Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số ph, do trong môi trường nuôi tảo

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN

= = = = = = = =

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG LẤY MẪU VÀ ĐO CÁC
THÔNG SỐ PH, DO TRONG MÔI TRƯỜNG NUÔI TẢO

Người thực hiện

: NGUYỄN THỊ HƯƠNG LY

Lớp

: K59 - TĐHB

Mã sinh viên

: 597584

Chuyên ngành

: TỰ ĐỘNG HÓA

Người hướng dẫn

: ThS. NGUYỄN KIM DUNG

Hà Nội - 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong đồ án là trung thực, khách quan và chưa từng
dùng để 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
cám ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021
Tác giả đồ án

Nguyễn Thị Hương Ly

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và sinh hoạt tại Học viện Nông Nghiệp Việt Nam,
đặc biệt là trong khoảng thời gian em thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được
sự giúp đỡ tận tình về mọi mặt của quý thầy, cô trong trường. Nay em xin chân
thành gửi lời cảm ơn đến:
Học viện Nông Nghiệp Việt Nam và khoa Cơ - Điện đã cung cấp điều kiện
học tập tốt nhất cho em trong suốt thời gian qua để em hồn thành tốt khóa học.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cơ bộ mơn Tự
Động Hóa khoa Cơ - Điện, những người đã trực tiếp truyền đạt những kiến thức
về chuyên môn cũng như kiến thức xã hội với sự quyết tâm và tận tụy nhất để em
có thể an tâm bước ra trường phục vụ xã hội.
Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến cô Th.S Nguyễn Kim Dung
đã tận tình hướng dẫn và đưa ra ý kiến, ý tưởng cùng với kiến thức chun mơn để

hồn thành đồ án một cách tốt nhất.
Em xin cảm ơn gia đình đã tích cực động viên, khuyến khích, tạo mọi điều
kiện và trực tiếp hỗ trợ kinh phí, tinh thần để đồ án tốt nghiệp được hoàn thành đúng
thời hạn.
Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên khóa luận khơng thể tránh khỏi
những thiếu xót mong q thầy cơ và các bạn đóng góp ý kiến để khóa luận của
em hồn chỉnh tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021
Sinh viên

Nguyễn Thị Hương Ly

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii 
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii 
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. v 
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 
1. Mục đích đề tài .................................................................................................. 2 
2. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................ 2 
3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2 
4. Nội dung ............................................................................................................ 2 
5. Giới hạn đề tài ................................................................................................... 2
CHƯƠNG I. TỔNG 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. Một số hình ảnh ni tảo quy mơ lớn ......................................................... 6 
1.1.3. Vai trị của tảo ............................................................................................. 8 
1.2. Tìm hiểu phương pháp kỹ thuật đo giám sát thông số theo dõi môi trường
nuôi giống thủy sản ............................................................................................... 8 
1.2.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến nuôi thủy sản ................................. 8 
1.2.2. Phương pháp kỹ thuật đo giám sát pH trong ao nuôi................................ 10 
1.2.3. Phương pháp kỹ thuật đo giám sát Oxy hịa tan(DO) trong ao ni ........ 11 
1.2.4. Các phương pháp giám sát nuôi giống tảo ................................................ 15 
1.3. Tổng kết chương I ........................................................................................ 15 
CHƯƠNG II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 16 
2.1. Tổng quan hệ thống ...................................................................................... 16 
2.2. Thiết bị phần cứng........................................................................................ 17 
2.2.1. Module cảm biến pH ................................................................................. 17 
iii


2.2.2. Module Cảm Biến Oxy Hòa Tan DO SV1.0 Arduino .............................. 22 
2.2.3. Lựa chọn MCU.......................................................................................... 24 
2.2.4. IC cách ly nguồn B1205s 2W ................................................................... 31 
2.2.5. Module Relay 12VDC HIGH/LOW 4 kênh cách ly ................................. 32 
2.2.6. Module relay 12VDC HIGH/LOW 1 kênh cách ly .................................. 33 
2.2.7. Nguồn tổ ong 12VDC – 10A .................................................................... 34 
2.2.8. LCD 16x2 .................................................................................................. 34 
2.2.9. Module I2C cho màn hình LCD................................................................ 37 
2.2.10. Van nước điện từ thường đóng ............................................................... 37 
2.2.11. Bơm nhu động kamoer ............................................................................ 38 
2.2.12. Dug dịch chuẩn để đo pH ........................................................................ 39 
2.2.13. Các linh kiện điện tử khác ....................................................................... 39 
2.3. Thiết kế, chế tạo phần cứng ......................................................................... 40
2.3.1. Chế tạo giá đỡ của hệ thống ...................................................................... 40 

