22643

مطالعه تجربي كشت ميكروجلبك در يك فتوبيوراكتور بيوفيلمي

كارشناسي ارشد

بيوتكنولوژي

1399/3/12

دكتر حامد عابديني - دكتر سلمان موحدي راد

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در سال¬هاي اخير استفاده از ميكروجلبك به عنوان يك منبع انرژي تجديدپذير جهت جايگزيني سوخت¬هاي فسيلي بيش از پيش مورد توجه محققين قرار گرفته است. با اين وجود، به دليل هزينه¬هاي فرايندي زياد، توليد انبوه ميكروجلبك در حال حاضر صرفه اقتصادي ندارد. كشت ميكروجلبك به صورت بيوفيلم چسبيده به سطح، يك روش جديد است كه مي¬تواند راه حلي موثر براي كاهش هزينه¬هاي كشت ميكروجلبك باشد. در اين تحقيق فتوبيوراكتور بيوفيلمي جديدي ساخته شد كه قابليت كشت بيوفيلم به صورت غوطه¬ور در محيط كشت و همينطور به صورت بستر متخلخل يا PSBR را دارا است و از يك غشا سراميكي ، به عنوان بستر كشت استفاده شد. از گونه كلرلا ولگاريس در محيط كشت BG-11 در انجام تست¬هاي تجربي بررسي عملكرد اين فتوبيوراكتور استفاده گرديد. در كشت مداوم و متناوب غوطه¬ور، فتوبيوراكتور عملكرد مناسبي نداشت ولي در كشت به صورت بستر متخلخل ميكروجلبك¬ها قادر به رشد مناسب بر روي بستر بودند. همچنين بيوفيلم به آساني از سطح بستر سراميكي با استفاده از يك كاردك برداشت شد و فيلتر سراميكي قادر به استفاده مجدد براي مدت زمان طولاني و نيز بازكشت مجدد بيوفيلم بود. بر اساس نتايج تجربي، پارامترهاي بهينه براي شدت نور Lux 17000 و زمان برداشت 7 روز به دست آمد و مشاهده شد ميزان هوادهي تاثير زيادي بر سرعت رشد بيوفيلم ندارد. شدت جريان بهينه محيط كشت mL/day 14 بدست آمد كه علاوه بر كاهش چشمگير مصرف محيط كشت، باعث رشد سريع¬تر و جلوگيري از شسته شدن و خارج شدن سلول¬ها ¬گرديد. همچنين در اين تحقيق، از يك روش جديد بر مبناي استفاده از عكس¬هاي ديجيتالي از سطح بيوفيلم براي تعيين وزن خشك استفاده شد. بررسي نتايج بدست آمده از عكس¬هاي ديجيتالي با نتايج تجربي نشان دهنده دقت اين روش در تخمين وزن خشك زيست توده بود. همچنين ضخامت بيوفيلم تشكيل شده در كشت بستر متخلخل در بازه µm 73/13_328/51 بود. رطوبت بيوفيلم توليدي 7/224±79/823 درصد بود كه نشان دهنده مصرف انرژي و هزينه¬هاي آب¬گيري پايين در اين روش كشت است. همچنين آب-گيري بيشتر زيست¬توده با اعمال خلاء bar 0/6 به بستر سراميكي توانست ميزان رطوبت بيوفيلم برداشتي را بيش از 20 درصد كاهش دهد. مقايسه نتايج بدست آمده در اين تحقيق با ساير سيستم¬هاي كشت بيوفيلمي نشان دهنده عملكرد مناسب سيستم طراحي شده مي¬باشد.

1399/08/25

Experimental Study of Microalgae Culture in a Biofilm Photobioreactor

11/15/2020 12:00:00 AM

In recent years, microalgae, considered as one of the promising renewable energy sources to substitute fossil fuels, which has been considered by many researchers. However, due to high processing costs, mass production of microalgae is not currently affordable. Microalgae cultivation as a surface attached biofilm is a novel method that can be an effective solution to reduce cultivation costs. In this study, a novel biofilm photobioreactor was made that can grow the biofilm in two ways: submerged in cultivation medium and also porous substrate or PSBR. A ceramic filter, was used as the cultivation substrate. Chlorella vulgaris in BG-11 medium was used for experimental evaluation of the photobioreactor. In continuous and intermittent submerged culture, photobioreactor did not perform well, but in cultivation in the form of porous substrate, microalgae were able to grow well on the substrate. The biofilm was also simply harvested through scraping from the surface of the ceramic substrate by using a spatula and the ceramic filter can be reused for a long time and for reculture. Based on the experimental results, optimum parameters were obtained for 17000 lux light intensity, 7 days harvest time and 14 mL/day medium flow rate. It was found that the aeration rate did not have a significant effect on the biofilm growth rate. Also, in this study, a new method based on the use of digital photographs of the biofilm surface was used to determine the dry weight. Comparison of the results obtained from digital photographs with experimental data, confirms the accuracy of this method in estimating the dry weight. The thickness of biofilm formed in the culture of the porous substrate was in the range of 73.13-328.51 µm. The moisture content of the produced biofilm was 79.823±7.244 which shows significant reduction in energy consumption and dewatering costs. Furthermore, experimental results showed that applying 0.6 bar vacuum to the ceramic substrate can reduce the moisture content of the harvested biofilm by more than 20%. Comparing the results obtained in this study with other biofilm photobioreactors demonstrates the proper performance of the designed photobioreactor.