طراحی فتوبیوراکتور جدید مهندسی جهت بهینه سازی مقدار بیومس تولیدی در ریزجلبک اسپیرولینا

خواص ویژه و کاربری های گوناگون گونۀ ریزجلبکی اسپیرولینا به تمرکز روزافزون حوزه های مختلف بیوتکنولوژی به کشت تجاری این گونه و روش های کاهش هزینۀ آن منجر شده است، اما کشت باز، که در اغلب کشت های تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، مشکلات و نواقصی نظیر خطر آلودگی، نفوذ نکردن نور به عمق، اختلاط ناکارآمد و پایین بودن بهره وری دارد. در این پژوهش با طراحی و ساخت یک فتوبیوراکتور جدید و بهره گیری از ناحیۀ کنترلی، سیستم آسانسوری جایگزین پمپاژ (برای کاهش آسیب به سلول های شکننده) و ملاحظات ساختاری بافل ها و هوادهی (برای اختلاط بهتر)، اقداماتی در جهت رفع مشکلات مذبور انجام شد و تاثیر سه فاکتور حجم ناحیۀ کنترلی (%)، سیکل اختلاط (hr) و شدت تابش (lux) بر خواص کمی وزن خشک (g/l) و میزان رشد مخصوص (day1) ریزجلبک اسپیرولینا با روش پاسخ سطحطراحی مرکزی بررسی شد. بیشترین میزان وزن خشک بیومس (g/l 0/915) در بیشترین سیکل اختلاط (12 ساعت)، حجم کنترلی 30درصد و شدت تابش 7000 لوکس ایجاد شد. و میزان بهینه تابش برای دست یابی به بیشترین بیومس برابر 8700 لوکس بود. براساس این نتایج و به سبب تاثیر زیاد فاکتورهای سیکل اختلاط و حجم ناحیه کنترلی، می توان با کنترل حجم محدودی (فقط 20درصد) از برکه های باز، ضمن رعایت ملاحظات اقتصادی، به افزایش بهره وری و ارتقای کشت دست یافت و جهت افزایش بهره وری کل، از یک ناحیه کنترلی برای تعدادی از برکه های باز بهره برد.

The innovative engineered photobioreactor to optimize the amount of microalgae Spirulina biomass

Special properties and various applications of Spirulina species have led to the growing focus of biotechnology to the cost effective cultivation. Open ponds used in the most commercial cultivation have many deficiencies such as risk of contamination, lack of light penetration, inefficient mixing and low productivity. In this study, an innovative reactor was designed and manufactured. By adding a control area, it was possible to control some environmental conditions for a limited amount of open pond volume. The conventional pumping system was replaced by a new elevator system to reduce the damage of to the fragile cells. The baffles structure and aeration from bottom, contributed to better mixing system. The effect of tree factors (Circulation Cycle (Cir. Cyc.), Control Volume (Con.Vol.) and Irradiance Intensity (Irr. Int.) in units of hours, percentage and Lux respectively) on the quantity of biomass (Specific Growth Rate (SGR, day1) and fifth and seventh day dry weight (g/L)) were evaluated using RSMCCD. The maximum biomass dry weight (0.915 g/L) was achieved in longest circulation cycle (12 hours), 30% Con. Vol. and 7000 Lux light intensity. The optimal irradiance intensity to achieve the highest biomass was 8700 Lux. According to the results, due to the great influence of Con. Vol. and Cir. Cyc., it is possible to increase the productivity and enhance the culture dry weight by controlling a limited amount of ponds volume (20%), subject to economic considerations. These successful results can provide the context using a control zone for several open ponds to improve the overall efficiency.