

lipid thông qua nồng độ các chất bổ sung khác nhau đã được thực hiện trong nhiều

nghiên cứu

Hiện tại, năng suất lipid Scenedesmus sau khi tối ưu đã đạt đến ~ 60% trọng lượng tế bào khô, thấp hơn một số loại tảo khác Tuy nhién, Scenedesmus hiéu qua hơn trong việc thu nhận CO; hơn các loài tảo khác

Giống như nhiều loài tảo, Scenedesmus can điều kiện nitrat thiếu để tăng năng

suất một cách sâu sắc lipid của nó Một cải tiến đáng kể (lên đến sáu lần) sản lượng

nguyên liệu đã đạt được bằng cách bổ sung nồng độ ethanol khác nhau trong khoảng

thời gian 12 giờ và trong bóng tối Sự cải thiện đáng kể trong sản xuất lipid thu được

khi nuôi cấy ở giai đoạn cố định đã được chuyển sang môi trường thiếu nitrat trong 7 ngày và phosphate trong 3 ngày

Chiết xuất dầu với methanol hoặc ethanol từ Scenedesmus vẫn là một thách

thức và hàm lượng lipid thấp hơn sẽ làm tăng chỉ phí sản xuất Trong một nghiên cứu gần đây, Scenedesmus dồi dào đã được cô lập từ hồ Dal, Kashmir và chứng tỏ là một

nguyên liệu thích hợp cho sản xuất diesel sinh học Tảo tăng lên đáng kể trong sinh khối và hàm lượng lipid với nồng độ đạm 0,32g / L Một transesterification hai bước

đã được tìm thấy là phù hợp nhất cho transesterification , trong khi folch chiết xuất tốt nhất dé chiết xuat lipid

c Bio-ethanol

Scenedesmus , va cac vi tao khac nhu Chlorella , Dunaliella , Chlamydomonas ,

và SpIrulina , chứa một lượng lớn carbohydrate (> 50% trọng lượng khô), làm cho chúng trở thành ứng cử viên hấp dẫn cho sản xuất ethanol sinh học Trong một nghiên cứu, Scenedesmus được sử dụng để mang lại năng suất sinh khối cao; Sinh khối giàu carbohydrate cla no sau do da được thủy phân voi axit sulfuric 2% va trai qua qua trình SHF (riêng Hydrolysis va 1én men) dé san xuat 8.55 g L -1 ethanol va san luong

tối da 0.213 g ethanol / g sinh khối trong vòng 4 giờ lên men ethanol

Trang 28

1.2 Các phương pháp nuôi và thu hoạch tảo

1.2.1 Các phương pháp nuôi tảo

Tảo có thể được sản xuất bằng cách áp dụng một loạt các phương pháp khác nhau, từ các phương pháp được áp dụng trong phòng thí nghiệm đến các phương pháp

nuôi ngoài trời Các điều kiện nuôi gồm có:

Hệ thống nuôi tảo trong nhà hoặc ngoài trời: Nuôi trong nhà cho phép kiểm

soát cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, hàm lượng chất dinh dưỡng, tạp nhiễm các sinh vật ăn mỗi sống và các tảo cạnh tranh Ngược lại, các hệ thống nuôi ngoài trời làm

cho việc nuôi trồng duy trì một loài tảo thuần trong thời gian dài là rất khó khăn

Hệ thống nuôi tảo hở hoặc kín: Nuôi hở như nuôi ở các ao, hồ, bể nuôi

không có mái che sẽ dễ bị nhiễm tạp chat ban hon so voi cdc dung cụ nuôi kín như

các ống nghiệm, bình tam giác, túi,

Nuôi sạch (vô trùng) hoặc không vô trùng: Nuôi vô trùng là nuôi không có bắt

kỳ sinh vật ngoại lai nào và đòi hỏi khử trùng rất cẩn thận tất cả các dụng cụ thủy tỉnh, môi trường và các bình nuôi để tránh nhiễm tạp chất Tuy nhiên phương pháp này còn hạn chế đối với quy mô công nghiệp

Dưới đây là ba kiểu nuôi thực vật phù du cơ bản:

- = Nuôi từng mẻ gồm có việc cấy đơn các tế bào trong một thùng chứa môi trường, tiếp theo là một thời kỳ phát triển vài ngày và tiến hành thu hoạch khi

quần thể đạt tối đa hoặc gần tối đa Trong thực hành, tảo được chuyên sang các thùng

nuôi có dung tích lớn hơn trước khi đạt tới pha ổn định và sau đó khối lượng nuôi lớn

