22477

بررسي جذب دي اكسيد كربن توسط ميكروجلبك در يك فتوبيوراكتور بيوفيلمي جديد

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1398/11/26

دكتر حامد عابديني

دكتر فهيمه نعيم پور

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در سال هاي اخير، استفاده از ميكروجلبك به عنوان يك منبع انرژي تجديدپذير به جاي سوختهاي فسيلي بيش از پيش مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. علاوه بر اين، ميكروجلبك مي تواند به عنوان يك فناوري زيست محيطي موثر براي كاهش گازهاي گلخانه اي مورد استفاده قرار گيرد. با وجود اين مزايا، به علت هزينه هاي فرايندي بالا، توليد انبوه ميكروجلبك در حال حاضر مقرون به صرفه نيست. كشت ميكروجلبك به صورت بيوفيلم، يك روش نوين است كه مي تواند راه حلي براي كاهش هزينه هاي فرايندي باشد. در صورت طراحي مناسب، اين روش مي تواند علاوه بر كاهش محيط كشت مصرفي، هزينه هاي آبگيري را نسبت به كشت معلق به شدت كاهش دهد. هدف از انجام اين پروژه، كشت ميكروجلبك كلرولا ولگاريس در يك فتوبيوراكتور بيوفيلمي جديد و بررسي نرخ تثبيت دي اكسيد كربن در اين سيستم مي باشد. در اين فتوبيوراكتور، از يك غشاي سراميكي با اندازه حفره هاي كمتر از 0.7 ميكرون به عنوان بستر كشت استفاده شده و از يك پمپ پريستالتيك براي انتقال پيوسته محيط كشت BG-11 به سطح غشا استفاده گرديد. از سيستم فوق براي جذب دي اكسيد كربن در هوا در غلظت هاي مختلف استفاده گرديد. دي اكسيد كربن از طريق يك كپسول دي اكسيد كربن تامين شده و با نسبت هاي مختلف با هوا تركيب و به فتوبيوراكتور تزريق گرديد. شدت جريان هواي حاوي دي اكسيد كربن توسط يك روتامتر بر روي 50 ميلي ليتر بر دقيقه تنظيم گرديد. ميزان دي اكسيد كربن جذب شده از طريق اندازه گيري غلظت دي اكسيد كربن در هواي ورودي و خروجي به فتوبيوراكتور از طريق يك سنسور مادون قرمز محاسبه شد. بر اساس نتايج آزمايشگاهي بدست آمده سرعت رشد بيوفيلم در حالت عدم استفاده از سديم بي كربنات در محيط كشت بسيار پايين بود. در ادامه سديم بي كربنات با غلظت 5 ميلي مولار در محيط كشت اضافه شد و جذب دي اكسيد كربن در سه غلظت مختلف CO2 در هواي ورودي (5/1%-5/2%-5/3%) بررسي گرديد. بر اساس نتايج بدست آمده بهره وري زيست توده در اين سه غلظت به ترتيب 773/3-045/4-118/4 گرم بر متر مربع بر روز و نرخ تثبيت دي اكسيد كربن به ترتيب 78/6-85/7-13/8 گرم بر متر مربع بر روز بود. بر اين اساس، با افزايش غلظت دي اكسيد كربن از 5/1% تا 5/2% بهره وري زيست توده و نرخ تثبيت دي اكسيد كربن افزايش چشمگيري داشت. ولي افزايش بيشتر غلظت دي اكسيد كربن در هواي ورودي تاثير قابل توجهي در بهبود نتايج نداشت.

1399/07/21

Study of carbon dioxide fixation of microalgae in a novel biofilm photobioreactor

10/12/2020 12:00:00 AM

In recent years, the use of microalgae as a renewable energy source to be substitute with fossil fuels has become increasingly popular. In addition, microalgae can be used as an effective environmental technology to reduce greenhouse gases. Despite these benefits, industrial production of microalgae is currently not cost-effective due to high process costs. Biofilm cultivation of microalgae is a novel method that can be a solution to reduce process costs. If properly designed, this method can reduce consumption of culture medium, also reduce the cost of dewatering compared to suspended cultivation. The aim of this project is to cultivate Chlorella vulgaris microalgae in a new biofilm photobioreactor and study the rate of carbon dioxide fixation in the system. In this photobioreactor, a ceramic membrane with pore size of 0.7 microns was used as the substrate and a peristaltic pump was used to continuously transfer the BG-11 culture medium to the membrane surface. The above system was used to capture carbon dioxide in the air at different concentrations. Carbon dioxide was supplied through a carbon dioxide tank and mixed with air in different proportions and injected into a photobioreactor. The air flow rate was adjusted by a rotameter at 50 ml per minute. The amount of carbon dioxide absorbed was determined by measuring the concentration of carbon dioxide in the inlet and outlet air to the photobioreactor via an infrared sensor. According to the experimental results, the growth rate of biofilm was very low in the absence of sodium bicarbonate in the culture medium. Sodium bicarbonate with a concentration of 5 mM was added to the culture medium and the absorption of carbon dioxide in three different concentrations of CO2 in the inlet air (1.5% -2.5% -3.5%) was investigated. Based on the results, the biomass productivity in these three concentrations was 3.773, 4.045 and 4.118 g/m2/day, respectively and the carbon dioxide stabilization rate was 6.78, 7.85, 8.13 g/m2/day, respectively. Accordingly, by increasing carbon dioxide concentration from 1.5% to 2.5% biomass productivity and the carbon dioxide stabilization rate increased dramatically. However, further increase in the concentration of carbon dioxid did not significantly improved the results.