HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ – ĐIỆN
--------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XÁC
ĐỊNH MẬT ĐỘ TẢO BẰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH

Người thực hiện

: NGUYỄN DOÃN DUY

Mã sinh viên

: 605522

Lớp

: K60TDHB

Chuyên ngành

: Tự Động Hóa

Giáo viên hướng dẫn

: Th.S NGUYỄN KIM DUNG

Địa điểm thực hiện

: Khoa Cơ – Điện

Hà Nội – Năm 2021


THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên

: Nguyễn Doãn Duy

Mã SV

: 605522

Tel

: 0368610805

Email

:

Chuyên ngành

: Tự Động Hóa

Lớp

: K60TDHB


Khóa

: 60

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Kim Dung
Địa điểm

: Khoa Cơ – Điện, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ, tên)


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là
trung thực, khách quan và chưa từng dụng bảo vệ cho bất kỳ đồ án môn học nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã được
cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng năm 2021

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Doãn Duy

i



LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp, bên cạnh sự nỗ
lực và cố gắng của bản thân, em đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn
của nhiều cá nhân và tập thể.
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin được bày tỏ lời cảm ơn
chân thành tới Bộ mơn Tự Động Hóa khoa Cơ – Điện , Học Viện Nông Nghiệp
Việt Nam đã cho phép em thực hiện đề tài này.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên Th.S Nguyễn Kim Dung
người đã giành nhiều thời gian, cơng sức tận tình giúp đỡ, động viên và tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, bạn bè và những người
thân đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành tốt đợt
thực tập này.
Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi
những thiếu sót, mong q thầy cơ, và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của em
được hoàn chỉnh tốt hơn.
Cuối cùng em xin kính chúc tồn thể các thầy cô giáo trong khoa Cơ
Điện, các thầy cô trong Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam cùng tồn thể bạn bè
người thân sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày... tháng... năm 2021
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Doãn Duy

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i 

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii 
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii 
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ vi 
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ vii 
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 
1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................1 
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài .........................................................................1 
3. Giới hạn đề tài ....................................................................................................2 
4. Thời gian và địa điểm thực hiện.........................................................................2 
CHƯƠNG I: TỒNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................3 
1.1.Tổng quan về tảo và quá trình sinh trưởng của tảo ..........................................3 
1.1.1. Khái niệm chung về tảo................................................................................3 
1.1.2 Phân loại tảo ..................................................................................................4 
1.1.3. Tảo Chlorella vulgaris ..................................................................................7 
1.1.4. Một số hình ảnh ni tảo quy mô lớn ........................................................10 
1.2.Một số công nghệ nuôi tảo trong và ngoài nước ............................................10 
1.3. Xác định mật độ và thời điểm thu hoạch tảo ................................................13 
1.4. Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh ...............................................................16 
1.4.1. Khái quát về xử lý ảnh ...............................................................................16 
1.4.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống xử lý ảnh..........................................18 
1.4.3. Những vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh ........................................................19 
1.5. Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong đời sống .............................................26 
1.5.1. Trong y học ................................................................................................26 
1.5.2. Trong ngành khí tượng học ........................................................................27 
1.5.3.Trong lĩnh vực địa chất ...............................................................................28 
iii


1.5.4. Trong công nghiệp .....................................................................................28 
1.6. Kết luận .........................................................................................................29 

