Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU
Trong khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, hoạt động sản xuất công nghiệp cũng
thế mà gia tăng, đóng góp một phần không nhỏ trong sự phát trển kinh tế của toàn cầu.
Tuy nhiên, đằng sau đó vấn đề xử lý các chất thải do hoạt động công nghiệp vẫn chưa
được giải quyết triệt để, gây ra sự ô nhiễm nghiêm trong ở một số nơi. Vì thế việc sử
dụng nguồn nguyên liệu sinh học từ vi tảo đang được chú trọng và quan tâm hơn, bởi
những lợi ích mà nó mang lại rất to lớn. Vừa mang lại giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế
cao, vừa giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường vậy nên, tuy nhiên cần xây dựng hệ thống
nuôi trồng phù hợp. Vậy nên năm 1981 Takayama và Misawa đã đề xuất một hệ thống
nuôi cấy lỏng có hệ thống sục khí chủ động từ bên ngoài vào với tên gọi Bioreactor. Hệ
thống này nhanh chóng được sử dụng rộng rãi trong nuôi cấy sinh khối tế
bào, sản xuất hoạt chất thứ cấp trên nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong nuôi cấy
vi tảo. Vi tảo được xếp vào lớp vi sinh vật nhưng hoạt động sống của chúng là tự dưỡng
quang năng .Chúng có khả năng hấp thụ CO 2 để quang hợp nên để nuôi trồng tảo điều
kiện cần thiết nhất là ánh sáng. Tảo có thể nuôi trong ao hở hay hệ thống khép kín. Để
hiểu rõ hơn về đặc điểm, kỹ thuật sản xuất vi tảo từ bình phản ứng quang học thì chúng ta
cùng tìm hiểu “ Thiết kế bình phản ứng quang học photobioreactor dạng ống nuôi
cấy loài Phaeodactylum tricornutum”.

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 1


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

Chương 1: Hệ thống photoreactor
1.1. Hệ thống photoreactor
- Photobioreactor là một hệ thống thiết bị được thiết kế trong đó kết hợp sử dụng nhiều
loại nguồn sáng khác nhau nhằm mục đích cung cấp năng lượng cho các phản ứng trong
việc sản xuất các vi sinh vật ngoài tự nhiên nhưng bên trong một môi trường nhân tạo. Vi
sinh vật hoặc sinh vật phát triển bằng cách sử dụng năng lượng ánh sáng để quang
hợp, những sinh vật này sử dụng quá trình quang hợp để tạo ra sinh khối của mình từ ánh
sáng và carbon dioxide(CO2). Các loài chủ yếu trong nhóm này là rêu, tảo vi tảo,
cyanobacteria và vi khuẩn màu tím. Mục tiêu chính của một photobioreactor là nguồn
cung cấp nguồn sinh khối giàu protein trong điều kiện môi trường cụ thể đối với các loài
tương ứng và có độ tinh khiết cao. Do đó, một photobioreactor cho phép tốc độ tăng
trưởng cao hơn nhiều và mức độ tinh khiết cũng hơn hẳn so với bất cứ nơi nào trong tự
nhiên hoặc môi trường sống tương tự với thiên nhiên.[1]
- Photobioreactor có hai kiểu chính là hệ thống mở và hệ thống kín nhưng hiện nay hệ
thống khép kín được ứng dụng rộng rãi hơn bởi có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ
thống mở . Sản xuất vi tảo dựa trên hệ thống photobioreactor là một công nghệ được thiết
kế để khắc phục một số nhược điểm của các hệ thống sản xuất ao mở thông thường. Tảo
được tái lưu thông hoặc với một máy bơm cơ khí hoặc hệ thống không vận để tạo ra sự
trao đổi giữa môi trường lỏng và khí cũng như cung cấp một cơ chế để đảo trộn để tảo có
thể quang hợp tốt hơn ,tạo điều kiên đồng đều trong môi trường cho tảo hấp thụ các chất

