Tiềm năng của hệ thống nuôi trồng vi tảo cố định trên màng sinh học (biofilm) so với các phương pháp truyền thống

Bài viết "Tiềm năng của hệ thống nuôi trồng vi tảo cố định trên màng sinh học (biofilm) so với các phương pháp truyền thống" giới thiệu mô hình nuôi vi tảo bằng phương pháp nuôi cố định trên màng sinh học được xem một hướng mới và có nhiều ưu điểm so với phương pháp thủy canh truyền thống. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiềm năng của hệ thống nuôi trồng vi tảo cố định trên màng sinh học (biofilm) so với các phương pháp truyền thốngTIỀM NĂNG CỦA HỆ THỐNG NUÔI TRỒNG VI TẢO CỐ ĐỊNH TRÊN MÀNG SINH HỌC (BIOFILM) SO VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG Nguyễn Thị Liên1 1. Viện phát triển ứng dụng. Email: liennt@tdmu.edu.vnTÓM TẮT Hầu hết các hệ thống nuôi trồng vi tảo hiện nay như hệ thống nuôi hở trong các ao hayhệ thống kín photobioreactor (PBRs) thì hệ thống luôn được thiết kế sao cho giữ các tế bào vitảo không dính vào nhau hoặc không lắng trên bề mặt đảm bảo cho các tế bào vi tảo luôn lơlửng trong môi trường dinh dưỡng. Các hệ thống nuôi cấy vi tảo kết hợp với màng sinh học thìhoàn toàn ngược lại, những hệ thống này khuyến khích vi tảo lắng hoặc bám trên bề mặt mongmuốn bằng cách cho phép các tế bào gắn vào màng sinh học, vi tảo sẽ được cô đặc một cáchtự nhiên và dễ dàng thu hoạch. Trong phương pháp này môi trường nước và sinh khối phần lớntách ra do đó việc thu hoạch sinh khối sẽ dễ dàng, tiết kiệm nước, năng suất sinh khối và hiệuquả thu hoạch cao. Sinh khối vi tảo thu được từ bề mặt của màng sinh học có độ ẩm tương tựnhư vi tảo thu được từ hệ thống nuôi hở hay kín sau khi ly tâm. Do đó, thời gian và chi phí choviệc thu hoạch sẽ rút ngắn và tiết kiệm. Từ khóa: Hệ thống nuôi vi tảo cố định trên màng sinh học, hệ thống nuôi trồng vi tảo hở và kín1. GIỚI THIỆU Hầu hết những mô hình nuôi trồng tảo hiện nay đều sử dụng phương pháp thủy canh truyềnthống thông qua hai hệ thống nuôi hở và kín. Tuy nhiên, cả hai hệ thống nuôi trồng tảo nêu trênđều có những ưu, nhược điểm nhất định và không phải là hệ thống có thể sản xuất sinh khối tảocho năng suất tối ưu nhất. Ngoài ra khi sử dụng hai hệ thống này để nuôi tảo thì môi trường liêntục được khuấy trộn, điều này sẽ ảnh hưởng xấu đến cấu trúc hình thái của tảo. Hơn nữa, để thuhoạch tảo từ các hệ thống này thì chi phí cho quá trình loại nước khá cao chiếm từ 21-30% trêntổng chi phí sản phẩm và tốn nhiều thời gian (Davis và nnk., 2011). Hệ thống nuôi trồng vi tảo kết hợp với màng sinh học là một hệ thống khá độc đáo và rấtkhác so với các hệ thống nuôi trồng vi tảo hiện nay. Dựa theo vị trí đặt của vật liệu được sửdụng để làm màng sinh học trong môi trường nuôi thì hệ thống này được chia làm 2 loại: hệthống bán chìm và hệ thống có màng sinh học nằm chìm trong môi trường. Mô hình nuôi vi tảobằng phương pháp nuôi cố định trên màng sinh học được xem một hướng mới và có nhiều ưuđiểm so với phương pháp thủy canh truyền thống.2. ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG NUÔI VI TẢO KẾT HỢP VỚI MÀNG SINH HỌC SOVỚI PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH TRUYỀN THỐNG (BÀNG 1) 2.1. Thu hoạch dễ dàng, đơn giản và chi phí năng lượng thấp Chi phí năng lượng thấp và quá trình thu sinh khối đơn giản và dễ dàng hơn là lợi thế nổibật của hệ thống nuôi này (Zhuang và nnk., 2014). Trong hệ thống nuôi cấy vi tảo theo phương 216pháp thủy canh truyền thống thì nồng độ sinh khối vi tảo thường dưới 1%. Vì vậy, chi phí chothu hoạch/ loại nước khỏi sinh khối chiếm 21 - 30% trên tổng chi phí. Vi tảo được thu hồi từmôi trường nuôi cấy thường bằng cách lọc, ly tâm hoặc tuyển nổi (Hình 1). Sau đó, sinh khốiphải được loại nước để cô đặc nồng độ hơn nữa (Barlow và nnk., 2016). Hình 1. Một số thiết bị sử dụng cho quá trình tách sinh khối vi tảo từ môi trường nuôi (Davis và nnk., 2011) Ngược lại, trong hệ thống nuôi kết hợp với màng sinh học thì quá trình thu hoạch lại dễdàng, đơn giản chỉ cần một lực cơ học nhỏ tác động lên bề mặt màng là có thể thu lấy sinh khối(Hình 2). Ngoài ra, sinh khối vi tảo thu được có nồng độ 10-20% (trọng lượng khô), bằng vớinồng độ sinh khối thu được bằng phương pháp thủy canh truyền thống sau ly tâm (Gross vànnk., 2013; Johnson và Wen 2010). Như vậy, chi phí năng lượng cho quá trình loại nước theophương pháp nuôi kết hợp với màng sinh học đã giảm đáng kể 99,7% so với phương pháp thủycanh truyền thống (Huang và nnk., 2016). Hình 2. Qúa trình thu sinh khối vi tảo từ màng sinh học (Johnson và Wen, 2010; Lanlan và nnk., 2015) 217 2.2. Linh hoạt, dễ dàng cho mục tiêu tăng hàm lượng lipid trong sinh khối vi tảo Trong phương pháp thủy canh truyền thống thường để tăng sự tích lũy lipid trong tế bàothì các tế bào vi tảo được thu hoạch trước tiên sau đó chuyển các tế bào này sang môi trường bịgiới hạn nồng độ chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, quá trình thu sinh khối vi tảo từ môi trường đãđược pha loãng nhiều thì rất khó khăn và chi phí cao. Trong khi đó, đối với hệ thống nuôi sửdụng màng sinh học thì với mật độ cao của vi tảo trên bề mặt màng để thúc đẩy quá trình tíchlũy lipid trong tế bào chỉ cần thay thế môi trường nuôi cấy giàu nitơ bằng môi ...