2.3.2. Chế tạo bình trích mẫu .............................................................................. 41 
2.3.3. Các linh kiện khác ..................................................................................... 41 
2.4. Lưu đồ thuật toán ......................................................................................... 42 
2.5. Sơ đồ điều khiển ........................................................................................... 43 
2.6. Sơ đồ động lực ............................................................................................. 43 
2.7. Hiệu chỉnh cảm biến ..................................................................................... 44 
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 46 
3.1. Một số hình ảnh hệ thống đã chế tạo ........................................................... 46 
3.2. Thực nghiệm đánh giá hệ thống ................................................................... 49 
3.3. Thảo luận ...................................................................................................... 55 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 56 
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 58 

iv


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Mối quan hệ về giá trị pH và đầu ra của điện cực ở 25

.................. 18

Bảng 2.2. Chức năng của các chân module pH .................................................. 21
Bảng 2.3. Chức năng của các chân atmega328p ................................................. 29
Bảng 2.4. Chức năng các chân LCD 16x2 .......................................................... 36
Bảng 2.5. Kết quả mối quan hệ giữa điện áp ra và giá trị pH ............................. 45
Bảng 3.1. Đánh giá quy trình .............................................................................. 50 
Bảng 3.2. Kết quả đo sử dụng hệ thống đã chế tạo ............................................. 51 
Bảng 3.3. Kết quả đo với dung dịch mẫu pH ...................................................... 52 
Bảng 3.4. Kết quả sai số dung dịch pH mẫu ....................................................... 53 

v


DANH MỤC HÌNH
Hinh 1.1. Quy mơ ni tảo trong phịng thí nghiệm ............................................. 6
Hình 1.2. Hồ ni tảo xoắn ở Hoa Kỳ .................................................................. 7
Hình 1.3. Hệ thống nhân giống tảo khép kín Photobioreactor của Trung tâm
Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học Vi tảo thuộc Học viện Nông
nghiệp Việt Nam ................................................................................................... 7
Hình 1.4. Máy đo, bút đo và hộp test .................................................................. 11
Hình 1.5. Đo oxy hịa tan trong nước bằng phương pháp Winkler .................... 13
Hình 1.6. Đo oxy hịa trong trong nước bằng máy đo DO ................................. 14
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của mạch ..................................................................... 16
Hình 2.2. Cảm biến đo pH analog ....................................................................... 17
Hình 2.3. Kích thước của module chuyển đổi giá trị pH .................................... 20
Hình 2.4. Sơ đồ chân module chuyển đổi giá trị pH ........................................... 21
Hình 2.5. Cảm biến đo Oxy hịa tan DO ............................................................. 22
Hình 2.6. Atmega328p ........................................................................................ 27
Hình 2.7. Sơ đồ chân của atmega 328p ............................................................... 28
Hình 2.8. IC B1205s 2W ..................................................................................... 31
Hình 2.9. Module Relay 12VDC 4 kênh cách ly ................................................ 32
Hình 2.10. Module Relay 12VDC 1 kênh cách ly .............................................. 33
Hình 2.11. Nguồn tổ ong 12VDC – 10A ............................................................ 34
Hình 2.12. Màn hình LCD 16x2 ......................................................................... 35
Hình 2.13. Module I2C ....................................................................................... 37
Hình 2.14. Van nước điện tử thường đóng ......................................................... 37
Hình 2.15. Bơm nhu động ................................................................................... 38
Hình 2.16. Dung dịch chuẩn pH 4.00, 7.00, 10.00 và nước cất .......................... 39
Hình 2.17. Giá đỡ của hệ thống .......................................................................... 40

Hình 2.18. Bình trích mẫu ................................................................................... 43
vi


Hình 2.19. Lưu đồ hệ thống ................................................................................ 42
Hình 2.20. Sơ đồ mạch điều khiển ...................................................................... 43
Hình 2.21. Sơ đồ mạch động lực ......................................................................... 43 
Hình 2.22. Đồng hồ số ........................................................................................ 44 
Hình 2.23. Đồ thị quan hệ điện áp ra và giá trị pH ............................................. 45 
Hình 3.1. Tổng quan mơ hình hệ thống đã chế tạo ............................................. 46 
Hình 3.2. Mặt trên của hệ thống có bình để mẫu ................................................ 47 
Hình 3.3. Mặt dưới có để hộp điều khiển và nguồn ............................................ 47 
Hình 3.4. Tổng qt mơ hình hệ thống sau hiệu chỉnh ....................................... 48 
Hình 3.5. Hình mặt trên của hệ thống sau hiệu chỉnh ......................................... 48 