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 2


Đồ Án Sinh Học 2


GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

dinh dưỡng dễ dàng hơn. Tấm quang điện là nơi có diện tích bề mặt lớn tiếp xúc với ánh
sáng mạnh và mật độ của các tế bào quang tự dưỡng cao.
- Các lò phản ứng được làm bằng vật liệu trong suốt cho năng lượng mặt trời tối đa tiếp
nhận năng lượng và một lớp màng mỏng cho phép hấp thụ bức xạ trong bước sóng thích
hợp.[2]

1.2. Yêu cầu đối với hệ thống photobioreactor
- Đối với quy mô công nghiệp, khi sản xuất nguồn nguyên liệu sinh học vi tảo thì việc tiêu
thụ năng lượng cần hạn chế ở mức tối thiểu. Để giảm chi phí và nâng cao năng suất sản
xuất.
- Thiết kế photobioreactor phải đảm bảo độ vô trùng, cung cấp và sử dụng nguyên liệu có
hiệu quả.
- Nó được gắn thêm bộ cảm biến để giám sát nhiều thông số kỹ thuật như nhiệt độ, pH,
lượng oxy hòa tan và ánh sáng cung cấp cho việc nuôi cấy.[3]

1.3. Phân loại các hệ thống bioreactor
Hiện nay một số hệ thống photobioreactor được thiết kế với quy mô khác nhau, nhưng
đều nhằm mục đích là tạo ra lượng sinh khối cao hơn và tối ưu hóa các điều kiện cho sinh
vật phát triển trong điều kiện tốt nhất , tiếp nhận ánh sáng một cách hiệu quả. Tiêu thụ
năng lượng bơm thấp, chi phí vốn đầu tư ít và độ tinh khiết của vi sinh vật cao nhất.
1.3.1. Mô hình phòng thí nghiệm
Phương pháp đơn giản nhất là việc thiết kế một mô hình trong phòng thí nghiệm với các
điều kiện nuôi trồng tối ưu nhất, đây cũng chính là cơ sở nghiên cứu và sản xuất công
nghệ sinh học trên toàn thế giới. Tại đây các lò phản ứng được thiết kế bằng một một tàu

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy


Trang 3


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

thủy tinh tiêu chuẩn, được nuôi trồng trong điều kiện thích hợp và cung cấp ánh sáng hợp
lý. Các vòi phun đầu hiện tại được sử dụng và được cài đặt bằng một bộ cảm biến gắn với
thiết bị trao đổi khí nhằm cung cấp khí CO 2 để cho vi tảo phát triển. Đây là loại hệ thống
dùng khá phổ biến ở quy mô phòng thí nghiệm, nhưng nó có nhược điểm là sinh khối tế
bào thành thấp, năng suất thấp và chỉ thực hiện được ở quy mô phòng thí nghiệm.[4]
1.3.2. Ống quang điện
Các hệ thống ống nuôi trồng được làm từ ống thủy tinh hoặc nhựa, loại photobioreactor
này đã thành công trong quy mô sản xuất công nghiệp. Các ống quang điện được sắp xếp
theo nhiều cách khác nhau như ống đứng ,nằm ngang xếp tầng . Chúng được sắp xếp sao
cho có thể tận dụng được tối đa ánh sáng và được gắn với một hệ thống điều khiển trung
tâm, tại hệ thống điều khiển được nối với các máy bơm, máy cảm biến. Với mục đích
cung cấp chất dinh dưỡng và CO 2 một cách tự động, ống quang điện được áp dụng thành
công trên toàn thế giới từ phòng thí nghiệm đến quy mô sản xuất, ví dụ như để sản xuất
các carotenoid Astaxanthine hình thành tảo xanh Haematococcus pluvialis hoặc để sản
xuất thực phẩm bổ sung từ tảo lục Chlorella vulgaris. Do được nuôi trồng trong một hiện
đại nên sinh khối vi tảo thu được có độ tinh khiết cao, chất lượng cao, năng suất thu hồi
lớn. Việc thực hiện sản xuất sinh khối vi tảo luôn được thực hiện trong điều tối ưu nên
giá trị về kinh tế lẫn về mặt dinh dưỡng của vi tảo là rất cao. [5]

