Đặt vấn đề Nhiều nhà nghiên cứu coi thu hoạch hiệu quả là thách thức lớn trong việc thương mại hóa nhiên liệu sinh học vi tảo [1-4]. Vi tảo đã được quan tâm nhiều trong nghiên cứu và được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Với khả năng thích ứng cao, nhu cầu sử dụng nước ít hơn cây trồng cạn, tăng sinh nhanh, năng suất sinh khối cao hơn các loài thực vật khác và thân thiện với môi trường, vi tảo có tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như làm thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, nhiên liệu sinh học, xử lý nước thải và trong sinh khối tảo vi sinh vật rất giàu năng lượng [5-9], Thu hoạch tảo được xem là một khâu quan trọng của quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học. Việc lựa chọn phương pháp thu hoạch vi tảo tương đối khó khăn bởi nó phụ thuộc vào nồng độ thấp trong môi trường nuôi cấy và kích thước khá nhỏ của vi tảo.
Ngoài ra, còn những thách thức bố sung của việc thu hoạch vi tảo đến từ sự tương đồng về mật độ của tế bào tảo với môi trường tăng trưởng và tốc độ phát trien của tảo đòi hỏi phải thu hoạch thường xuyên hơn so với thực vật trên cạn [1, 10], Mồi loài tảo sẽ có hình dạng và kích thước khác nhau, Chlorella là một chi của tảo xanh đơn bào, dạng hình cầu hoặc hình elip và có kích thước từ 2 pm đến 10 pm [11, 12]. Vi tảo Nannochloropsis oculata là loài tảo biển có kích thước nhỏ (2-4 pm), không độc và hàm lượng dinh dưỡng tương đối cao [13, 14]. Spirulina là vi khuấn lam đa bào và dạng sợi, kích thước từ 0. Chaetoceros sp và Skeletonema costatum là hai loại tảo dạng chuồi, kích thước tế bào từ 4 - 6 pm [17], Isochrysỉs sp.
có kích thước 3-5 |im, vàng nâu, hình cầu đen hình quả lê, không có vách ngăn cứng [18]. Hiện nay, có nhiều các phương pháp thu hoạch vi tảo như keo tụ, tuyển nối, ly tâm, lọc. Phương pháp keo tụ, chất keo tụ thường được sử dụng như: Phèn nhôm sunfat (AỈ2(SO4)3.nH2Ơ hoặc FeC13.nH2Ơ), Poly Aluminium Chloride (PAC). Nhược diem của phương pháp này là khó loại bỏ các hóa chất đã bo sung đe keo tụ sinh khối tảo, tiêu tốn hóa chất keo tụ và những kim loại này còn dư trong quá trình chiết xuất sè gây độc hại [20].
Phương pháp tuyển nổi cũng đã được sử dụng kết hợp đe thu hoạch vi tảo trong nước thải. Đây là một phương pháp đơn giản mà vi tảo có thể nổi lên trên bề mặt môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này 1 không thể thu hồi triệt để hàm lượng sinh khối tảo. Phương pháp ly tâm có thể dùng để thu hoạch vi tảo ở dạng sợi hoặc dạng đơn bào.
Uu điểm của phương pháp này là đơn giản và không cần bo sung hóa chất vào quá trình vận hành, chất lượng sinh khối thu được tốt, sinh khối không bị biến đối, không gây ô nhiễm thứ cấp, hiệu suất thu hoạch cao. Tuy nhiên, nhược diêm chính của phương pháp này đó là chi phí năng lượng sử dụng khá lớn [21, 22]. Phương pháp thu hoạch tảo bằng kĩ thuật lọc màng có thể khắc phục được nhược điểm của các phương pháp khác như vấn đề năng lượng, hóa chất còn tồn lại trong sinh khối tảo thu được. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của quá trình lọc màng là vấn đề tắc màng, làm giảm năng suất lọc dần đến tăng thời gian làm việc của hệ thống.