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật,
công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trị
quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp, cung cấp
thơng tin ... Do đó là một sinh viên chun ngành Tự động hóa chúng ta phải biết
nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển
nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói
riêng. Bên cạnh đó cịn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà.
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam cùng với sự phát triển kinh tế xã hội là sự
thay đổi nhu cầu thực phẩm và sự gia tăng nhu cầu tiêu dùng vi tảo của con người.
Việc nuôi trồng quy mô lớn các loài vi tảo trên thế giới đã bắt đầu tại Nhật Bản
vào năm 1960. Đến nay, có nhiều lồi vi tảo đã được ni trồng với quy mơ cơng

nghiệp, trong đó điển hình nhất có thể kể tới các lồi vi tảo Spirulina platensis,
Chlorella, Dunalliella… Để ni trồng tảo ở quy mô công nghiệp, người nuôi
trồng sẽ phải hiểu rất rõ về các đặc điểm sinh lý, hóa sinh của từng loại tảo. Việc
nuôi trồng vi tảo ở quy mơ cơng nghiệp cũng địi hỏi đầu tư cơ sở hạ tầng và các
thiết bị kỹ thuật đặc biệt. Tuy nhiên, việc nuôi trồng vi tảo trong các hệ thống mở
yêu cầu một số tiêu chí nhất định về nồng độ muối, nhiệt độ, độ pH, oxi hòa tan
(DO)........
Từ tình hình thực tế, việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị đo độ pH, độ oxi hòa
tan

trong nước sẽ góp phần thúc đẩy q trình ni vi tảo ta theo hướng cơng

nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vì vậy em đã chọn ý tưởng nghiên cứu của mình là:
“Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số pH, DO trong môi
trường nuôi tảo ”.

1


1. Mục đích đề tài
Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số pH, DO ứng dụng trong
môi trường nuôi tảo.
Sử dụng các thiết bị điều khiển để thiết kế chế tạo thiết bị đo độ pH, DO.
Giám sát được nồng độ pH, DO trong bể nuôi vi tảo.
2. Đối tượng nghiên cứu
Độ pH, DO trong mơi trường ni tảo.
Tìm hiểu module cảm biến đo độ pH, module cảm biến đo độ oxi hồ
tan(DO).
Tìm hiểu về vi điều khiển ATMega8 và phần mềm viết chương trình AVR
Code Vision.

3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kế thừa: Kế thừa từ các cơng trình nghiên cứu khoa
học và sử dụng các phần mềm Autocad, Avr code vision...
Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí
về điện tử và truy cập internet.
Nghiên cứu các thiết bị để nghiên cứu, chế tạo thiết bị: Thiết bị điều khiển: Vi
điều khiển ATMega8.
4. Nội dung
Chương I. Tổng quan đề tài
Chương II. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương III. Kết quả và thảo luận
5. Giới hạn đề tài
Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số pH, DO ứng dụng trong
môi trường nuôi tảo.

2


CHƯƠNG I. TỔNG 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 những thực vật bậc thấp, theo một cách hiểu nào đó, được gọi là
thallophytes, cơ thể chưa có sự phân hóa thành thân, rễ, lá (những dấu hiệu của
thực vật bậc cao) nên được gọi chung là tản. Cơ thể chúng có chứa chlorophyll
(diệp lục tố) là sắc tố quang hợp, chúng có khả năng quang tự dưỡng, sử dụng
năng lượng mặt trời chuyển những chất vô cơ thành dạng đường đơn giản.
Tuy nhiên, định nghĩa này tỏ ra khơng hợp lý, do là có nhiều dạng thức sinh
vật tuy mang những đặc tính như định nghĩa nhưng có thể khơng phải là tảo, ví
dụ như cyanobacteria mà ta gọi là vi khuẩn lam hay tảo lam thì về mặt tiến hóa
lại gần vi khuẩn prokaryote (sinh vật đơn bào) hơn là tảo.

Do đó, cho đến nay một định nghĩa rõ ràng về tảo vẫn còn trong vòng tranh
cãi. Khi mà nhiều phương tiện kỹ thuật khoa học hiện đại xuất hiện ngày càng
nhiều đã cho phép các nhà nghiên cứu có cơ hội đi sâu hơn về các đặc tính sinh
lý, sinh hóa, di truyền… của tảo để nghiên cứu chúng, từ đó cho biết rằng còn rất
rất nhiều thú vị về tảo mà chúng ta chưa hiểu hết.
Tảo có cấu trúc rất đa dạng: đơn bào, tập đồn hay đa bào.
 Tình hình ni tảo trên thế giới
Nhà tảo học người Pháp P.Dangeard đã đề cập đến một loại bánh có tên là
Dihe vào năm 1940, một loại bánh mà bộ tộc Kanembu ở gần hồ Chad, Châu
Phi thường ăn. Các nhà khoa học trên thế giới đã coi tảo là sinh vật có ích cho
loài người. Năm 1964-1965, nhà thực vật học Jean Leonard đã xác định được
bánh Dihe được cấu tạo từ tảo. Ơng và đồng nghiệp của mình đã tiến hành phân
tích thành phần hóa học của tảo từ những quan sát của P.Dangeard.
Năm 1968 ở Nhật, Hiroshi Nakamura cùng Christopher Hill thuộc Liên đoàn
Spirulina platensis quốc tế cùng một số nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu tảo.
3