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 4



Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

1.3.3. Cây Giáng sinh photobioreactor
phương pháp khác để thiết kế một hệ thống photobioreactor nuôi trồng vi tảo đó là
xây dựng hệ thống dạng hình nón, hệ thống bao gồm các mạch ống kép được đặt xung
quanh hệ thống. Kết quả hệ thống bố trí tương tự như một cây thông Noel, hệ thống nuôi
trồng dạng khép và có thể thực hiện ở quy mô nông nghiệp, công nghiệp. Điều kiện nuôi
trồng thực hiện tuần hoàn khép kín, để có thể thu hồi lượng sinh khối có năng suất cao
và chất lượng tốt, đặc biệt do được nuôi trồng trong một hệ thống khép kín nên lượng vi
tảo thu hồi khá tinh khiết và có giá trị dinh dưỡng tốt. [6]

Hình 1: Cây giáng sinh photobioreactor
1.3.4. Tấm photobioreactor
Một phương pháp khác để có thể xây dựng hệ thống photobioreactor là việc

xây

dựng dựa trên nhựa hoặc tấm kính. Đây là một cách tiếp cận mới trong việc nuôi trồng
vi tảo với nhiều các hệ thống phong phú hơn, tấm kính với thiết kế kỹ thuật đặc biệt
được gắn kết để tạo thành một lớp kính trong suốt mà tại đây ánh sáng được tiếp nhận
phục vụ việc phát triển của vi tảo tốt nhất. Ngoài ra, việc xây dựng và các điều kiện kỹ
thuật đơn giản hơn so với xây dựng các lò phản ứng ống, từ đó chi phí đầu tư được thu
hẹp lại làm tăng hiệu quả kinh tế. Hệ thống được thiết kế gồm một bể nuôi trồng dòng
chảy uốn khúc, tấm kính được đặt phía trên nhằm hấp thụ ánh sáng. Hiệu quả thu hồi
sinh khối của hệ thống khá ổn định. [7]

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy


Trang 5


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

1.4. Các hệ thống nuôi cấy vi tảo
1.4.1. Hệ thống nuôi cấy mở
- Đây là một dạng photobioreactor được xây dựng dạng mở, chủ yếu xây dựng trong các
hồ nuôi trồng mà không có thiết bị che chắn trên bề mặt và tiếp xúc trực tiếp với các yếu
tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ. Hệ thống được chia thành các ngăn để nuôi trồng,
trong môi ngăn có chứa nước để vi tảo phát triển. Tảo quang hợp khi lấy oxy (O 2) và ánh
sáng trực tiếp từ môi trường bên ngoài. [8]

Hình 2: Hệ thống mở
- Hệ thống nuôi trồng này được sử dụng khá phổ biến,bởi hê thống xây dựng đơn giản chí
phí đầu tư thấp. Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế là năng suất sản xuất thấp, tảo thu
được có độ tinh sạch thấp và dễ bị lẫn tạp chất từ môi trường bên ngoài.[9]