được tăng lên với mật độ tối đa và thu hoạch

- Nuôi liên tục: Phương pháp nuôi liên tục cho phép duy trì giống nuôi cấy có tốc

độ rất gần tốc độ sinh trưởng tối đa Người ta phân biệt một số dạng nuôi liên tục như sau:

e Turbidostat (nudi cho lên men liên tục): mật độ tảo được duy trì ở mức độ

xác định trước bằng cách pha loãng tảo nuôi với môi trường Có thể nói đây là hệ thống tự động Trong trường hợp này, dinh dưỡng là không hạn chế nhưng ánh sáng

là yếu tố hạn chế trừ khi mật độ tảo quá thấp

e Chemostat (nuôi ở trạng thái hóa tính): ở đây môi trường nước được đưa vào

hệ thống nuôi với một sự tuần hoàn nhất định Một phần dung dịch mới liên tục được

bổ sung để thay đổi dung dịch môi trường mà tảo đã dùng Hệ thống này thường đơn

giản và ít tốn kém so với turbidostat

Trang 29

- Nuôi bán liên tục: Kỹ thuật nuôi bán liên tục kéo dài thời gian nuôi tảo, thực chất là một dạng nuôi theo mẻ nhưng sinh khối được kiểm tra định kỳ và giữ ồn định bằng phương pháp pha loãng môi trường Nuôi bán liên tục có thể thực hiện trong nhà hoặc ở ngoài trời, nhưng thời gian nuôi thường không đoán trước được Do tảo nuôi

không được thu hoạch toàn bộ mà thu hoạch từng phần nên phương pháp nuôi bán liên tục cho khối lượng tảo nhiều hơn so với phương pháp nuôi từng mẻ với cùng một kích

thước bể nuôi

Bang 1.5 Ưu và nhược điểm của các phương pháp nuôi tảo

Hiệu quả, cung cấp tảo chất

lượng cao và ôn định, vận

hành tự động, khả năng sản

xuất thời gian dai

Khó thực hiện, chỉ có thể nuôi với số

lượng nhỏ, phức tạp, trăng thiết bị

thể thay đổi nhiều nhất

1.2.2 Tách sinh khối tảo

Cho tới nay nhiều phương pháp thu sinh khối đã được ứng dụng như ly tâm,

lắng, lọc, kết lắng hóa học, kết lắng băng điện trường, tự kết lắng, lọc trọng trường, loc chân không Khâu thu hoạch tảo là khâu có ảnh hưởng lớn đến giá thành sản xuất 1.2.2.1 Phương pháp ly tâm

Có thể dùng để thu hoạch vi tảo dạng sợi hoặc đơn bào Phương pháp ly tâm

có ưu điểm chính là đơn giản và không phải sử dụng hóa chất b6 sung Tuy vay, chi

Trang 30

phí năng lượng của phương pháp thu hoạch này khá lớn (khoảng 1kWh/m3) khiến việc

sử dụng nó chỉ khả thi trong những cơ sở sản xuất cho ra các sản phẩm chất lượng cao 1.2.2.2 Phương pháp lọc

Là phương pháp khả thi cho thu hoạch nhiều loài tảo khác nhau Vật liệu dùng

cho lọc cơ học là cát mịn, sợi cellulose, Tốc độ lọc chậm và màng lọc hay bị bít tắc

do chính sinh khối tảo và vi sinh vật khiến phương pháp này cần lượng nước khá lớn

để rửa thường xuyên Trong các phương pháp lọc khác nhau thì lọc nén áp

suất có triển vọng hơn cả do tốc độ nhanh và khả thi cho sản xuất lớn vì giá thành

không quá cao

Nhiều màng lọc đặc biệt vận hành theo kiểu mảng rung, màng xoay,

màng nghiêng đã được thử nghiệm để tách sinh khối tảo khỏi môi trường Phương

pháp có ưu điểm là tốc độ nhanh và sinh khối rất sạch Nhược điểm chính của phương

pháp này là màng hay bị bít tắc và sợi tảo bị gãy sẽ có nguy cơ làm tăng thêm chất

hữu cơ trong môi trường

Những năm gần đây, một số cơ sở sản xuất tảo sử dụng thiết bị của hãng Waco (Canada) để tách Spirulina khỏi pha lỏng Thiết bị kết hợp kỹ thuật chân không với màng lọc rung Tuy vậy, một số tế bào tảo bị phá hủy khi qua thiết

bị sẽ làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng dịch hoàn lưu

Những tảo đơn bào như Dunaliella, Chlorella, Scenedesmus, thường đòi hỏi thu hoạch bằng ly tâm, lọc hoặc bằng phương pháp tạo bông