Hiện nay, trong các đề tài nghiên cứu chống HIV/AIDS của Nhật, có đề tài sử
dụng tảo. Sản lượng tảo hiện nay trên thế giới khoảng 1000 tấn khô/năm.
Năm 1995 tại Ấn Độ một nghiên cứu đã chứng tỏ với liều 1gam/ngày tảo, có
tác dụng trị ung thư ở những bệnh nhân ung thư do thói quen nhai trầu thuốc.
Nhiều nghiên cứu cho biết sinh khối tảo có thành phần calcium spirulan, là
chất có tác dụng ức chế sự sinh trưởng nhiều loại virus, kể cả HIV. Sinh khối
này còn làm hạ lượng chứa cholesterrol trong máu. Thành phần phycocyanin có
tác dụng oxy hóa nên làm ức chế độc tố gan hepatotoxin. Tảo có tác dụng nâng
cao tính miễn dịch, nâng cao sức đề kháng của cơ thể.
Nghiên cứu của R.Kozlenko và cộng sự đã chứng minh tảo có tác dụng ngăn
cản sự xâm nhập của virus qua màng tế bào. Các nghiên cứu của nhiều nhà khoa
học đã chứng minh khả năng ức chế ung thư của sinh khối hay dịch chiết của tảo

(M.Babuetal, 1995; L.Lisheng et al 1991; Pang Qishenet al, 1998). Tảo có tác
dụng kích thích sự tăng nhanh các tế bào hồng cầu bạch cầu và nâng cao khả
năng miễn dịch của cơ thể (M.A.Qureshi et al 1995, 1996). Tác dụng phổ biến
của việc sử dụng thường xuyên các viên nén tảo là giảm khả năng ung thư, nâng
cao tính miễn dịch, ức chế virus, chống lão hóa và làm giảm nếp nhăn, làm giảm
cholesterrol máu, hạn chế các tai biến về tim mạch…
E.D.G Danesi và cộng sự trường đại học Sao Paulo–Brazil đã nghiên cứu
ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến quá trình tăng hàm lượng chất diệp lục
của tảo vào năm 2004.
Cùng năm 2004, Luis D.Sán-Lunahez và cộng sự trường đại học Sao
PauloBrazil đã nghiên cứu nhịp cấp liệu urea như là nguồn nitơ trong nuôi cấy không
liên tục tảo, với liều lượng cấp liệu urea thích hợp khơng gây ức chế sự hình thành
sinh khối nhằm mục đích giảm chi phí trong nuôi cấy qui mô công nghiệp.
Jorge Alberto Vieira Costa và cộng sự Trường Đại học Foundation of Rio
Grande–Brazil đã nghiên cứu cải tiến sản lượng sinh khối tảo sử dụng trong nuôi
cấy không liên tục vào năm 2004.
4


Tại Nhà máy Điện hạt nhân Chernobul cơng trình nghiên cứu phịng chống
ung thư gây ra bởi tia phóng xạ hạt nhân cho các nạn nhân của sự cố đã thu được
kết quả rất tốt khi điều trị bằng tảo nguyên chất. Khi uống tảo, lượng chất phóng
xạ đã được đào thải khỏi đường tiểu của người bị nhiễm xạ rất cao. Năm 1998
kết quả này đã được biểu dương tại hội nghị quốc tế về tảo ở cộng hòa Czech.
 Tình hình ni tảo tại Việt Nam
Ở nước ta, tại Viện sinh vật (Viện khoa học Việt Nam) tảo được di thực
nhập giống lưu giữ từ Viện Pasteur Paris, Cộng Hoà Pháp, về nghiên cứu từ năm
1972. Đề tài này, ở mức độ phịng thí nghiệm, đã cho một kết quả tiên lượng tốt
về khả năng nuôi trồng tảo này ở nước ta theo mơ hình ngồi trời, khơng mái
che, có sục khí carbonic (CO2).

Việc thử nghiệm ni trồng tảo đã được tiến hành vào năm 1976 trong thời
gian 4,5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan.
Từ những năm 1977, tảo được nghiên cứu với đề tài cấp nhà nước do Viện
Sinh Học Cơng Nghệ quốc gia chủ trì và sau đó được ứng dụng ni ở vùng suối
khống Vĩnh Hảo - Bình Thuận.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, trong lĩnh vực y học, nhiều đề tài ứng dụng sử
dụng sinh khối tảo trong việc sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng. Điển hình
có bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng và cộng sự thực hiện đề tài "Nghiên cứu 8 sản
xuất và sử dụng thức ăn có tảo trong dinh dưỡng điều trị" và đề tài “Nghiên cứu
sản xuất pilot sinh khối tảo giàu selen, bào chế thuốc mới và tác dụng dược lý lâm
sàng của chế phẩm” do Đại Học Y Dược TP. HCM chủ trì và ThS. DS. Lê Văn
Lăng là chủ nhiệm đề tài mở ra một hướng đầy triển vọng trong việc ứng dụng tảo
vào việc tăng cường chất dinh dưỡng cho bệnh nhân và hỗ trợ điều trị bệnh.
Còn nhiều nghiên cứu sử dụng nguồn dinh dưỡng khác để nuôi tảo như nước
thải ươm tơ tằm tại Đan Hoài (Hà Tây), Bảo Lộc (Lâm Đồng), nước suối
khống Đắc Mil (Đắc Nơng) do nhóm tác giả do cố giáo sư Nguyễn Hữu Thước
(Ủy ban khoa học kỹ thuật nhà nước) và các cộng sự Trần Văn Tựa, Phan
5