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 6


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương


1.4.2. Hệ thống nuôi cấy kín
- Hệ thống này là một photobioreactor dạng khép kín, có thể nuôi trồng trong không gian
ba chiều. Hệ thống khép kín gồm các ống dài, tấm phẳng và cột quang điện, các ống
thường trong suốt nhằm để tiếp nhận tối đa năng lượng mặt trời cung cấp cho việc quang
hợp của tảo.[10]
- Ngoài ra hệ thống còn được gắn các bộ cảm biển, hoạt động tự động nhằm kiểm soát
các yếu tố tác động đến việc sinh trưởng và phát triển của tảo.Hệ thống nuôi trong bể lên
men vi sinh khối, vận động bằng máy khuấy trộn ba chiều nhằm cung cấp oxy trong quá
trình nuôi cấy, quang hợp dựa vào nguồn ánh sáng nhân tạo và tự nhiên.
- Hệ thống có nhiều trang thiết bị hiện đại, không chịu tác động bởi thời tiết và các yếu tố
môi trường bên ngoài. Quản lý chủ động được quá trình sinh trưởng phát triển của tảo và
hạn chế được sự tạp nhiễm. [11]

Hình 3: Hệ thống kín

[ />
SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 7


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

1.5. Cấu tạo của một hệ thống photobioreactor dạng ống
1.5.1. Cấu tạo hệ thống

Hình 4: Sơ đồ cấu tạo hệ thống photobioreactor
1. Hệ thống ống photobioreator


5. Hệ thống máy tính kiểm soát trung tâm

2. Hệ thống làm sạch tự động

6. Tàu ăn

3. Nhà máy bơm

7. Máy bơm nước

4. Hệ thống lọc
1.5.2. Thuyết minh hệ thống
- Từ tàu cho ăn (6), dòng chảy được hệ thống bơm (3), bơm qua màng nhằm làm giảm
áp lực của dòng chảy vào trong môi trường nuôi cấy tảo. Sau đó được bơm vào thống làm
sạch tự động để tiệt trùng một số vi sinh vật gây hại trước khi cung cấp nước và dinh
dưỡng vào trong môi trường nuôi cấy.
- Các photobioreactor được xây dựng các hệ thống làm việc tự động nhằm thúc đẩy sự
tăng trưởng sinh học của tảo, các hệ thống này hoạt động có kiểm soát về các yếu tố môi
trường bên trong và cả ánh sáng cung cấp cho hoạt động sinh trưởng của vi tảo.

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 8


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương


- Sau khi các dòng chảy nguyên liệu được đưa vào các ống photobioreactor (1), tại đây
vi tảo được cung cấp chất dinh dưỡng và được cung cấp oxy. Trong qúa trình sinh
trưởng và phát triển thì được cung cấp thêm nước, giai đoạn sinh trưởng và phất triển cảu
tảo bắt đầu, khi tảo đã sẵn sàng cho thu hoạch thì được đưa đến hệ thống lọc(4). Tại đây
tảo được lọc và loại bỏ các thành phần không có lợi và loại bỏ các vi sinh vật gây hại để
sản phẩm thu được sạch và đảm bảo chất lượng.[12]
•

Các thông số kỹ thuật chung của một photobioreactor

Hình 5: Các thông số kỹ thuật của một hệ thống photobioreactor
1.6. Ưu, nhược điểm của việc trồng tảo bằng hệ thống photobioreactor
1.6.1. Ưu điểm của photobioreactor quang điện
- Trồng tảo là trong điều kiện môi trường luôn được kiểm soát được kiểm soát,ít thất
bại, do đó tiềm năng cho năng suất cao hơn nhiều.
- Khối lượng sinh khối vi tảo thu được lớn. Hệ thống photobioraector(PBR) sử dụng
hiệu quả tối đa trong việc tiếp nhận ánh sáng và do đó cải thiện đáng kể năng
suất. Thông thường mật độ sinh khối tế bào của vi tảo sản xuất lớn được thực hiện trong
hệ thống từ 10 - 20 lần và có thể còn lớn hơn so với hệ thống ao nuôi thông thường.[13]