Có rất nhiều phương pháp thu hoạch tảo nhưng các quy trình thu hoạch chính được áp dụng cho vi tảo thì cần lựa chọn một phương pháp thích họp, đạt hiệu quả cao và chi phí thấp 23]. Và hơn nữa, việc lựa chọn các kỳ thuật thu hoạch cụ the còn phải phụ thuộc vào việc dựa trên đặc tính của vi tảo như kích thước, mật độ tế bào tảo và thu hoi được sản phẩm mong muốn cuối cùng được yêu cầu '24]. Hiệu quả keo tụ cao và công nghệ thuận tiện trong thu hoạch vi tảo đã làm cho chất keo tụ hóa học trở nên khả thi đối với sản xuất sinh khối vi tảo so lượng lớn. Tuy nhiên, sự tồn tại của các chất ô nhiễm vô cơ hoặc hữu cơ do việc bố sung các chất kết bông hóa học có the gây ra ô nhiễm thứ cấp và các chất kết bông hóa học còn sót lại (ví dụ, nhôm) trong sinh khối vi tảo có thế cản trở việc sử dụng sinh khối trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.
Nhôm còn sót lại ảnh hưởng đến thành phần của este metyl axit béo (FAME) và nó cũng tồn tại trong lipid chiết xuất từ vi tảo được thu hoạch [25, 26]. Polyalumin clorua có trong sinh khối vi tảo thu hoạch có thể ức chế đáng kể quá trình chuyển hóa bằng enzym và hóa học [28]. Chất keo tụ vô cơ như phèn và clorua sắt có hiệu quả trong việc thu hoạch sinh khối vi tảo nhưng được yêu cầu trong liều lượng cao và dần đến ô nhiễm sinh khối với các hóa chất không mong muốn [29]. Tinh bột cation từ các loại khác nhau các nguồn như lúa mì, khoai tây và ngô đã được sử dụng đe thu hoạch vi tảo, kết quả thu hoạch đạt được ở liều lượng thấp liên quan đến thời gian khuấy thích hợp trước giai đoạn lang, về kinh tế tinh bột rẻ hơn và quy trình keo tụ thích họp sẽ giúp giảm chi phí thu hoạch vi 2 tảo [30].
Các chất tạo bông hóa học thường được sử dụng khác trong các ngành công nghiệp là tong hợp polyme polyacrylamide. Tuy nhiên, có thể chứa các dấu vết của acrylamide độc hại và do đó cũng làm ô nhiễm sinh khối vi tảo [20]. Một chiết xuất hạt giống tự nhiên từ Moringa oleifera đã được nghiên cứu đế keo tụ vi tảo, hạt Moringa oleifera đã được chứng minh là chất keo tụ thích hợp để thu hoạch sinh khối vi tảo và có nhiều ưu điểm như an toàn, nó đóng vai trò như một chất kết bông chi phí thấp trong sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo [31, 32]. Việc thu hoạch sinh khối vi tảo bằng hóa chất truyền thống gây tốn kém cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học, cản trở quá trình mở rộng quy mô của công nghệ.
Vì vậy, việc tìm kiếm một phương pháp thu hoạch vi tảo tiết kiệm chi phí là vô cùng quan trọng. Sử dụng chitosan như một chất keo tụ tự nhiên đế thu hoạch sinh khối vi tảo dường như là một giải pháp hiệu quả và là lựa chọn thích họp [33]. Bởi vì, Chitosan là một polysacarit mạch thăng được cấu tạo từ các D-glucosamine và N-acetyl-D-Glucosamine liên kết tại vị trí 0-(l-4). Nó được sản xuất từ quá trinh xử lý vỏ các loài giáp xác (ví dụ vỏ tôm, cua) với dung dịch kiềm NaOH.