CHƯƠNG II : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................30 
2.1. Bài toán công nghệ ........................................................................................30 
2.2. Thiết kế, chế tạo bộ thu thập và xử lý ảnh ....................................................30 
2.2.1. Cấu trúc tổng quan thiết bị xác định mật độ tảo ........................................30 
2.2.2. Nguyên lý làm việc ....................................................................................31 
2.3.Nội dung nghiên cứu ......................................................................................31 
2.4. Phần cứng ......................................................................................................32 
2.4.1. Máy tính nhúng Raspberry model Pi 3B ....................................................32 
2.4.2.Camera Module V2 8MP ............................................................................35 
2.4.3.Thẻ nhớ ........................................................................................................36 
2.4.4. Bơm Nhu Động Kamoer Peristaltic Pump NKP-DCL-S10B 12VDC......36 
2.4.5. Nguồn Raspberry (Bộ nguồn cung cấp) ....................................................37 
2.4.6. Màn hình cảm ứng 7″ (C) WaveShare .......................................................38 
2.4.7.Ống nhựa dẻo ..............................................................................................39 
2.4.8.Led trắng......................................................................................................40 
2.4.9. Lọ nhựa trong suốt .....................................................................................40 
2.4.10 . Mica đen Mica trong ...............................................................................41 
2.4.11: Chiết áp ....................................................................................................42 
2.5. Phần mềm ......................................................................................................43 
2.5.1. Hệ điều hành Raspbian ..............................................................................43 
2.5.2. Ngơn ngữ lập trình Python .........................................................................44 
2.5.3. Thư viện OpenCV ......................................................................................46 
2.5.4. Giới thiệu PyQt5 (phần mềm thiết kế giao diện người dùng)....................51 
2.6. Thu thập cơ sở dữ liệu ...................................................................................53 
2.7 Xác định tương quan giữa màu sắc và mật độ tảo .........................................59 
2.8. Lưu đồ thuật toán. .........................................................................................63 
iv


2.9. Xây dựng giao diện của thiết bị ....................................................................65 

2.10. kết luận ........................................................................................................68 
CHƯƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................69 
3.1.Hình ảnh thực tế thiết bị xác định mật độ tảo ................................................69 
3.2 Thử nghiệm đánh giá hệ thống xác định mật độ tảo dựa trên màu sắc..........69 
3.3.Kết quả đạt được ............................................................................................77 
3.4. Nhận xét và đánh giá .....................................................................................77 
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................79 
1.Kết luận .............................................................................................................79 
2.Hướng phát triển................................................................................................80 
3.Đề nghị ..............................................................................................................80 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................81 
PHỤ LỤC .............................................................................................................82 

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các kiểu mã thường dùng .................................................................... 46
Bảng 2.2: Số liệu mật độ tính tốn được /1ml .................................................... 54
Bảng 2.3 :Hình cắt của mẫu và mật độ tương ứng .............................................. 56
Bảng 2.4 : Mật độ và khoảng cách màu sắc của các mẫu so với gốc ................. 60
Bảng 3.1 Mẫu tảo cần đánh giá và mật độ đếm được tương ứng. ...................... 70
Bảng 3.2 Bảng kết quả 8 mẫu thiết bị đo được ................................................... 72
Bảng 3.3 Mật độ đếm được và mật độ dùng thiết bị đo được ............................. 76

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Một số hình ảnh về tảo tiêu biểu [1] .................................................... 3

Hình 1.2 Tảo lục [2] ............................................................................................. 4
Hình 1.3 Tảo đỏ [3] ............................................................................................. 5
Hình 1.4 Tảo xoắn ( tảo nước ngọt ) [4] ............................................................... 6
Hình 1.5 Tảo nước mặn (Rong Mơ) [5] ................................................................ 6
Hình 1.6: Hình ảnh tảo chlorella vulgaris [ 6 ] ..................................................... 7
Hình 1.7: Hình dạng tế bào của tảo Chlorella [ 7 ] ............................................... 8
Hình 1.8: Đường cong sinh trưởng của tảo ........................................................... 9
Hình 1.9: Cơng nghệ ni vi tảo trong phịng thí nghiệm [ 8 ]........................... 10
Hình 1.10: hình ảnh ni tảo quy mơ lớn [ 9 ] ................................................... 11
Hình 1.11: Ni tảo trong bể dạng race-way [ 10 ] ............................................ 12
Hình 1.12: Hình ảnh thực tế tại khu ni vi tảo [ 11 ] ........................................ 12
Hình 1.13 Buồng đếm hồng cầu [38] .................................................................. 13
Hình 1.14 Diện tích và thể tích các ơ vng trong buồng đếm hồng cầu [39] ... 14
Hình 1. 15 Đĩa Secchi [39] .................................................................................. 14
Hình 1.16 Máy đo OD ( quang phổ kế ) [40] ...................................................... 15
Hình 1.17 Quá trình xử lý ảnh............................................................................. 16
Hình 1.18 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh ....................................................... 17
Hình 1.19 Các thành phần chính của hệ thống xử lý ảnh ................................... 18
Hình 1.20 Hệ thống xử ý ảnh cơ bản .................................................................. 19
Hình 1.21 Ảnh nhị phân chỉ có màu trắng và đen [ 12 ] .................................... 20
Hình 1.22 Ảnh đen trắng [ 13 ] ........................................................................... 20
Hình 1.23 Ảnh màu [ 14 ] ................................................................................... 21
Hình 1.24 : Ảnh màu RGB [ 32 ] ........................................................................ 22
Hình 1.25 Mơ hình khơng gian màu HSV [ 34 ]................................................. 23
Hình 1.26 Hệ khơng gian màu HSV [ 35 ]......................................................... 23
vii