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 9


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

- Kiểm soát tốt hơn nguồn nguyên liệu cung cấp cho quá trình nuôi trồng, hạn chế sự

bay hơi của môi trường nuôi cấy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi tảo phát triển để thu
hồi được nhiều lượng sinh khối.Nhiệt độ môi trường nuôi trồng đồng đều hơn, hạn
chế được sự ô nhiễm của môi trường bên ngoài nhiễm. Một ưu điểm nữa là tiết kiệm
không gian do nuôi trồng trong không gian ba chiều,có thể được gắn kết theo chiều
dọc, chiều ngang hoặc ở một góc, trong nhà hoặc ngoài trời.
- Hệ thống ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết, quản lý chủ động được các yếu tố môi trường
bên ngoài.
- Ngăn ngừa hoặc ít nhất là hạn chế tối đa tình trạng nhiễm bẩn, điều này cho phép thực
thi việc nuôi cấy các mẻ tảo thuận lợi
- Giúp kiểm soát tốt hơn các điều kiện môi trường tác động lên mẻ cấy (pH, cường độ,
ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO2).Ngăn chặn tình trạng bốc hơi nước và bay hơi CO2.
- Giúp tăng mật độ tập trung tế bào.Cho phép việc sản xuất các phức hợp sinh dược
phẩm nhờ các tảo biến đổi gene, để cung cấp nguyên liệu cho việc sản xuất các thực
phẩm chức năng mở ra một sự phát triển mới trong công nghệ sinh học phân tử. [14]
1.6.2.Nhược điểm của photobioreactor quang điện
- Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống rất cao. Đây là một trong những điểm bất lợi làm
cản trở sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học vi tảo.
- Để thu được lượng sinh khối cao cần đòi hỏi cần kiểm soát nghiêm ngặt các thông số
kỹ thuật so với hệ thống ao nuôi trồng thông thường.
- Hệ thống nuôi trong bể lên men vi sinh khối vận động bằng máy khuấy trộng ba chiều
nên gặp khó khăn trong điều kiện khử trùng.Vì vậy nếu môi trường bị tạp nhiễm sẽ làm
ảnh hưởng đến chất lượng sinh khối.[15]

Chương 2 : Tổng quan về vi tảo
2.1.Phát triển nguồn nguyên liệu sinh học

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 10



Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

Trong những năm gần đây, việc sử dụng nguyên liệu sinh học từ vi tảo đang tăng
trưởng nhanh chóng trên toàn cầu, do nguyên liệu sinh học mang lại nhiều lợi ích trong
đời sống xã hội. Nguyên liệu sinh học là nguồn nguyên liệu xanh đang được chú trọng
nhiều, bởi nhiều lợi ích mà nó mang lại.Các sản phẩm từ nguồn nguyên liệu sinh học có
giá trị dinh dưỡng rất cao, đồng thời nó không gây ô nhiễm môi trường như các hoạt
động sản xuất công nghiệp khác. Dự kiến tốc độ tăng trưởng sản xuất và tiêu thụ nhiên
liệu sinh học từ vi tảo sẽ tiếp tục gia tăng, vi tảo có thể đáp ứng được các điều kiện và do
đó tạo ra một đóng góp đáng kể để đáp ứng nhu cầu năng lượng sơ cấp, hứa hẹn một sự
thay đổi vượt bậc trong ngành sản xuất nguồn nguyên liệu xanh nhưng ảnh hưởng của họ
đối với đáp ứng nhu cầu năng lượng tổng thể ngành. Chính những lợi ích mà nó mang lại
mà chúng ta cần chú trọng, phát triển nguồn nguyên liệu sinh học từ vi tảo.[16]
2.2. Vai trò, tiềm năng của nguyên liệu sinh học từ vi tảo
- Vi tảo được hiểu đơn giản là tất cả vi sinh vật đơn bào có cấu trúc đơn giản, bao gồm
cả vi tảo prokaryote, tức là vi khuẩn lam (Chloroxybacteria). Vi tảo và sinh vật nhân
chuẩn ví dụ: tảo lục (Chlorophyta), tảo đỏ (Rhodophyta) và tảo cát (Bacillariophyta)
Những lợi ích của việc sử dụng nguyên liệu sinh học có nguồn gốc từ vi tảo là: vi tảo có
khả năng sản xuất quanh năm, khối lượng sinh khối thu hồi lớn, năng suất cao, giá trị
dinh dưỡng và kinh tế của vi tảo mang lại lớn.[17]
- Thức ăn gia súc và các sản phẩm khác có nguồn gốc từ sinh khối vi tảo có tiềm năng
tăng trưởng nhanh chóng và nhiều loài có hàm lượng dầu, protein cao trong khoảng 2050% trọng lượng khô của sinh khối, tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân có thể tăng gấp
đôi sinh khối của nó trong thời gian ngắn.[18]