Phương Lan, Đặng Đình Kim (Viện sinh vật). Với đề tài cấp nhà nước (Mã số
48.01.02.03) tổng kết tháng 4 năm 1986, đã đánh dấu bước tiến bộ đưa kết quả
nghiên cứu từ phịng thí nghiệm ra ứng dụng thực tế, hứa hẹn nhiều triển vọng
của vi khuẩn lam tảo quý này ở nước ta.
Từ những nghiên cứu ở trên cho thấy các nhà khoa học rất quan tâm đến tảo
trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau: công nghệ thực phẩm, dược phẩm,
mỹ phẩm, xử lý môi trường và chăn ni.
1.1.2. Một số hình ảnh ni tảo quy mơ lớn
Hiện tại nhu cầu nuôi tảo đã rất phổ biến nhưng điều kiện và khơng gian cịn
hạn chế nên có những mơ hình ni tảo thử nghiệm trong phịng thí nghiệm.

Việc làm này nhằm mục đích sàn lọc giống và quy trình ni để có thể làm bước
đà phát triển rộng rãi quy mô lớn hơn.

Hinh 1.1. Quy mô nuôi tảo trong phịng thí nghiệm
 Cơng nghệ ni tảo xoắn (Spirulina platensis)
Đây là một loại vi sinh vật sống trong nước mà người ta quen gọi là tảo xoắn
với tên khoa học là Spirulina platensis. Vấn đề quan trọng là sinh khối của
chúng rất giàu dinh dưỡng và có nhiều tác dụng chữa bệnh nên đã được nuôi
trồng ở công nghiệp và được sản xuất dưới dạng viên để phòng chống nhiều
6


bệnh tật. Nhân dân nhiều vùng ở Mexico và châu Phi từ lâu đã quen sử dụng
Spirulina làm thức ăn bổ sung.

Hình 1.2. Hồ ni tảo xoắn ở Hoa Kỳ

Hình 1.3. Hệ thống nhân giống tảo khép kín Photobioreactor của Trung tâm
Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học Vi tảo thuộc Học viện Nông
nghiệp Việt Nam
7


1.1.3. Vai trò của tảo
Tăng oxy hòa tan, giảm độc tố trong nước.
Nguồn thức ăn tự nhiên cũng như nhân tạo trong nuôi trồng thủy, hải sản.
Che mát hạn chế ăn thịt lẫn nhau của các sinh vật dưới nước.
Làm tăng và ổn định nhiệt độ nước.
Làm giảm một số vi khuẩn gây bệnh bởi sự cạnh tranh các chất dinh dưỡng
có sẵn trong nước.

Chỉ thị mơi trường: Kiểm tra biến động thành phần loài và số lượng tảo định
kỳ có thể dự đốn được tình trạng hiện tại và diễn biến tiếp theo của nước.
1.2. Tìm hiểu phương pháp kỹ thuật đo giám sát thông số theo dõi môi
trường nuôi giống thủy sản
1.2.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến ni thủy sản
 Hàm lượng oxy hịa tan (DO)
Oxy là yếu tố giới hạn đối với sự phát triển của tơm nhưng nó cũng là yếu tố
thường xun thay đổi. Các nghiên cứu cho thấy thủy sản có thể sinh sống bình
thường ở nồng độ oxy hịa tan lớn hơn 4mg/l. Khi hàm lượng DO dao động
2-3mg/l tôm lớn chậm và nhỏ hơn 2mg/l bắt đầu thủy sản có hiện tượng ngạt và
chết.
 Độ pH, độ kiềm
Độ pH là yếu tố thường xuyên thay đổi theo thời gian trong ngày. Độ pH đạt
giá trị trong khoảng 6,5 – 8,8 an toàn cho sự phát triển của thủy sản nhưng giá
trị tối ưu là 7,5 – 8,5. Độ pH rất quan trọng bởi vì sự thay đổi của nó ảnh hưởng
gián tiếp đến đời sống thủy sinh vật do nó làm thay đổi các yếu tố chất lượng
nước khác. Độ pH thấp sẽ làm giải phóng các kim loại từ đá và các chất lắng
đáy trong sông, suối, ao, hồ. Các kim loại này làm ảnh hưởng đến quá trình trao
đổi chất của thủy sản.
Tổng kiềm biểu hiện khả năng đệm của nước hạn chế sự biến đổi quá lớn
của pH. Đối với nước nuôi thủy sản giá trị tổng kiềm được xác định lớn hơn
8