Hình 1.27 Sơ đồ chuyển đổi khơng gian màu RGB sang HSV ......................... 24
Hình 1.28 Lân cận 4 lân cận 8............................................................................. 24

Hình 1.29. Ảnh chụp cắt lớp lồng ngực của người [ 15 ] .................................. 27
Hình 1.30. Ảnh siêu âm 3D thai nhi [ 16 ] .......................................................... 27
Hình 1. 31. Hình ảnh bão từ vệ tinh [ 17 ] .......................................................... 28
Hình 1.32 Hình ảnh địa chất học [ 18 ] ............................................................... 28
Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ của hệ thống xac định mật độ tảo bằng xử lý ảnh .... 30
Hinh 2.2 Tổng quan thiết bị xác định mật độ tảo ................................................ 31
Hình 2.3 Raspberry Pi 3 model B [ 19 ] ............................................................. 32
Hình 2.4 Hình ảnh thực tế Raspberry Pi 3B [ 20 ] ............................................. 33
Hình 2.5 Camera Module V2 8MP [ 21 ].......................................................... 35
Hình 2.6 Thẻ nhớ cho raspberry [ 22 ] ............................................................... 36
Hình 2.7 Động cơ servo [ 23 ] ............................................................................ 36
Hình 2.8 Bộ nguồn cho raspberry [ 24 ].............................................................. 37
Hình 2.9 Màn hình cảm ứng 7″ (C) WaveShare [ 25 ] ....................................... 38
Hình 2.10 :Ống nhựa dẻo [ 26 ] .......................................................................... 39
Hinh 2.11 :Led trắng [ 27 ] .................................................................................. 40
Hình 2.12 Lọ nhựa trong suốt [ 28 ].................................................................... 40
Hình2.13 : Mica đen mica trong [ 29 ] ................................................................ 41
Hình 2.14 : Chiết áp [ 30 ]................................................................................... 42
Hình 2. 15 Giao diện phần mềm Win32Disk Imager ......................................... 44
Hình 2.16 : Một số hình ảnh thực tế lấy mẫu ...................................................... 55
Hình 2.17 Được đồ thị đặc tính tương quan giữa màu sắc và mật độ tảo.......... 61
Hình 2.18 Mật độ và khoảng cách màu sắc của mẫu số 7-32 với gốc ............... 62
Hình 2.19 Lưu đồ thuật tốn .............................................................................. 63
Hình 2.20 Lưu đồ tính d ...................................................................................... 64
Hình 2.21: Cửa sổ New Form ............................................................................. 65
Hình 2.22: Cửa sổ làm việc chính của phần mềm PyQT5 Designer .................. 65
viii


Hình 2.23: Thiết kế.............................................................................................. 66

Hình 2.24: Cửa sổ Widget Box và Property Editor ............................................ 66
Hình 2.25: Hồn thành và lưu file hiển thị giao diện .......................................... 67
Hình 2.26: Chuyển đổi File .ui sang file .py bằng cmd ...................................... 67
Hình 3.1 Ảnh thực tế thiết bị xác định mật độ tảo .............................................. 69