- Đối với chất lượng không khí với việc duy trì sản xuất sinh khối vi tảo có thể làm giảm
thiểu khí thải CO2 (1 kg sinh khối tảo khô sử dụng khoảng 1,83 kg CO 2), các chất dinh
dưỡng để trồng vi tảo (đặc biệt là nitơ và phốt pho) được sử dụng trong quá trình nuôi


SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 11


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

trồng từ đó giảm thiểu sự ô nhiễm thải ra nguồn nước thải thu được từ nước thải, do đó
ngoài việc cung cấp dinh dưỡng để môi trường phát triển, còn góp phần trong việc xử lý
nước thải hữu cơ. Trồng tảo không đòi hỏi sử dụng thuốc diệt cỏ hoặc thuốc trừ sâu trong
quá trình nuôi trồng, nên cũng giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường không khí và môi
trường đất, nước.[19]
2.3. Giống phaeodactylum tricornutum
- Phaeodactylum tricornutum: là tảo cát pennate đầu tiên có bộ gen hoàn chỉnh được
biết đến. Nó là loài duy nhất trong chi Phaeodactylum,nó có ba hình thái chuyển đổi hình
bầu dục, hình thoi, và hình sao và những thay đổi trong hình dạng tế bào có thể được kích
thích bởi các điều kiện môi trường . Tính năng này có thể được sử dụng để khám phá cơ
sở phân tử kiểm soát hình dạng tế bào và hình thái lớp vỏ bên ngoài của nó cấu tạo chủ
yếu là silic và silicification đượcgiới hạn ở một van của các tế bào hình bầu dục.

Hình 6: Một số hình thái của Phaeodactylum tricornutum

- Hình thái thường gặp nhất thường là hình thoi hoặc hình sao, trong khi nồng độ của các tế
bào hình bầu dục là rất thấp. Tuy nhiên, hình thoi và hình sao của tế bào có thể biến đổi
thành các dạng hình bầu dục trong điều kiện phát triển thuận lợi. Phaeodactylum

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy


Trang 12


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

tricornutum sinh sản vô tính trong quá trình nuôi cấy frustule xuất hiện không làm giảm
kích thước, điều này cho phép nuôi liên tục mà không cần phải sinh sản hữu tính. Trong
thực tế P. tricornutum chưa được biết đến có khả năng sinh sản hữu tính, P. tricornutum rất
phổ biến ở cả vùng nước ven biển nó có thể sống trong các điều kiện môi trường khác nhau.
[20]
- Điều kiện sinh thái.
+ Độ mặn: Phaeodactylum tricornutum thích nghi với môi trường có độ mặn từ 9-92mg/l
và độ mặn tối ưu để nó sinh trưởng phát triển thuận lợi là từ 25-32mg/l.
+ Nhiệt độ: là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo.
Nhiệt độ tối ưu để phát triển là từ 5-25oC.
+ pH:là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của tảo. pH môi
trường khoảng từ 7-10 và pH tối ưu là từ 7.5-8.5.[21]

2.4. Phương pháp tính toán
•

Ta có các phương trình Chisti
1)
aL=
Trong đó
aL: là diện tích bề mặt khí-lỏng
:là các khí tổng thể

d B :là đường kính trung bình của bong bóng
2)
P= =
Trong đó P: công suất đầu vào
3) = 7.958x (
VL:thể tích
4) n.dB= 0.66
: mật độ chất lỏng
G: vận tốc khí
g : gia tốc trọng
trường
5)
kL.aL=

