پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 399 |
| تعداد مقالات | 5,389 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,288,185 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,882,933 |
استفاده از روش سطح پاسخ برای مدل‌سازی و بهینه‌سازی برداشت ریزجلبکChlorella sorokiniana pa.91 با Fe3O4/PAClازمحیط کشت فاضلاب شهری | ||
| نشریه مهندسی عمران امیرکبیر | ||
| مقاله 4، دوره 56، شماره 2، 1403، صفحه 181-202 اصل مقاله (1.5 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/ceej.2023.22600.8002 | ||
| نویسندگان | ||
| سارا اکبری؛ فرهاد قادری* ؛ حسن امینی راد | ||
| گروه مهندسی عمران محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران | ||
| چکیده | ||
| ریزجلبک‌ها به عنوان یک منبع پایدار برای تولید محصولات زیستی با ارزش مورد توجه هستند و کاربردهایی در صنایعی مانند افزودنی‌های 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 زیست‌توده می‌باشد که به عنوان یک گلوگاه اصلی در پردازش پایین دست عمل میکند. یکی از مکانیزم‌های جایگزین برای برداشت ریزجلبک از محیط کشت استفاده از روش منعقدکننده مغناطیسی است. در این مطالعه، فرآیند برداشت ریزجلبک بومی Chlorella sorokiniana pa.91را با استفاده از Fe3O4/PACl در فرآیند لخته‌سازی مورد بررسی قرار داده شده است. در این تحقیق از نانوذرات Fe3O4سنتز شده به روش هم‌رسوبی برای برداشت ریزجلبک‌ها استفاده شد. با استفاده روش سطح پاسخ، برای بررسی راندمان حذف، بهینه‌سازی مهم‌ترین پارامترهای فرآیند برداشت انعقاد مغناطیسی شامل زمان، غلظت نانومواد و pH در محیط کشت حاصل از فاضلاب شهری بررسی شده است. تجزیه و تحلیل تجربی نشان داد که بالاترین راندمان برداشت تقریبا90 درصد، در شرایط 3/5 گرم در لیتر Fe3O4 غلظت ثابت 0/075 گرم در لیتر PACl ، زمان برداشت 40 دقیقه وpH 4 به دست آمده است از طرفی کمترین مقدار راندمان برداشت ریزجلبک در شرایطی که مقدار نانو ذره کامپوزیتی برابر با 0/5 گرم در لیتر، مدت زمان برداشت 27/5 دقیقه و pH6/5 برابر با 22 درصد گزارش شده است. در این میان، بازی‌ترین حالت از pH که برابر با 11.5 است راندمان حذف ریزجلبک 53% و در اسیدی‌ترین حالت برابر 75% می‌باشد و همانطور میزان بیشترین راندمان برداشت در pH خنثی با مدت زمان ته‌نشینی 53 دقیقه برابر با 80 % مشاهده شده است. مقدار ضریب تعیین برای این طرح (R2) 0/9823 به دست آمده، نشان‌دهنده رابطه قوی بین متغیرهای مستقل و مقادیر پاسخ است. علاوه بر این، حالت ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته راندمان لخته‌سازی ریزجلبک‌ها را بهبود می‌بخشد. از نتایج به دست آمده می‌توان استنباط کرد با افزایش زمان و غلظت نانو ذرات و کاهش pH راندمان برداشت ریزجلبک افزایشی خواهد بود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| برداشت؛ ریزجلبک؛ فاضلاب شهری؛ روش سطح پاسخ؛ نانو ذره کامپوزیتی Fe3O4/PACl | ||
| موضوعات | ||
| مهندسی آب و فاضلاب | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Use of response surface method for modeling and optimization of harvesting of Chlorella sorokiniana pa.91 with Fe3O4/PACl from municipal wastewater | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Sara Akbari؛ Farhad Qaderi؛ hasan amini rad | ||
| Babol Noshirvani University of Technology | ||
| 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 for 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: 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. The rate of microalgal removal increased from 53% in the most alkaline condition to 75% in the most acidic environment. The highest harvesting efficiency, reaching 80%, was achieved under neutral pH conditions with a settling time of 53 minutes. Furthermore, the investigated combined method investigated enhances the flocculation effectiveness of microalgae. Based on the findings, it can be inferred that the efficiency of microalgae harvesting rises with longer duration, higher nanoparticle concentrations, and lower pH levels | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Harvesting, microalgae, municipal wastewater, surface response method, Fe3O4/PACl composite nanoparticles | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] L. Xu, C. Guo, F. Wang, S. Zheng, C.