ix


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay các sản phẩm về Tảo khơng cịn q xa lạ đối với chúng ta, các
loại tảo đã khẳng định được giá trị của mình đối với con người từ một loại thực
phẩm bổ dưỡng ,chăm sóc sức khỏe,làm đẹp, cho đến là loại thức ăn cho nhiều
lồi động vật thủy sinh.Cơng nghệ ni tảo hiệu suất cao đã được sử dụng trong
nhiều lĩnh vực thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và sản xuất nhiên liệu sinh học.
Đặc biệt gần đây tại một số nước phát triển, công nghệ nuôi tảo đã và đang được
sử dụng cho mục đích xử lý nước thải.
Tảo chlorella vulgaris được ví như một loại “siêu thực phẩm xanh” có
chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể. Được tổ chức y tế thế giới
khẳng định: “ Tảo chlorella vulgaris là thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt nhất của
loài người trong thế kỉ 21 ! ” là một trong những thực vật có sự phát triển, sinh
sôi rất nhanh nhưng lại yêu cầu về vấn đề vệ sinh và môi trường nuôi rất khắt
khe, phải đảm bảo rất nhiều yếu tố. Để đảm bảo được những vấn đề đó, đồng
thời giảm bớt được sự tác động của con người vào trong q trình ni cần có sự
vào cuộc của ngành tự động hóa. Để đảm bảo cho một hệ thống ni lớn như
vậy cần có một hệ thống điều khiển, giám sát lớn, theo dõi, đảm bảo những
thông số quan trọng và cần thiết trong quá trình ni. Vì khối lượng cơng việc
trong những mơ hình như vậy rất lớn, nên em quyết định lựa chọn đề tài là 1
khâu nhỏ trong q trình đó nhưng cũng khơng kém quan trọng, đó là
“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH MẬT ĐỘ TẢO

BẰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH”để giúp con người xác định thay thế cho
một số phương pháp khác như đếm tảo.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Trong phạm vi của đề tài này em chỉ đi sâu vào một số vấn đề đó là nắm
được phương pháp xử lý ảnh, lựa chọn được phương pháp xử lý ảnh phù hợp
cho hệ thống, xây dựng được thuật toán xác định mật độ tảo thông qua công
1


nghệ xử lý ảnh và thiết kế giao diện giam sát điều khiển cho hệ thống lấy mẫu
(thiết bị xác định mật độ tảo).
3. Giới hạn đề tài
Trong đề tài này, em chọn đối tượng để quan sát, xây dựng thuật tốn là
Vi Tảo chlorella vulgaris một loại tảo có hàm lượng dinh dưỡng cao làm thực
phẩm cho con người. Trong đó, phần điều khiển và giám sát là so sánh ảnh liên
tục trong quá trình của tảo phát triển với mẫu. Từ đó đưa ra được kết luận mật
độ tảo của từng thời điểm lấy mẫu.
4. Thời gian và địa điểm thực hiện
- Thời gian: Từ tháng 9/2020 đến tháng /2020
- Địa điểm: Khoa cơ điện, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

2


CHƯƠNG I: TỒNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Tổng quan về tảo và quá trình sinh trưởng của tảo
1.1.1. Khái niệm chung về tảo
Tảo là một nhóm lớn đa dạng, bao gồm các sinh vật thông thường là tự
dưỡng, gồm một hay nhiều tế bào đơn giản, có màu khác nhau, ln ln có
chất diệp lục nhưng chưa có rễ, thân, lá. Hầu hết tảo sống trong nước. Đây là

những sinh vật mà thân chứa xenluloza, là những sinh vật tự dưỡng vì chứa diệp
lục, quang hợp nhờ ánh sáng và CO2. Cơ quan sinh dưỡng cịn lại là tảo.Tảo
khơng có mơ dẫn truyền. Nhóm tảo có trên 20000 lồi hiện sống trên trái đất.

Hình 1.1: Một số hình ảnh về tảo tiêu biểu [1]
Tảo có cấu tạo cơ thể dạng tán, dạng đơn độc hay tập đồn, dạng sợi hay
mơ mềm... Nhiều đa dạng đơn bào có thể chuyển động và có thể có mối quan hệ
với protozoa. Về hình thái tảo rất đa dạng, một số lớn tảo nâu (Phaeophycotta)
có kich thước tương đương với một cây nhỏ: tảo lục, tảo đỏ, tảo xoắn, rong mơ.
Đa số tảo là sinh vật quang dưỡng một số ít có đời sống dị dưỡng, hoại sinh
hay kí sinh, đều có liên quan đến lục lạp và các sắc tố trong tế bào. Tảo cũng rất
đa dạng trong cấu trúc của sắc tố quang hợp. Sản phẩm cuối cùng của quá trình
quang hợp của tảo là carbonhidrat và protein tương tự với những thực vật bậc
cao hơn. Vì vậy, nhiều tảo là sinh vật thí nghiệm lí tưởng nhờ vào kích thước
nhỏ của chúng và dễ dàng thao tác trong môi trường lỏng.