100mg CaCO3/l sẽ đảm bảo mơi trường nước ít biến đổi lớn trong ngày. Độ
kiềm thích hợp cho thủy sản phát triển là từ 90-150 mgCaCO3/l.
 Hàm lượng ammonia
NH3 là dạng khí độc cho thủy sản, được hình thành từ quá trình phân hủy
các hợp chất hữu cơ như thức ăn dư thừa, phân bón, xác phiêu sinh động thực
vật, chất bài tiết của tảo… tăng lên trong ao nuôi ngày càng cao vào cuối vụ tạo

điều kiện cho khí độc hình thành và phát sinh.
 Nhiệt độ nước
Nhiệt độ thích hợp để thủy sản sinh trưởng và phát triển tốt nhất nằm trong
khoảng 25 - 300C. Ngoài phạm vi trên nhiệt độ sẽ ảnh hưởng xấu đến đời sống của
thủy sản. Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao đều có thể làm cho thủy sản bị chết.
Nhiệt độ nước ao ni thường phụ thuộc vào nhiệt độ khơng khí, nhưng mức
độ biến thiên chậm hơn nhiệt độ khơng khí. Càng xuống sâu nhiệt độ càng ổn
định hơn. Bởi vậy về mùa lạnh, nước ở tầng đáy các ao nuôi ấm hơn ở tầng mặt
và ngược lại về mùa nóng nước ở tầng đáy mát hơn ở tầng mặt.
Do đó ở các ao nuôi thủy sản, để hạn chế ảnh hưởng xấu của nhiệt độ nước
đến thủy sản người ta thường sử dụng ao đảm bảo độ sâu mực nước đạt từ 1,5m
trở lên để nuôi thủy sản.
 Hàm lượng khí cacbonic (CO2)
Nguồn CO2 được tạo ra trong nước ao ni là do sự hồ tan CO2 từ trong
khơng khí vào nước bởi sóng gió và do q trình hơ hấp của sinh vật ở trong
nước tạo ra. Ngoài ra CO2 cịn do q trình phân giải chất hữu cơ trong nước tạo
ra. Khí CO2 có hại cho sự hơ hấp của thủy sản. Hàm lượng CO2 trong nước cao
sẽ làm cho thủy sản ngạt thở.
 Hàm lượng khí Sunfuahydro (H2S)
Khí H2S là một khí rất độc cho thủy sản. Trong ao ni thủy sản thâm canh
H2S có thể có mặt trong trầm tích kỵ khí, H2S là chất độc cấp tính và nhanh

9


chóng dẫn đến tử vong cho thủy sản. Khí H2S là chất dễ bay hơi cho nên trong
ao nuôi chúng ta dễ dàng loại trừ ra bằng sử dụng máy sục khí và các hệ thống
máy quạt nước.
H2S là chất khí, mùi trứng thối, rất độc, hịa tan rất nhiều trong nước, khi tan
thể hiện tính axit yếu. H2S tác động lên cơ thể động vật trước hết chiếm đoạt

oxy trong máu làm con vật chết ngạt, đồng thời tác động lên hệ thần kinh làm
con vật bị tê liệt. Ở Việt Nam, nghiên cứu về ảnh hưởng của H2S tới đời sống
của thủy sản nuôi trong ao đầm chưa nhiều nhưng nhìn chung, các tác giả đều
cho thấy với hàm lượng 0,1-0,2mg/l thủy sản mất thăng bằng, ở hàm lượng
1mg/l thủy sản chết.
Khí H2S được tạo ra bởi quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa lưu
huỳnh lắng đọng dưới đáy ao, hồ.
Những ao nuôi thủy sản có lớp bùn đen dày nếu khơng được xử lý cải tạo kỹ
trước khi thả thủy sản, trong quá trình ni, nhất là vào những ngày thời tiết
thay đổi có thể thủy sản bị chết do hàm lượng khí H2S quá cao.
Do vậy để hạn chế ảnh hưởng của khí H2S đối với thủy sản, những ao ni
lâu ngày có lớp bùn đen dày thì cần phải nạo vét hoặc phơi đáy, cải tạo kỹ càng.
Đồng thời trong quá trình nuôi cần phải quản lý kỹ lượng thức ăn cho thủy sản
ăn tránh để dư thừa thức ăn, tăng cường sử dụng máy tạo oxy.
1.2.2. Phương pháp kỹ thuật đo giám sát pH trong ao nuôi
Độ pH là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng nước ao nuôi. Độ pH bao
gồm ion H+ (axít) và OH- (kiềm), khoảng đo có giá trị 0 - 14, tùy giá trị pH mà
nước được gọi là trung tính, axít hay kiềm.
Các thiết bị dùng đo pH bao gồm máy đo, bút đo và hộp test. Để đo pH
chính xác người ni cần tuân thủ đúng các hướng dẫn sử dụng.