1.2.2.3 Phương pháp tạo bông

Hiện tượng tự kết lắng xảy ra khi pH tăng, khi tế bào lắng xuống cùng với Ca” Mg” và muối photphat hoặc cacbonat Mặt khác, đây cũng là hậu quả của sự tương tác giữa tảo và vi khuẩn hoặc giữa tảo và các polyme hữu cơ trong môi trường

Ví dụ: Tảo Scenedesmus sinh trưởng tối ưu trong pH trung tính sẽ dễ dàng bị

kết lắng khi ta đưa pH lên 8,5

Kết lắng bằng các hóa chất: Những chất được coi là gây hiệu ứng tạo bông tốt đới với vị tảo là Sunphat, nhôm, Ca(OH);, Sunphat sắt, clorua sắt và một số polyme khác Yếu điểm của phương pháp này là sinh khối tảo sau khi thu hoạch sẽ chứa một

lượng hóa chất không mong muốn và bản thân phương pháp này sẽ làm ô nhiễm môi

trường nuôi trồng nếu sau thu hoạch môi trường được hoàn lưu

Trang 31

1.3 Các nghiên cứu liên quan trong va ngoài nước

1.3.1Các nghiên cứu về nuôi tảo

1.3.1.1 Trên thế giới

Các nhà khoa học đã tìm hiểu về sự đa dạng sinh học của quần thể tế bào, các

kỹ thuật trong hệ thống nuôi trồng và các phương pháp thu hoạch sinh khối tảo Từ đó,

họ tiến hành thiết kế và tô chức nuôi trồng các quan thé tao với mật độ cao đề sản xuất các sản phẩm có giá trị như dược phẩm và các sản phâm biến đổi gen (Javanmardian

và cộng sự, 1991) Palmer, 1974 đã tiễn hành khảo sát các chủng vi tảo phân bố trong

ao nước thải ôn định Thứ tự của sự phong phú và tần số xuất hiện tìm thấy của các

chủng vi tảo trong nước thải lần lượt là Chlorella, Ankistrodesmuss, Scenedesmus,

Euglena, Chlamydomonas, Oscillatoria, Micractinium va Gonlenkinia

Kỹ thuật xử lý nước thải bằng vi tảo dựa trên khả năng quang hợp và chuyên hóa năng lượng mặt trời thành sinh khối Đồng thời, nó còn dựa trên khả năng đồng hóa các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho là nguyên nhân gây phú dưỡng Đề xuất này được ra mắt vào 55 năm trước ở Mỹ bởi Oswal4 và cộng sự, 1957 Từ đó đã được thử nghiệm mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế gidi

Vào đầu năm 1953, các nhà khoa học Đức đã nghiên cứu khả năng dung CO; phế thải của vùng công nghiệp Rhur để nuôi trồng Chlorella, Scenedesmus Nghiên cứu này được giáo sư Soeder và cộng sựu tiếp tục tiến hành trong nhiều năm sau đó

Đầu những năm 1970, Chính Phủ Đức đã tài trợ 3 dự án lớn về nuôi trồng

Scenedesmus tại Án Độ, Peerru, Thái Lan

Năm 1960 tại Tiệp Khắc các nhà khoa học đã xây dựng mô hình nuôi đại trà

Scenedemus trên nền bễ có độ nghiêng 3° va tạo dòng chảy nhờ bơm kĩ thuật Cascade

Đầu những năm 1960, vị khuẩn lam Sprirulina lần đầu tiên được phát hiện tại

hồ Tchad, Châu Phi và nhanh chóng được các nhà khoa học Pháp đưa vào nuôi đại trà tại Texcoco, Mehico Hiện nay Sprirulina được nuôi đại trà khắp nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam

Có thể nói rằng hiện nay, tảo được khai thác dưới góc độ là nguồn thức ăn dinh

dưỡng cho người và thức ăn cho động vật, nguồn hóa chất và dược liệu, nguồn phân

bón sinh học và đối tượng sinh học để xử lý môi trường

Luz Estela Gonzalez (1997) sử dụng vi tảo để xử lý nước thải sẽ mang lại hiệu quả về kinh tế và môi trường thân thiện, sử dụng tảo nuôi trong hệ thống nước thải là

một lời khuyên mang tính thời đại

Trang 32

Vị tảo là sự lựa chọn cho việc xử lý chất thải, có hiệu quả khi làm giảm những

vật chất nguy hiểm chăng hạn như kim loại nặng (Lindholm T., trích dẫn bởi Maria

Asplusnd,2008)

Trong những nghiên cứu của Juerg Staudenmann, Ranka Junge — Berberovic

(1998) về việc sử dụng nước thai Biogas cho một hệ thống gồm nhiều module liên tiếp: nước thải sẽ đi qua hệ thống module thực vật vĩ mô ——> module vi tảo module zooplanton —s module ao ca két hợp —> module các loài thực vật vĩ mô tự

nhiên

Ở Anh, người ta nghiên cứu và ứng dụng nuôi cấy Spirulina maxima trong nước thải sau khi qua xử lý ở bé thôi khí ( Aeroten ) Mục đích của quá trình này là xử

lý triệt để nước thải và nuôi tảo ;làm nguồn Prôtê¡n CO; được cung cấp từ các trạm

nhiệt do đốt CH¡ thu hồi từ quá trình lên men cặn

Năm 2010, Wang và cộng sự tiến hành thí nghiệm nuôi trồng giống tảo

Chlorella vulgaris trong môi trường nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng chất hữu cơ

cao (COD đầu vào là 20180 mg/l)

Trang 33

Bảng 1.6 Tình hình nuôi trồng đại trà vi tao trên thế giới giai đoạn 1996 -1997

Khu vực xuất tích K Ung dụng

1100 và _ | Thuốc bổ dưỡng, thức ăn

Nhật Bả ật Bản | Chlorella nhập 943 | cho thủy sản ›

Trung Quốc | Spirulina 199,6 2798 Dinh dưỡng và xuất khẩu

Đài Loan - | Chorefavà Spirulina 24 | 1600 và 460 | Xuất khẩu

\ Chlorella va mét

Triều Tiên SỐ loài tảo khác |p | ;xgọ 400 | Cho người và thủy sản

Nguôn: Yuan — Kun Lee, ]997

1.3.1.2 Tại Việt Nam

Việt Nam có nguồn tài nguyên vi tảo rất phong phú với khoảng 2000 loài, trong

đó 651 loài là vi tảo đã được xác định có tiềm năng xử lý nước thải Nhiều loài vi tảo nhu Spirulina, Chlorella, Dunaliella, Scenedesmus, Tetraselmis được đánh giá có hiệu quả cao trong việc xử lý ô nhiễm hữu cơ

Từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu tảo do cố GS.TSKH

Nguyễn Hữu Phước làm chủ trì

Năm 1976, viện thử nghiệm nuôi trồng tảo đã được tiến hành trong 4-5 tháng ở

Nghĩa Đô, Hà Nội và thu được kết quả khả quan

Trang 34

Năm 1982, giáo sư Tiến sỹ khoa học Dương Đức Tiến và coongjsuwj của ông

đã thành lập phòng thí nghiệm sưu tầm và lưu giữ giống tảo đồng thời ứng dụng nuôi

tảo quy mô lớn tại nhiều cơ sở: Nhà máy phân đạm Hà Bắc, Ninh Thuận, Bình Thuận,

Gia Lầm — Hà Nội và đạt được nhiều kết quả khả quan

Năm 1985, Sở Y Tế TP.HCM đã tiếp nhận giống tảo đầu tiên do ông bà

R.D.Fox tặng Sau đó, tảo giống được giao cho trạm nghiên cứu dược liệu giữ giống

và nuôi trồng

Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của vi tảo được tiến hành Dương Thị Thành, 2009 đã nghiên cứu sử dụng tảo Tetraselmis sp đê xử lý

nước thải ao nuôi tôm công nghiệp, với hiệu suất loại COD đạt 68,7%

Nghiên cứu hiệu quả kỹ thuật nuôi sinh khối tảo Ch/orelia sp sử dụng nước thải từ ao nuôi ca tra (Tran Chdn Bac, 2013) cho thay tao Chlorella sp có khả năng phát triển tốt trong môi trường nước thải ao nuôi cá tra

e Những nghiên cứu dùng tảo đề xử lý nước thải ở Việt Nam:

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi cho việc sử dụng hồ sinh học để xử

lý nước thải và nuôi cá Nhưng thực tế cho đến nay Việt Nam chưa có hồ sinh học nào

được xây dựng hoàn chỉnh Trong điều kiện nước ta hồ sinh học có thể là công trình

xử lý nước thải có hiệu suất xử lý cao, hiệu quả kinh tế lớn vì:

+ Điều kiện khí hậu thích hợp cho sự hoạt động của các loại v1 khuẩn, tảo phân

giải hữu cơ

+ Hồ sinh học có thê kết hợp nuôi cá và nuôi tảo làm thức ăn cho cá, nâng cao

sản lượng cá nuôi

+ Có thể sử dụng hồ tự nhiên sẵn có đề làm hồ sinh học

+ Mặc khác, tận dụng nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp để nuôi tảo làm thức ăn bổ sung cho động vật và người là hướng nghiên cứu mới

Thời gian qua ở Việt Nam đã có các công trình sau:

« Đề tài "Áp dụng hệ thống hồ sinh học 3 bậc với thực vật nước để xử lý bổ sung nước thải nhiễm dầu trong điều kiện Việt Nam" Các tác giả Lâm Minh Triết,

Nguyễn Trung Việt và cộng sự đã nghiên cứu các phương pháp xử lý nước thải chế biến dầu mỏ của nhà máy lọc dầu Cát lái TP.HCM có công xuất 40 triệu tắn/năm

Trang 35

Nước thải nhiễm dầu sau khi qua xử lý cơ học, hóa lý -Aeroten kết hợp với bể lắng 2 được tiếp tục xử lý bổ xung bằng hồ sinh học 3 bậc với sự tham gia của bẻo lục bình, lau sậy và tảo Chlorella Kết quả hàm lượng dầu trong nước giảm 97 - 98% Lượng oxi hoa tan thải ra từ Chlorella tăng 0,7 - 9,8 mg/1, pH tang từ 6,9 - 8,6,

« Đề tài " Xử lý nước thải bằng hồ sinh học với sự tham gia cua tao va luc binh

ở Việt Nam " của Lâm Minh Triết và J.C.L.Van Buuren có sự hợp tác giữa trung tâm

nước - môi trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh với đại học nông

nghiệp Wageningn, Hà Lan Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải của ló giết mô và chế

biến thịt heo ( Vissan ) cho thấy: Có thể giảm đáng kế hàm lượng BOD¿, COD và chất

lơ lửng Đặc biệt hồ sinh học với sự tham gia của tảo rất hiệu quả trong việc làm giảm

+ Dé tài " Vai trò của thực vật trong quá trình xử lý nước thải" Nghiên cứu

sử dụng một số thực vật nước như bẻo luc binh, tao Chlorella , rau muống, rau

ngô để xử lý nước thai Các loài thực vật này sử dụng CO; đồng thời cung cấp O; cho thủy vực Ví dụ: Chlorella cung cap 9 - 20mgO,/1

« Các đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè bằng tảo

của các sinh viên trường đại học sư phạm TP.HCM.Từ các nghiên cứu này cho thấy

tảo có khả năng xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp rất tốt, rất thích hợp ở điều

kiện Việt Nam

« Đề tài " Tình hình ô nhiễm do nước thải của xí nghiệp liên hợp phân đạm hóa

chất Hà Bắc gây ra và giải pháp hạn chế ô nhiễm" của Dương Đức Tiến đã cho kết quả

nước thải sau khi pha loãng có nồng độ NH¿ là 80 -150mg/1 có bổ sung một số chất dinh dưỡng Sau 3 ngày nuôi cấy tảo , hàm lượng NH¿ giảm còn 0,05mg/I Năng suất tảo thu dugc 5 - 8g/m’/ngay

« Đề tài " Nghiên cứu quá trình xử lý sinh học và ô nhiễm nước ở một số hồ

Hà Nội "đã nghiên cứu dùng các sinh vật như tảo , bẻo lục bình , bẻo tam , rong đuôi chó, các vi khuân tham gia chuyên hóa các hợp chất Nitơ đã đạt kết quả cao trong

quá trình xử lý nước thải

Trang 36

Tĩnh toán, thiêt kê mô hình nuôi và thu hoạch tảo Scenedesmus kêt hợp với xử lý nước thải chan nuéi sau ham Biogas