3


1.1.2 Phân loại tảo
a, Tảo lục
Tảo lục là một nhóm lớn các lồi tảo, mà thực vật có phơi (Embryophyta)
(hay thực vật bậc cao) đã phát sinh ra từ đó. Như vậy, chúng tạo nên một nhóm
cận ngành, mặc dù nhóm bao gồm cả tảo lục và phân giới Thực vật có phơi là
đơn ngành (và thường được biết đến với tên gọi là giới Thực vật - Plantae). Tảo
lục bao gồm trùng roi đơn bào và tập đoàn trùng roi (thường nhưng không phải
luôn luôn với 2 roi trên 1 tế bào), cũng như các dạng khuẩn cầu và khuẩn sợi,
sống thành tập đoàn khác và các dạng tảo biển vĩ mơ.

Hình 1.2 Tảo lục [2]

b. Tảo đỏ
Tảo đỏ có thể được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới, từ Bắc cực đến các
vùng biển nhiệt đới, ở vùng thủy triều và xen kẽ giữa các dải san hô.
Tại Nhật Bản, tảo đỏ nổi tiếng ở vùng Nori. Người dân khu vực này còn thu
được hơn một tỷ USD mỗi năm. Loại tảo đỏ một loại dùng để ăn, một loại có
ứng dụng rất rộng rãi trong ngành cơng nghiệp thực phẩm, y dược…Nó có thể
giúp cải thiện hệ thống miễn dịch nhờ khả năng chống lại các loại virus, tảo đỏ
được sử dụng để chữa lành vết thương, bệnh hen suyễn, rối loạn dạ dày.

4


Hình 1.3 Tảo đỏ [3]
Tảo đỏ có thể được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới, từ Bắc cực đến các
vùng biển nhiệt đới, ở vùng thủy triều và xen kẽ giữa các dải san hô.
c. Tảo xoắn (tảo nước ngọt)
Tảo xoắn là một loài tảo xanh đơn bào cổ đại đã tồn tại trên trái đất kể từ
khi bắt đầu xuất hiện sự sống. Nó được phân loại vào lồi Arthrospira, tồn tại và
phát triển trong mơi trường kiềm ấm ở vùng khí hậu nơi ánh sáng mặt trời chiếu
sáng quanh năm. Mặc dù nó đã được sử dụng như một nguồn thức ăn của con
người trong nhiều thế kỷ trước, và giờ đây nó lại nổi lên trong top 10 “siêu thực
phẩm” cho cuộc sống hiện đại ngày nay vì:
+ Nó là nguồn cung cấp protein thực vật cao nhất, tảo xoắn chứa khoảng 60%
hàm lượng protein hoàn chỉnh.
+ Xu hướng hiện đại người dân đang lựa chọn để ăn ít đạm động vật, tảo nước
ngọt này có thể là một lựa chọn ăn chay tuyệt vời để đáp ứng nhu cầu protein và
axit amin cần thiết hằng ngày.
+ Ngoài protein, tảo xoắn cũng là một nguồn cung cấp nhiều dinh dưỡng thực
vật khác: chất chống oxy hóa, vitamin thiết yếu và khống chất, một số trong đó
bao gồm Phycocyanin, zeaxanthin, beta-carotene, GLA và sắt.


5


Hình 1.4 Tảo xoắn ( tảo nước ngọt ) [4]
d. Tảo nước mặn (Rong Mơ)
Rong mơ là một loại tảo sống chủ yếu ở vùng biển, có màu nâu và dạng
hình cây. Chúng mọc thành bụi lớn và có chiều cao khoảng 40 – 60 cm. Thân
chính của cây có dạng trục tròn với chiều dài 0.7 – 1.2 m.
Lá có dạng kim lớn hoặc hình bầu dục với số lượng nhiều. Mép lá có
răng cưa hoặc nhẵn. Ở một số lá có thể có răng cưa kép, có gân giữa. Cây có
các túi khí hình cầu hoặc hình bầu dục trịn, có đường kính 2 – 3 mm. Túi khí
có uống hình trục với chiều dài 3 – 8 mm.

