طراحي فتوبيوراكتور جديد مهندسي جهت بهينه سازي مقدار بيومس توليدي در ريزجلبك اسپيرولينا

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

خواص ويژه و كاربري هاي گوناگون گونه ريزجلبكي اسپيرولينا به تمركز روزافزون حوزه هاي مختلف بيوتكنولوژي به كشت تجاري اين گونه و روش هاي كاهش هزينه آن منجر شده است، اما كشت باز، كه در اغلب كشت هاي تجاري مورد استفاده قرار مي گيرد، مشكلات و نواقصي نظير خطر آلودگي، نفوذ نكردن نور به عمق، اختلاط ناكارآمد و پايين بودن بهره وري دارد. در اين پژوهش با طراحي و ساخت يك فتوبيوراكتور جديد و بهره گيري از ناحيه كنترلي، سيستم آسانسوري جايگزين پمپاژ (براي كاهش آسيب به سلول هاي شكننده) و ملاحظات ساختاري بافل ها و هوادهي (براي اختلاط بهتر)، اقداماتي در جهت رفع مشكلات مذبور انجام شد و تاثير سه فاكتور حجم ناحيه كنترلي (%)، سيكل اختلاط (hr) و شدت تابش (Lux) بر خواص كمي وزن خشك (g/l) و ميزان رشد مخصوص (day-1) ريزجلبك اسپيرولينا با روش پاسخ سطح-طراحي مركزي بررسي شد. بيشترين ميزان وزن خشك بيومس (g/l 0/915) در بيشترين سيكل اختلاط (12 ساعت)، حجم كنترلي 30درصد و شدت تابش 7000 لوكس ايجاد شد. و ميزان بهينه تابش براي دست يابي به بيشترين بيومس برابر 8700 لوكس بود. براساس اين نتايج و به سبب تاثير زياد فاكتورهاي سيكل اختلاط و حجم ناحيه كنترلي، مي توان با كنترل حجم محدودي (فقط 20درصد) از بركه هاي باز، ضمن رعايت ملاحظات اقتصادي، به افزايش بهره وري و ارتقاي كشت دست يافت و جهت افزايش بهره وري كل، از يك ناحيه كنترلي براي تعدادي از بركه هاي باز بهره برد.

Special properties and various applications of Spirulina species have led to the growing focus of biotechnology to cost-effective cultivation. Open ponds used in the most commercial purposes have many disadvantages such as risk of contamination, lack of light penetration, inefficient mixing and low productivity. In this study, an innovative reactor was designed and manufactured. In order to control some environmental conditions for a limited amount of an open pond volume, a controllable area was utilized. The conventional pumping system was replaced by a new elevator system to reduce the possible damages to the fragile cells. The considerations in the structure of baffles and aeration contributed to a better mixing system. The effect of factors including 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, day-1) and fifth and seventh day dry weight (g/L)) were evaluated using RSM-CCD. The maximum biomass dry weight (0.915 g/L) was achieved in longest circulation cycle (12 hours). The optimal irradiance intensity to achieve the highest biomass was 8700 Lux. According to the results, it is possible to increase the productivity and enhance the culture dry weight by controlling a limited amount of ponds volume (i.e. 20%), considering the economic demands. The results obtained can provide the context for the improvement of the overall efficiency.