« Đề tài "Nghiên cứu ứng dụng hệ sinh thái tự nhiên để xử lý nước thải đô thị và

tái tạo nguồn lợi trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh" của PGS TS Đoàn Cảnh

và Th§ Phan Văn Minh đã nghiên cứu sử dụng hệ ao đơn xử lý nước thải thuộc lưu

vực rạch Ruột Ngựa, quận 6 và 8 TP.HCM bằng tảovà phiêu sinh động vật kết hợp

nuôi cá rô phi (Orechromis niloticus) cho kết quả tốt

ŒVHD: PGS.TS Nguyên Thị Vân Hà

Trang 37

1.3.2 Các nghiên cứu về thu hoạch tảo

Trên thế giới, người ta thu hoạch tảo bằng nhiều phương pháp khác nhau:

- Phương pháp ly tâm với việc sử dụng chất lắng đọng: Theo Glueke và Oswald

(1965) đã nghiên cứu ảnh hưởng của phèn, cacbonmetyl-xenluloz bentonid và vôi đến hiệu quả thu hồi tảo bằng phương pháp ly tâm, học đã rút ra kết luận là khi cho các chất phụ gia đó vào dung dịch và đưa pH lên tới 6,8 thì việc thu hồi tảo bằng việc ly

tâm là khá tốt

kinh tế: Dich tảo đầu tiên được lọc trên các tắm nghiêng nhờ tác dụng của trọng lực Sau đó dịch tảo được lọc tỉnh trên máy lọc trống quay hoạc ly tâm Theo phương pháp

này không phải tiêu tốn hóa chất, sản phẩm tảo thu hoạch được đảm bảo vệ sinh, sạch

sẽ, thiết bị thu hoạch khá đơn giản.( Nguyễn Anh Dũng, 1982)

- Tại Nhật Bản, tảo được thu hoạch bằng phương pháp tạo sóng nhân tạo trong bể nuôi

- Hiện nay ở Áo, người ta bơm dịch tảo lên các băng giấy Sau đó các băng giấy

lẫn tảo được sử dụng làm thức ăn gia súc Ở Liên Xô, người ta tập trung ánh sáng đèn

chiếu vào một vị trí nhất định Nồng độ tảo sẽ tăng lên, tảo thu hồi dễ dàng hơn

Trang 38

2.1 Dac tinh nuéc thai sau ham Biogas

Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rat đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có tính kiềm, chứa hàm lượng cao các chat hitu co (BOD; va COD cao), tổng lượng cặn rất lớn (trong đó lượng cặn hòa tan chiếm 70 — 85%), hàm lượng cặn lơ lửng lớn, ham luong nito, photpho cao

Ngoài ra, nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều vi sinh vật, ký sinh trùng gây

bệnh, nắm, và một số mầm bệnh khác

Nếu nước thải này không qua xử lý, thải trực tiếp ra môi trường thì ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ con người và sinh vật sống khác

Trong nghiên cứu “Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải bằng bể Biogas của

trang trại chăn nuôi lợn vùng đồng bằng Sông Hồng” tiến hành phân tích một số chỉ

tiêu hóa học của nước thải trước va sau ham Biogas cho thay cdc chi tiêu ô nhiễm ở

hai khu chuồng lợn thịt và lợn nái khác nhau

Bảng 2.1 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý Biogas khu chuồng lợn

Trang 39

Bang 2.2 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi x ly Biogas

Trang 40

Nude that và0 Nước thải ra Hiệu (t xử lý

Newdn: Neuyén Vo Phuong Nevin, Nghiénciu thi nghigm mo hinh nud vi to Scenedesmus xie mud thai cin mudi sau

ham Biogas, Do dn tt nghigp 2016,

SVTH: Le Thi Kim Lién 7 GVHD; PGS.TS Neuyen Thi Van Ha

Tiêu đề	Thiết Kế Mô Hình Nuôi Và Thu Hoạch Tảo Scenedesmus Kết Hợp Với Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Sau Hầm Biogas
Tác giả	Lê Thị Kim Liên
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà
Trường học	Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật Môi trường
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2017
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	32,33 MB