Hình 1.5 Tảo nước mặn (Rong Mơ) [5]
e. Một số loại tảo khác
Tảo đơn bào là những loài tảo chỉ có một tế bào, gồm tảo tiểu cầu và tảo
silic, v.v.

6


Tảo đa bào là những lồi tảo có nhiều tế bào, gồm tảo vòng, rau diếp
biển, rau câu và tảo sừng hươu, v.v
1.1.3. Tảo Chlorella vulgaris
Tảo chlorella vulgaris: Chlorella là một chi của tảo lục đơn bào, thuộc về
ngành Chlorophyta. Chlorella có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2-10 μm và
khơng có tiên mao. Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll
-a và b trong lục lạp. Thơng qua quang hợp nó phát triển nhanh chóng chỉ cần
lượng khí carbon dioxit, nước, ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khống

chất để tái sản xuất.

Hình 1.6: Hình ảnh tảo chlorella vulgaris [ 6 ]
 Hình thái và cấu tạo
Chlorella được gọi đơn giản là tảo xanh (xanh lục), đơn bào khơng có
tiêm mao, khơng có khả năng di dộng chủ động. Tế bào có dạng hình cầu hoặc
hình ovan. Kích cỡ tế bào từ 2 – 10 µm tùy lồi, khơng roi và chứa sắc tố quang
hợp xanh lá cây là hợp chất Chlorophyll-a và Chlorophyll-b trong lục lạp. Màng
tế bào có vách cellulose bao bọc, có khả năng chịu được những tác động cơ học
nhẹ. Nhờ vậy Chlorella có khả năng quang hợp, lấy Carbon Dioxid, nước và
lượng nhỏ chất khoáng biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành hợp chất
hữu cơ đơn giản để nó sinh trưởng và phát triển. Sự thay đổi của các điều kiện
môi trường như ánh sang, nhiệt độ, thành phần các chất hóa học trong mơi

7


trường sẽ ảnh hưởng đến hình thái và chất lượng của tế bào tảo (Nguồn: Trần
Văn Vĩ, 1995).

Hình 1.7: Hình dạng tế bào của tảo Chlorella [ 7 ]
Người ta tin rằng Chlorella là nguồn gốc thực phẩm, nguồn năng lượng
đầy tiềm năng, vì theo lý thuyết thì nó có khả năng biến đổi 8% năng lượng mặt
trời thành năng lượng trong tảo. Ngồi ra, nó cịn là nguồn thức ăn giàu Protein
(khoảng 60%) và chất béo, Carbonhydrate, chất xơ, chất khoáng và Vitamin
 Sinh sản
Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn trong những điều kiện sống tối
ưu như nhiều ánh sáng, nước trong, khơng khí sạch. Q trình sinh sản nói
chung được trải qua các bước: Sinh trưởng – trưởng thành – thành thục – phân
chia (Nguồn: Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005). Tảo Chlorella sinh sản

rất nhanh, trong ba giờ có khả năng tang gấp đơi mật độ và khơng có sự sinh sản
hữu tính. Q trình sinh sản được tiến hành nhờ tạo nên trong cơ thể mẹ các tự
bào tử. Tùy theo lồi tảo và điều kiện mơi trường mà số lượng các tự bào tử có
thể là 2, 4, 8, 16, 32 (thậm chí có trường hợp tạo ra 64 tự bào tử). Sau khi kết
thúc thúc sự phân chia, tự bào tử tách khỏi cơ thể mẹ bằng cách xé màng tế bào
mẹ, ra môi trường dinh dưỡng trở thành những tế bào con có khả năng hấp phụ

8


chất dinh dưỡng mạnh, quang hợp và sinh trưởng tang. Những tế bào con mới
hình thành sẽ hồn thành vịng phát triển sau 4 – 6 tiếng đến giai đoạn chín, có
khả năng sinh sản, tồn bộ chu trình lập lại từ đầu (Nguồn: Trần Văn Vĩ, 1995).
 Quá trình sinh trưởng, phát triển của tảo
 Tamiya, (1963) trong nghiên cứu về vòng đời của tảo Chlorella đã chia
vòng đời của tảo làm 4 giai đoạn:
 Giai đoạn tăng trưởng: ở giai đoạn này các bào tử sẽ tăng nhanh về kích
thước nhờ các sản phẩm sinh tổng hợp.
 Giai đoạn bắt đầu chín: tế bào mẹ chuẩn bị quá trình phân chia.
 Giai đoạn chín mùi: tế bào nhân lên trong điều kiện có ánh sáng hoặc
trong bóng tối.
 Giai đoạn phân cắt: màng tế bào mẹ bị vỡ ra, các bào tử được phóng
thích ra ngồi.

