استفاده از روش سطح پاسخ برای مدل‌سازی و بهینه‌سازی برداشت و جداسازی ریزجلبک Chlorella sorokiniana pa.91 با Fe3O4/PACl ازمحیط کشت فاضلاب شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشیار دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

چکیده

ریزجلبک‌ها به عنوان یک منبع پایدار برای محصولات زیستی مختلف با ارزش مورد توجه هستند و کاربردهایی در صنایعی مانند افزودنی های غذایی، ترکیبات زیست فعال، داروسازی و آرایشی پیدا می‌کنند. با این حال، یکی از چالش‌های اصلی در استفاده از ریزجلبک‌ها برای این اهداف، برداشت کارآمد زیست توده ریزجلبک‌ها است که به عنوان یک گلوگاه اصلی در پردازش پایین دست عمل می‎کند. یافتن روش‌های برداشت موثر و مقرون به صرفه در کاربردهای صنعتی ضروری است. یکی از مکانیزم‌های جایگزین برای برداشت ریزجلبک از محیط کشت استفاده از روش لخته‌‌ساز مغناطیسی است. در این مطالعه، فرآیند برداشت ریزجلبک Chlorella sorokiniana pa.91 را با استفاده از Fe3O4/PACl در فرآیند لخته‌سازی مورد بررسی قرار داده شده است. در این تحقیق از نانوذرات Fe3O4 سنتز شده به روش هم‌رسوبی برای برداشت ریزجلبک‌ها استفاده شد. این مطالعه از روش پاسخ سطح برای بررسی کارایی و یافتن پارامتر بهینه اثرات سه متغیر زمان، غلظت نانومواد و pH در محیط کشت حاصل از فاضلاب شهری استفاده شده است. تجزیه و تحلیل تجربی نشان داد که بالاترین راندمان برداشت، به 88 درصد، در شرایط 3.5 گرم در لیتر Fe3O4و غلظت ثابت 0.075 ‌گرم در لیتر PACl در 50 میلی‌لیتر ریزجلبک، زمان برداشت 40 دقیقه وpH 4 به دست آمده است. علاوه بر این، حالت ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته راندمان لخته سازی ریزجلبک‌ها را بهبود می‌بخشد. از نتایح به دست آمده می‌توان استنباط کرد با افزایش زمان و غلظت نانو ذرات و کاهش pH راندمان برداشت ریزجلبک افزایشی خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Use of response surface method for modeling and optimization of harvesting and isolation of microalgae Chlorella sorokiniana pa.91 with Fe3O4/PACl composite nanoparticles from municipal wastewater

نویسندگان [English]

  • Sara Akbari 1
  • Farhad Qaderi 2
  • hasan amini rad 3
1 Babol Noshirvani University of Technology
2 Babol noshirvani university of technology
3 Doctor of Philosophy, Department of Environmental Engineering, Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, 47148-7313 Babol, Iran.
چکیده [English]

Microalgae have the potential to produce valuable substances for pharmaceutical purposes, as well as serve as a food source, providing bioactive compounds and ingredients for cosmetics. However, harvesting microalgae is a crucial step in the mass production of various high-value products derived from microalgae. This process often becomes a major bottleneck in downstream processing. It is essential to find effective and cost-effective harvesting methods in industrial applications. Among several harvesting methods, magnetic flocculation offers the benefits of modest operation, energy savings and quick separation. This study investigates the harvesting process of Chlorella sorokiniana pa.91 microalgae using a novel flocculation process involving nano-Fe3O4 coated with PACl. In this research, we have used the chemical co-precipitation method to prepare nanoparticles. Using the response surface method to optimize the most important parameters of the magnetic flocculation harvesting process to check the microalgae removal efficiency, three variables of time, concentration of nanomaterials and pH in the culture medium obtained from municipal wastewater have been investigated. The results demonstrated that the highest harvesting efficiency, nearly 90%, was achieved under the conditions of 3.5 g/L Fe3O4, a constant concentration of 0.075 g/L PACl, a harvesting duration of 40 minutes, and a pH level of 4. on the other hand, the lowest microalgae harvesting efficiency was observed under specific conditions: with a composite nanoparticle concentration of 0.5 g/L per liter, a harvesting time of 27.5 minutes, and a pH of 6.5, resulting in a mere 22% efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Harvesting
  • microalgae
  • municipal wastewater
  • surface response method
  • Fe3O4/PACl composite nanoparticles