-Z. Liu, A simple and rapid harvesting method for microalgae by in situ magnetic separation, Bioresource technology, 102(21) (2011) 10047-10051. [2] Z.T. Khanzada, S. Övez, Microalgae as a sustainable biological system for improving leachate quality, Energy, 140 (2017) 757-765. [3] C. Tang, X. Gao, D. Hu, D. Dai, M. Qv, D. Liu, L. Zhu, Nutrient removal and lipid production by the co-cultivation of Chlorella vulgaris and Scenedesmus dimorphus in landfill leachate diluted with recycled harvesting water, Bioresource Technology, 369 (2023) 128496. [4] X. Quan, R. Hu, H. Chang, X. Tang, X. Huang, C. Cheng, N. Zhong, L. Yang, Enhancing microalgae growth and landfill leachate treatment through ozonization, Journal of Cleaner Production, 248 (2020) 119182. [5] J. Adewumi, F.O. Ajibade, The pollution effects of indiscriminate disposal of wastewater on soil in semi-urban area, Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 19(3) (2015) 412-419. [6] B. Shahi Khalaf Ansar, E. Kavusi, Z. Dehghanian, J. Pandey, B. Asgari Lajayer, G.W. Price, T. Astatkie, Removal of organic and inorganic contaminants from the air, soil, and water by algae, Environmental Science and Pollution Research, (2022) 1-29. [7] A.K. Patel, P. Kumar, C.-W. Chen, V.S. Tambat, T.-B. Nguyen, C.-Y. Hou, J.-S. Chang, C.-D. Dong, R.R. Singhania, Nano magnetite assisted flocculation for efficient harvesting of lutein and lipid producing microalgae biomass, Bioresource technology, 363 (2022) 128009. [8] S.M. Shaikh, M.K. Hassan, M.S. Nasser, S. Sayadi, A.I. Ayesh, V. Vasagar, A comprehensive review on harvesting of microalgae using Polyacrylamide-Based Flocculants: Potentials and challenges, Separation and Purification Technology, 277 (2021) 119508. [9] L.-D. Zhu, E. Hiltunen, Z. Li, Using magnetic materials to harvest microalgal biomass: evaluation of harvesting and detachment efficiency, Environmental technology, 40(8) (2019) 1006-1012. [10] A. Ortiz, M.J. García-Galán, J. García, R. Diez-Montero, Optimization and operation of a demonstrative full scale microalgae harvesting unit based on coagulation, flocculation and sedimentation, Separation and Purification Technology, 259 (2021) 118171. [11] M.G. Savvidou, M.M. Dardavila, I. Georgiopoulou, V. Louli, H. Stamatis, D. Kekos, E. Voutsas, Optimization of microalga Chlorella vulgaris magnetic harvesting, Nanomaterials, 11(6) (2021) 1614. [12] S. Li, T. Hu, Y. Xu, J. Wang, R. Chu, Z. Yin, F. Mo, L. Zhu, A review on flocculation as an efficient method to harvest energy microalgae: mechanisms, performances, influencing factors and perspectives, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 131 (2020) 110005. [13] A. Pugazhendhi, S. Shobana, P. Bakonyi, N. Nemestóthy, A. Xia, G. Kumar, A review on chemical mechanism of microalgae flocculation via polymers, Biotechnology Reports, 21 (2019) e00302. [14] C.N. Ogbonna, E.G. Nwoba, Bio-based flocculants for sustainable harvesting of microalgae for biofuel production. A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139 (2021) 110690. [15] F. Wang, C. Guo, H.Z. Liu, C.Z. Liu, Immobilization of Pycnoporus sanguineus laccase by metal affinity adsorption on magnetic chelator particles, Journal of Chemical Technology & Biotechnology: International Research in Process, Environmental & Clean Technology, 83(1) (2008) 97-104. [16] J.Y. Seo, K. Lee, R. Praveenkumar, B. Kim, S.Y. Lee, Y.-K. Oh, S.B. Park, Tri-functionality of Fe3O4-embedded carbon microparticles in microalgae harvesting, Chemical Engineering Journal, 280 (2015) 206-214. [17] Y. Fu, F. Hu, H. Li, L. Cui, G. Qian, D. Zhang, Y. Xu, Application and mechanisms of microalgae harvesting by magnetic nanoparticles (MNPs), Separation and Purification Technology, 265 (2021) 118519. [18] S.