Hình 1.8: Đường cong sinh trưởng của tảo
Với chế độ dinh dưỡng thích hợp và điều kiện lý học thuận lợi, quá trình
sinh trưởng của tảo trải qua các pha sau:
- Pha chậm: Do sự giảm trao đổi chất của tảo giống, tế bào gia tăng kích
thước nhưng khơng có sự phân chia.
- Pha tăng trưởng: tế bào phân chia rất nhanh và liên tục, tùy thuộc vào

9


kích thước tế bào, cường độ ánh sáng, nhiệt độ…
- Pha tăng trưởng chậm: sự sinh trưởng của tảo bị ức chế do sự thay đổi
một yếu tố nào đó .
- Pha quân bình: do dinh dưỡng cạn kiệt, tảo bước vào giai đoạn suy tàn.
1.1.4. Một số hình ảnh nuôi tảo quy mô lớn
Một số hệ thống nuôi tảo liên tục đang được áp dụng rộng rãi. Sau khi thả
giống và bể nuôi một thời gian nhất định, người trồng sẽ bắt đầu thu hoạch với
khối lượng 30% sản lượng tảo trong bể và cứ thế luân phiên thu hoạch mỗi
ngày. Nếu người trồng khơng có thời gian thu hoạch mỗi ngày thì để vài ngày
thu hoạch lượng tảo sẽ nhiều hơn.
Diện tích đất nơng nghiệp ngày càng thu hẹp, nguồn năng lượng hóa
thạch cũng dần cạn kiệt, lượng khí thải tạo ra tăng cao và biến đổi khí hậu diễn
biến phức tạp hơn, do đó cơng nghệ sinh học vi tảo là hướng phát triển tiềm năng.
Công nghệ vi tảo bao gồm các cơng đoạn chính như: sàng lọc chủng giống vi tảo;
nhân giống, nhân sinh khối ở quy mô lớn để sử dụng trực tiếp hoặc tách chiết các
hợp chất có hoạt tính sinh học.

Hình 1.9: Cơng nghệ ni vi tảo trong phịng thí nghiệm [ 8 ]
1.2.Một số cơng nghệ ni tảo trong và ngồi nước
 Công nghệ nuôi tảo xoắn (Spirulina platensis) và tảo lục (Chlorella
vulgaris), (Dunalliella), (Nanochloropsis)
10


Trong số các lồi vi tảo ni ở quy mơ công nghiệp, tảo xoắn (Spirulina
platensis) được nuôi sớm nhất ở nhiều quy mơ cơng nghệ khác nhau. Tảo có thể
được ni trong bình nhựa, bể chứa xi măng hoặc composite, các bể lớn xây

dựng ngoài trời hoặc trong hệ thống photobioreactor (PBR). Tảo Chlorella
vulgaris cũng được nuôi ở quy mô lớn để làm thức ăn dinh dưỡng bổ sung cho
con người, tảo có thể ni trong hệ thống bể race-way hoặc trong hệ thống PBR.
Tảo Dunalliella đã được nuôi ở quy mơ lớn ở Australia trong bể hoặc bình cầu
thủy tinh để thu β-caroten. Tảo Nanochloropsis cũng được nuôi ở các bể lớn
hoặc các túi nylon cho nuôi trồng thủy sản.