10


Hình 1.4. Máy đo, bút đo và hộp test
Máy đo pH: Dùng cốc sạch chứa nước cần đo. Sau khi hiệu chỉnh, nối máy với
đầu đo, kiểm tra pin: bật công tắc về on. Mở nút lọ bảo quản, lấy đầu đo ra đưa vào
cốc nước cần đo, tránh ngập. Giữ yên máy, chờ 1 - 2 phút để số trên màn hình ổn
định rồi đọc kết quả. Rửa đầu đo bằng nước cất hoặc thấm khô trước khi đo tiếp.
Bút đo pH: Lắc nhẹ bút, mở nắp điện cực, bật nguồn (on/off), nhúng đầu điện

cực bút vào nước cần đo không quá vạch quy định, lắc nhẹ để bọt khí khơng bám
trên đầu điện cực, đọc giá trị pH khi giá trị ổn định trên màn hình. Đo xong nhấn
on/off để tắt máy. Rửa đầu điện cực ngay sau khi đo.
Hộp test pH: Rửa sạch lọ mẫu, cho vào 5 ml nước cần đo. Lắc đều lọ thuốc
thử, nhỏ 4 giọt thuốc thử vào lọ chứa mẫu nước, đóng nắp, lắc nhẹ rồi so sánh với
bảng so màu và xem giá trị pH tương ứng. Rửa sạch dụng cụ và đóng nắp lọ thuốc
thử sau khi sử dụng.
1.2.3. Phương pháp kỹ thuật đo giám sát Oxy hòa tan(DO) trong ao ni
Oxy hịa tan trong nước (Dessolved Oxygen) thể hiện lượng oxy có mặt
trong nước và đây là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng và thường xuyên
11


được theo dõi để đánh giá chất lượng nguồn nước. Đơn vị tính của DO là mg/l.
Oxy trong nước là yếu tố rất cần thiết cho sự hô hấp, trao đổi khí của các
sinh vật thủy sinh, các sinh vật sống trong nước. Nó đảm bảo cho sự sống, duy
trì quá trình sinh trưởng và phát triển của các sinh vật này. Ngoài ra, lượng DO
thấp cũng thể hiện phần nào mức độ ô nhiễm gây ra bởi các chất hữu cơ của
nước.
Người ta cần xác định lượng DO để kiểm sốt chất lượng nước, có phương
án điều chỉnh, xử lý kịp thời để đảm bảo chất lượng nước, chất lượng môi
trường sống cho các sinh vật trong nước. Đây là một việc rất cần thiết và cần
được thực hiện thường xuyên.
Các nguồn nước thường xuyên cần đo DO: nước trong ao hồ nuôi trồng thủy
sản, nước trong bể cá, bể thủy sinh...
Để đo lượng oxy hòa tan trong nước, người ta có thể sử dụng các phương
pháp sau đây:
 Phương pháp Winkler
Winkler là phương pháp sử dụng một số các chất hóa học và dựa vào các
phản ứng hóa học của chúng với mẫu nước để xác định được lượng oxy trong

mẫu.
Ban đầu, khi thực hiện lấy mẫu, người ta sẽ cố định lượng oxy trong nước
bằng cách sử dụng hỗn hợp chất cố định là MnSO4, KI, NaN3. Sau đó, đem về
phịng thí nghiệm và thêm Axit Sunfuric (H2SO4) hoặc Axit Photphoric
(H3PO4) vào mẫu rồi đo phản ứng và tính lượng oxy hịa tan có trong mẫu theo
một công thức xác định.

12


Hình 1.5. Đo oxy hịa tan trong nước bằng phương pháp Winkler
Phương pháp này yêu cầu sự tỉ mỉ, tính cẩn thận cao và sẽ tốn thời gian của
bạn hơn bởi có nhiều thao tác, cơng đoạn cũng như bạn khó có thể thực hiện đo
ngay tại hiện trường và dễ xảy ra sai số nếu tính tốn khơng chuẩn.
Khi thực hiện phương pháp này, trong lúc thao tác với hóa chất, bạn cần phải
hết sức lưu ý để tránh hóa chất phản ứng ngồi tầm kiểm sốt gây ra sự cố, ảnh
hưởng đến sự an toàn của bản thân.
 Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan
Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan được sử dụng ngày càng phổ biến bởi
sự tiện dụng cũng như độ chính xác mà thiết bị mang lại.
Điện cực gồm 2 phần:
Phần trên gồm cực dương, cực âm và dây cáp.
Phần dưới của điện cực bao gồm nắp màng, màng, dung dịch hiệu chuẩn.
Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan hoạt động dựa trên nguyên lý khi oxy
khuyếch tán qua màng vào cực âm sẽ tạo ra dòng điện chạy qua cáp, dòng điện
này tỉ lệ với oxy đi qua màng và lớp điện phân. Chính vì thế, bạn có thể đo áp
suất riêng của oxy trong mẫu tại 1 nhiệt độ xác định. Ưu điểm của phương pháp
13

này là điện cực sử dụng ít oxy để đo nên có độ chính xác cao.
Tùy thuộc vào độ sâu của mẫu đo, bạn lựa chọn điện cực có độ sâu: 1m, 3m
hoặc 5m sao cho phù hợp.
 Sử dụng máy đo oxy hịa tan DO