Chương 3: Tính toán thiết bị

Thông số

Giá trị

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Thứ nguyên

Trang 13


Đồ Án Sinh Học 2
Ánh sáng


GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương
- buổi chiều:278-1056

mE/m2/s

- buổi sáng: 69-200
Nồng độ giống

0.07

g/l

Vận tốc khí(UG)

0.011

m/s

Nhiệt độ(t)

20

o

Power input(PG)

109

W/m3


Chiều dài ống

2

m

•

C

Từ các phương trình( 2) ta có
Công suất đầu vào P= = g= 9.8
= 1030x9,8x0,011= 111.034
→ = 111.034→ VL= 1,018

•

Từ phương trình( 3)
=> = 7,958x= 0,0285= 2.85%

Với n= 17 là số lỗ trao đổi khí, theo phương trình (4)
Ta có: n* dB= 0.66 =>dB= = = 0.0388
• Từ phương trình (1)
•

=> aL= = 4.3126(m2)
=> kL= 0,37 * 0.0388 = 0,0143

•


Từ đồ thị phương trình Chisti và phương trình (5)

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 14


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

Ta có UG= 0.03
=> kL.aL=

= 6z mà 6z = 2,222 → z = 0,37

=
= 0,037

Tài Liệu Tham Khảo
[1] Molina Grima E, Belarbi EH, Acien Fernandez FG, Robles Medina A, Chisti Y.
Tubular photobioreactor design for algal cultures. Journal of Biotechnology 2001.
[2] Molina Grima E, Chisti Y. Comparative evaluation of compact photobioreactors for
large-scale monoculture of microalgae. Journal of Biotechnology 1999.
[3] Ugwu CU, Ogbonna J, Tanaka H. Improvement of mass transfer characteristics
and productivities of inclined tubular photobioreactors by installation of internal static
mixers. Applied Microbiology and Biotechnology 2002.
[4] Wu. X, Merchuk, J.C, 2001. “Amodel integrating fluid dynamics in photosynthesis
and photoinhibition processes”.


SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 15


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

[5] Tredici, M.R. Zittelli, G. C.2003. Efficiency of sunlight utilization:
Tubular versus flat photobioreactors.
[6] GroBmann Ingenieur Consult GmbH: Aufbau eines Biosolarzentrums in Kothen.
Marz 2011.
[7] Handbook of microalgal culture and edition . Blackwell Science Ltd. 2013
[8] Borowitzka MA. Commercial production of microalgae and fermenters. Journal of
Biotechnology 1999.
[9] Borowitzka M. Algal biotechnology products and processes matching
science and economics. Journal of Applied Phycology 1992.
[10] Chisti Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances 2007.
[11] Ugwu CU, Aoyagi H, Uchiyama H. Photobioreactors for mass cultivation of
algae. Bioresource Technology 2008.
[12] E. Molina, J. Fernandez, F.G. Acien, Y. Chisti .2001. Tubular photobioreactor
design for algal.
[13,14,15] Borowitzka MA. Commercial production of microalgae: advantages, defect of
tubes Journal of Biotechnology1999.
[16] BP. BP statistical review of world energy. 2009.
[17] IEA. World energy outlook 2007. Paris: International Energy Agency; 2007.
[18] FAO. The state of food and agriculture 2008. New York: Food and Agriculture
Organization; 2008.
[19] FAO. Sustainable bioenergy: a framework for decision makers. United

Nations Energy; 2007.
[20] http:// www.nature.com/srep/2014/140204/srep03958/full.html
[21] we&Phaeodactylum.net

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 16


Đồ Án Sinh Học 2

GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương

SVTH: Nguyễn Văn Thịnh- Trương Thị Mỹ Thùy

Trang 17