Hình 1.10: hình ảnh ni tảo quy mơ lớn [ 9 ]
 Công nghệ nuôi tảo Haematococcus pluvialis
Tảo Haematococcus pluvialis là nguồn cung cấp astaxanthin lớn nhất hiện
nay cũng được sản xuất trong hệ thống PBR. Tùy thuộc vào mục tiêu và điều
kiện đầu tư tài chính có thể xây dựng các mơ hình và quy mơ ni khác nhau.
Ngồi công nghệ nuôi truyền thống, công nghệ nuôi tảo trên màng dạng bán
lỏng cũng đã được thử nghiệm ở một số cơ sở nghiên cứu.Công nghệ nuôi trồng
này được phát triển bởi Giáo sư Michael Melkonian tại trường đại học Cologne,
CHLB Đức. Tuy nhiên việc mở rộng và khả năng ứng dụng cần được nghiên cứu
thích ứng với các điều kiện cụ thể với từng loại vi tảo.
11


Hình 1.11: Ni tảo trong bể dạng race-way [ 10 ]
Ở Việt Nam, cho đến nay chỉ có tảo Spirulina platensis được nuôi phổ
biến nhất để thu sinh khối tạo sản phẩm ở dạng tươi hoặc sấy khô. Công nghệ
nuôi tảo tương đối đơn giản bao gồm các khâu nhân giống ở quy mơ nhỏ trong
các bình nhựa có sục khí sau đó ni trong các bể hở lớn hơn và cuối cùng
ni trong các bể race-way có cánh khuấy đặt trong nhà lưới. Sinh khối được
thu bằng cách sử dụng màng lọc có kích thước lỗ nhỏ. Sinh khối được thu bằng
cách sử dụng màng lọc có kích thước lỗ nhỏ. Sinh khối được bảo quản ở dạng
đông lạnh hoặc sấy khô tạo bột hoặc tạo dạng que. Ở một số cơ sở sản xuất có
năng lực đầu tư đã sử dụng hệ thống PBR để nhân giống. Ngoài Spirulina

platensis, một số lồi tảo khác ứng dụng trong ni trồng thủy sản thường
được nuôi ở quy mô nhỏ trong bể composite, bể xi măng hoặc túi nylon ngay
tại các cơ sở nhân giống.

Hình 1.12: Hình ảnh thực tế tại khu nuôi vi tảo [ 11 ]

12


1.3. Xác định mật độ và thời điểm thu hoạch tảo
Hiện nay, có một số phương pháp thu hoạch tảo bằng phương pháp thủ
công như:
a. Xác định định lượng vi sinh vật bằng cách đếm trực tiếp
Sử dụng kính hiển vi quan sát mẫu tảo trên buồng đếm, đếm trực tiếp số
lượng tế bào tảo trong một thể tích phịng đếm, kết hợp với độ pha lỗng để tính
tốn được mật độ tế bào trong dung dịch ban đầu.
Công thức tính mật độ tế bào trong mẫu:
Số tế bào / 1ml mẫu = X.S / s.V.H
Trong đó:
- X là số vi khuẩn đếm được trong 1 V
- S là diện tích hình vng phết kính
- s là diện tích 1 vi trường = π.R2
- V là thể tích giọt vi khuẩn phết kính
- H là hệ số pha lỗng mẫu

Hình 1.13 Buồng đếm hồng cầu [38]

13



Hình 1.14 Diện tích và thể tích các ơ vng trong buồng đếm hồng cầu [39]
Sau khi tính tốn, mật độ tế bào khoảng 60.000tb/1ml thì ta có thể thu
hoạch được
b. Sử dụng đĩa Secchi

Hình 1. 15 Đĩa Secchi [39]
Đĩa Sechi là một đĩa trịn đường kính 20 - 25 cm, mặt trên chia thành
những rẻ quạt đen trắng, phía dưới gắn một vật nặng, phía trên gắn thước dây.
Thả đĩa xuống nước và cho đĩa từ từ chìm xuống cho đến khi nào khơng cịn
phân biệt được ranh giới giữa hai vùng trắng đen nữa thì đọc chỉ số trên thước
dây. Khi độ sâu nhìn thấy từ đĩa Secchi đạt từ 1,5-2 cm là thời điểm thích hợp để
thu hoạch. Thu hoạch cho đến độ sâu nhìn thấy từ đĩa Secchi là 4 cm thì dừng và
bổ sung hóa chất vào bể, tiếp tục vừa nuôi vừa thu hoạch. Đối với 1 kg tảo được
thu vớt cần phải bổ sung 1,4 g Mg (tương đương với MgSO4), 7,6 g P (tương
đương 42,72 g K2HPO4), 5,25 g sulfur (16,48 g K2SO4), 1 g Ca (2,77 g CaCl2),
14