Chitosan có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lình vực như nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y học và xử lý môi trường [34], Chitosan là một chất keo tụ tự nhiên, không có tính độc, mang hoạt tính sinh học có lợi nên sản phàm thu hồi khi sử dụng chitosan có thể tiếp tục sử dụng trong chế biến thức ăn gia súc [35]. Ngoài ra, Chitosan được xem như một chất kết bông hiệu quả cao và không độc hại đế thu hoạch vi tảo, đồng thời có the đạt được giá trị gia tăng tái chế chất thải vỏ và keo tụ hiệu quả sinh khối vi tảo. Chitosan chiết xuất từ vỏ là một chất tạo màng sinh học có giá trị kinh tế cao, có thể thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên chất thải từ vỏ. ứng dụng của nó để thu hoạch vi tảo cũng không ảnh hưởng đen quá trình hạ nguồn đe sản xuất diesel sinh học.
Hơn 90% sinh khối vi tảo có thể được thu hoạch trong những điều kiện nhất định bằng cách sử dụng chitosan làm chất kết bông, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế mạnh mè trong tương lai [36]. Hiện nay, có rất nhiều các phương pháp thu hoạch vi tảo, nhưng hầu như các phương pháp vần còn những hạn chế chưa khắc phục được và chưa đáp ứng được yêu cầu kỳ thuật về thu hoạch. Do đó, nhằm tìm kiếm phương pháp thu hồi sinh khối tảo để ứng dụng cho công nghệ làm dược liệu, thực phẩm, sản xuất năng lượng và an toàn cho môi trường. Với đề tài “ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hoạch 3 vi tảo Chlorella Vugaris bằng chất keo tụ Chitosan “ được thực hiện nhằm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hoạch sinh khối tảo, từ đó tối ưu quy trình thu hoạch.
Ket quả và dừ liệu của đề tài là tiềm năng cung cấp một phương pháp thu hồi sinh khối một cách đơn giản, giảm thiểu tổn thương tế bào, tiết kiệm chi phí và có thể thu được hết lượng sinh khối tảo cần thu trong thời gian ngắn nhất. Mục tiêu ciia đề tài Mục tiêu chung: Nghiên cứu khả năng thu hoạch sinh khối tảo Chloreỉỉa Vulgaris bằng chất keo tụ tự nhiên Chitosan sử dụng mô hình Jartest. Mục tiêu cụ thể: - Tìm ra các điều kiện tối ưu của chất keo tụ Chitosan trong quá trình thu hoạch tảo. - Xem xét hiệu suất thu hoạch và ước tính chi phí keo tụ bang Chitosan trong quá trình thu hoạch tảo.
- So sánh hiệu suất thu hoạch và chi phí của chất keo tụ hữu cơ Chitosan so với chất keo thụ hoá học PFC. Nội dung thực hiện - Thiết lập đường chuẩn mật độ quang và mật độ tế bào. - Đánh giá các yeu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hoạch sinh khối tảo Chlorella Vugaris bằng phương pháp keo tụ, sử dụng chất keo tụ Chitosan. - So sánh hiệu suất thu hoạch của chất keo tụ tự nhiên Chitosan và PFC.
Phương pháp nghiên cứu Đe thực hiện các nội dung nghiên cứu trên, các phương pháp nghiên cứu sau đây sẽ được sử dụng trong đề tài: - Phương pháp tống quan tài liệu: Phương pháp này sẽ kế thừa các thông tin từ các tài liệu, kết quả nghiên cứu có liên quan trước đây để tổng hợp các thông tin cần thiết phục vụ đề tài. - Phương pháp thống kê: Các kết quả thí nghiệm được thu thập, lưu trữ và thống kê lưu trừ bằng phần mềm Excel. 4 - Phương pháp tổng hợp: Khi đã có số liệu thu thập được, dựa trên phương pháp đánh giá và kết hợp với kiến thức chuyên ngành để tổng họp và đưa ra nhận xét, đánh giá khách quan, đề xuất giải pháp và những ý kiến cần thiết hồ trợ cho những vấn đề đặt ra. Phạm vi nghiên cứu - Nguồn sinh khối tảo được nuôi và thu hoạch tại phòng thí nghiệm trường Đại học Nguyễn Tất Thành.
- Đe tài được thực hiện và nghiên cứu trong quy mô phòng thí nghiệm.