Hình 1.6. Đo oxy hịa trong trong nước bằng máy đo DO
Đây là phương pháp đơn giản, dễ làm và rất phổ biến hiện nay. Các máy đo
DO trả về kết quả trong thời gian rất ngắn, và độ chính xác cao. Bạn chỉ cần
thực hiện các thao tác điều khiển rất nhanh chóng với máy là có thể có kết quả.
Sử dụng máy đo DO là phương pháp được đánh giá về hiệu quả, sự tiện lợi
cao hơn cả bởi chúng rất linh động, cho phép người dùng có thể thực hiện các
phép đo DO ngay tại hiện trường mà không cần set-up, thao tác phức tạp và sử
dụng các loại hóa chất nguy hiểm.
Các máy đo DO là một dạng máy kiểm tra nước sạch. Loại thiết bị này sử
dụng một điện cực đo dòng điện trong mẫu và ứng dụng nguyên tắc: tỉ lệ giữa
dòng điện đo được và lượng oxy hòa tan trong nước để xác định được lượng oxy
hòa tan trong mẫu.

14


1.2.4. Các phương pháp giám sát ni giống tảo
Theo tình hình nghiên cứu ni giống tảo của thế giới và trong nước: Hình
thức ni tảo được áp dụng thực tế giống với nuôi thủy sản từ trước tới nay.
 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát pH trong nuôi giống tảo
Các thiết bị dùng để đo pH bao gồm máy đo, bút đo và hộp test
 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát Oxy hịa tan trong ni giống tảo
Phương pháp Winkler
Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan
Sử dụng máy đo oxy hòa tan DO

1.3. Tổng kết chương I
Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật đo, giám
sát thông số theo dõi môi trường ni giống tảo thì hiện tại các phương pháp đó
q thủ công và kết nối mạng. Việc kết nối mạng giúp nhằm mục đích thống kê
số liệu mỗi lần đo để có thể tiện giám sát và điều chỉnh mơi trường ni giống
tảo một cách dễ dàng hơn. Do đó dẫn đến em chọn thiết kế, chế tạo hệ thống lấy
mẫu và đo các thông số pH, DO trong hệ thống nuôi tảo.

15


CHƯƠNG II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Tổng quan hệ thống

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của mạch
Nguyên lý hoạt động:
Ban đầu các van V1 V2 đóng, bơm P1 P2 tắt
Van V1 mở rửa nước bảo quản đầu đo trong thời gian t1, van V1 đóng
Van V2 mở rửa nước bảo quản đầu đo trong thời gian t2, van V2 đóng
Bơm P1 chạy, bơm mẫu từ bể ni vào trong bình đo trong thời gian t3
Hệ thống thực hiện quá trình đo pH, DO trong thời gian t4
Sau quá trình đo kết quả gửi về bộ điều khiển chính qua uart
Khi q trình truyền dữ liệu kết thúc
Van V1 mở xả dung dịch mẫu trong bình đo, thời gian t5 rồi đóng lại
Van V2 mở xả dung dịch mẫu trong bình đo, thời gian t6 rồi đóng lại
Bơm P2 bơm nước sạch vào để rửa đầu đo trong thời gian t7, dừng
Hệ thống chuẩn bị cho chu kỳ đó.

16

2.2. Thiết bị phần cứng
2.2.1. Module cảm biến pH

Hình 2.2. Cảm biến đo pH analog
Module cảm biến pH bao gồm cảm biến pH cũng được gọi là đầu dò pH và
bảng điều khiển tín hiệu cho phép đầu ra tỷ lệ với giá trị pH và có thể giao tiếp
trực tiếp với bất kỳ bộ điều khiển nào.
Nó có một đèn LED hoạt động như chỉ báo nguồn, đầu nối BNC và giao
diện cảm biến pH2.0. Để sử dụng nó, chỉ cần kết nối cảm biến pH với đầu nối
BNC và cắm giao diện pH2.0 vào cổng đầu vào tương tự của bất kỳ bộ điều
khiển Arduino nào. Nếu được lập trình trước, sẽ dễ dàng nhận được giá trị pH.
Đi kèm trong hộp nhựa nhỏ gọn với bọt để lưu trữ di động tốt hơn. Chú ý: để
đảm bảo độ chính xác của đầu dị pH, cần sử dụng dung dịch chuẩn để hiệu
chỉnh nó thường xuyên. Nói chung, khoảng thời gian này là khoảng nửa năm.
Nếu đo dung dịch nước bẩn, cần tăng tần suất hiệu chuẩn.
 Ứng dụng
Kiểm tra chất lượng nước
Nuôi trồng thủy sản
 Đặc điểm kỹ thuật
Công suất module: 5.00V
17