استفاده از لجن فعال به‌عنوان مكمل در محيط‌ كشت توليد اتانول

Application of activated sludge as a complementary in bioethanol production

مقدمه: لجن مازاد حاصل از تصفيه فاضلاب شهری حاوی مقادير بالايی از تركيبات حاوي فسفر، نيتروژن و سولفور است، بنابراين می‌توان لجن را به‌عنوان جايگزين منبع مواد مغذی برای توليد محصولات تخميری توسط ميكروارگانيسم‏ها استفاده كرد. در اين پژوهش، رشد مخمر ساكارومايسس سرويسيه برای توليد بيواتانول روی لجن حاصل از تصفيه فاضلاب شهری، به‌عنوان جايگزين مواد مغذی، بررسی شد‏‏. مواد و روش‏‏ها: در اين پژوهش، از مخمر ساكارومايسس سرويسيه CEN.PK 113-7D برای توليد بيواتانول استفاده شد. لجن حاصل از تصفيه هوازی فاضلاب شهری به چهار روش اسيدی، بازی، حرارتي و اولتراسونيك پيش فرآور‏ی شد. ابتدا امكان رشد سلول‏های مخمر ساكارومايسس سرويسيه در شرايط هوازی روی لجن خام و لجن پيش فرآور‏ی شده آزمايش و ميزان رشد مخمر به روش CFU اندازه گيری شد. همچنين، توانايی توليد اتانول از لجن پيش‏فرآور‏‏ي‏ شده و لجن خام توسط مخمر و در شرايط بي هوازی بررسی شد. تحليل كمی مقدار اتانول توليد شده توسط دستگاه گاز- كروماتوگرافي انجام شد. نتايج: بيش‏ترين ميزان رشد مخمر بر روی لجن تر، با پيش‏فرآور‏‏ي‏ به روش قليايی حاصل شد. با استفاده از اين پيش‏فرآور‏‏ي‏ غلظت سلول‌های مخـمر در شرايط رشد هوازی بعد از 36 ساعت از 105×2/1 (سلول/ ميلی‌ليتر) به 106×5/1 (سلول/ ميلی‌ليتر) رسيد و بازدهی اتانول توليد شده در شرايط بی‌هوازی برابر با 11/0 گرم اتانول به ازای هر گرم گلوكز اوليه اندازه‌گيری شد. همچنين،‏ با خشك كردن و سپس، پيش‏فرآور‏‏ي‏ قليايی لجن، ميزان توليد اتانول به 41/0 گرم اتانول به ازای هر گرم گلوكز اوليه افزايش يافت. بحث و نتيجه‏گيری: نتايج حاصل از اين مطالعه نشان مي‏دهد كه لجن باقی‌مانده از تصفيه فاضلاب شهری اگر خشك و به روش قليايی پيش‏فرآور‏‏ي‏ شود مي‏تواند به‌عنوان جايگزين مواد مغذی در محيط‌كشت توليد اتانول زيستی استفاده شود.

Introduction: Excess activated sludge contains large amounts of components such as phosphorus, nitrogen, and sulfur which can theoretically be used as a nutrient source in fermentation processes to produce value added materials. In the present study, the possibility to grow Saccharomyces cerevisiae and produce ethanol on pretreated and untreated activated sludge as a nutrient source was investigated. Materials and methods: In this article, Saccharomyces cerevisiae, CEN.PK 113-7D, was used as an ethanol producer microorganism. In order to release the organic matter of the sludge and increase the efficiency of ethanol production, four pretreatments, i.e. acidic, alkaline, thermal and ultrasonic were performed on the sludge. The effectiveness of each pretreatment on biomass growth at aerobic conditions was measured by CFU method. Moreover, the yield of ethanol at anaerobic conditions was measured using gas-chromatography. Results: The highest biomass yield of yeast on the wet sludge at aerobic conditions was obtained after alkaline pretreatment, in which the biomass concentration increased from 1.2 105 (CFU/ml) to 1.5 106 (cell/ml) after 36 hour of cultivation. At anaerobic conditions, the yield of ethanol on alkaline pretreated sludge was 0.11 g ethanol/g initial glucose. Additionally, by drying the sludge and performing the alkaline pretreatment, the ethanol production was increased up to 0.41 g ethanol/g initial glucose. Discussion and conclusion: The results showed that the excess activated sludge from wastewater treatment plants can be used as nutrient source for ethanol production. However, it needs to be treated and alkaline pretreatment of dried sludge is suggested to produce a high yield of ethanol.