-M. Taghizadeh, A. Berenjian, K.W. Chew, P.L. Show, H.F. Mohd Zaid, H. Ramezani, Y. Ghasemi, M.J. Raee, A. Ebrahiminezhad, Impact of magnetic immobilization on the cell physiology of green unicellular algae Chlorella vulgaris, Bioengineered, 11(1) (2020) 141-153. [19] Z. Yin, L. Zhang, D. Hu, S. Li, R. Chu, C. Liu, Y. Lv, J. Bao, M. Xiang, L. Zhu, Biocompatible magnetic flocculant for efficient harvesting of microalgal cells: Isotherms, mechanisms and water recycling, Separation and Purification Technology, 279 (2021) 119679. [20] K. Gerulová, A. Bartošová, L. Blinová, K. Bártová, M. Dománková, Z. Garaiová, M. Palcut, Magnetic Fe3O4-polyethyleneimine nanocomposites for efficient harvesting of Chlorella zofingiensis, Chlorella vulgaris, Chlorella sorokiniana, Chlorella ellipsoidea and Botryococcus braunii, Algal research, 33 (2018) 165-172. [21] J.Y. Seo, R. Praveenkumar, B. Kim, J.-C. Seo, J.-Y. Park, J.-G. Na, S.G. Jeon, S.B. Park, K. Lee, Y.-K. Oh, Downstream integration of microalgae harvesting and cell disruption by means of cationic surfactant-decorated Fe 3 O 4 nanoparticles, Green Chemistry, 18(14) (2016) 3981-3989. [22] J.K. Pittman, A.P. Dean, O. Osundeko, The potential of sustainable algal biofuel production using wastewater resources, Bioresource technology, 102(1) (2011) 17-25. [23] P. Asadi, H.A. Rad, F. Qaderi, Comparison of Chlorella vulgaris and Chlorella sorokiniana pa. 91 in post treatment of dairy wastewater treatment plant effluents, Environmental Science and Pollution Research, 26 (2019) 29473-29489. [24] A. Rad, The effect of Magnesium Aminoclay (MgAC) nanomaterials on Chlorella sorokiniana pa. 91 native microalgae growth in Sari culture medium, Modares Civil Engineering journal, 22(4) (2022) 121-156. [25] A. Tamadoni, F. Qaderi, Optimization of soil remediation by ozonation for PAHs contaminated soils, Ozone: Science & Engineering, 41(5) (2019) 454-472. [26] L. Pérez, J.L. Salgueiro, R. Maceiras, Á. Cancela, Á. Sánchez, An effective method for harvesting of marine microalgae: pH induced flocculation, Biomass and Bioenergy, 97 (2017) 20-26. [27] J.A. Gomes, P. Daida, M. Kesmez, M. Weir, H. Moreno, J.R. Parga, G. Irwin, H. McWhinney, T. Grady, E. Peterson, Arsenic removal by electrocoagulation using combined Al–Fe electrode system and characterization of products, Journal of hazardous materials, 139(2) (2007) 220-231. [28] S.-F. Han, W. Jin, R. Tu, S.-H. Gao, X. Zhou, Microalgae harvesting by magnetic flocculation for biodiesel production: current status and potential, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 36 (2020) 1-10. [29] T. Mathimani, N. Mallick, A comprehensive review on harvesting of microalgae for biodiesel–key challenges and future directions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 91 (2018) 1103-1120. [30] Y. Zhao, X. Wang, X. Jiang, Q. Fan, X. Li, L. Jiao, W. Liang, Harvesting of Chlorella vulgaris using Fe 3 O 4 coated with modified plant polyphenol, Environmental Science and Pollution Research, 25 (2018) 26246-26258. [31] X. Wang, Y. Zhao, X. Jiang, L. Liu, X. Li, H. Li, W. Liang, In-situ self-assembly of plant polyphenol-coated Fe3O4 particles for oleaginous microalgae harvesting, Journal of environmental management, 214 (2018) 335-345. [32] S. Bharte, K. Desai, Harvesting Chlorella species using magnetic iron oxide nanoparticles, Phycological Research, 67(2) (2019) 128-133. [33] P. Liu, T. Wang, Z. Yang, Y. Hong, X. Xie, Y. Hou, Effects of Fe3O4 nanoparticle fabrication and surface modification on Chlorella sp. harvesting efficiency, Science of the Total Environment, 704 (2020) 135286. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 371 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 411 |
||
