OPTIMIZATION OF MICROALGAE’S CULTURE CONDITIONS FOR CO2 FIXATION, BIOMASS PRODUCTIVITY, AND WASTEWATER TREATMENT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF eprint.pdf Download (9MB) | Preview

Arabic Abstract

وقد تم الإبلاغ عن الوقود الحيوي القائم على الطحالب الدقيقة كبديل جذاب للوقود الأحفوري. ومع ذلك، فإن إنتاج الوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة لا يزال غير قابل للاستمرار اقتصاديا. ولذلك، فإن التكامل مع التطبيقات الأخرى مثل التقاط ثاني أكسيد الكربون ومعالجة مياه الصرف الصحي من شأنه أن يقلل من تكلفة الإنتاج. ومع ذلك، فإن إنتاج الوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة يعتمد بشدة على إنتاجية الدهون في الطحالب الدقيقة التي تعتمد بدورها على سلالة الطحالب الدقيقة والظروف الثقافية. ومع ذلك، فإن الكفاءة في تحسين إنتاج الكتلة الحيوية الطحالب الدقيقة وبيوفكساتيون CO2 خاصة في ظل ظروف متفاوتة أمر بالغ الأهمية لتقييم ربحية واستدامة زراعة على نطاق واسع لصناعات الوقود الحيوي. ولذلك، فإن هذه الدراسة تدرس أولا تأثير تركيز ثاني أكسيد الكربون على معدل نمو الطحالب الدقيقة، ومعدل التقاط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وكفاءة معالجة مياه الصرف الصحي. تم دراسة أربع سلالات طحلبية مختلفة، كلوريلا فولغاريس، كلوريلا كيسليري، كلوريلا بروثوثوكيدس و نيو أوليوابوندانز للتأكد من الأكثر فائدة فيما يتعلق التطبيقات المفضلة. ومع ذلك، أظهرت النتائج أن C. فولغاريس لديها أعلى معدل امتصاص CO2 من 150_mg / L / يوم. كما تم إجراء تحسين متعدد الأهداف لبعض معلمات زراعة الطحالب الدقيقة (أي تركيز ثاني أكسيد الكربون ونسبة المغذيات ودرجة حرارة الزراعة) على إنتاجية الكتلة الحيوية ومعدل تثبيت ثاني أكسيد الكربون ل C. فولغاريس. تم تطوير نماذج الانحدار التربيعي واستخدامها لتقدير المجموعات المثلى لعوامل المدخلات لإنتاجية الكتلة الحيوية ومعدل تثبيت ثاني أكسيد الكربون الذي يتم تشغيله بطريقة الدفعات. وكانت القيم المثلى التي تم الحصول عليها هي 4٪ تركيز CO2، 6: 1 نسبة المغذيات (نب) ودرجة حرارة زراعة 25oC ل 183_mg / L / يوم معدل تثبيت CO2 و 0.0785_g / L / يوم إنتاج الكتلة الحيوية. ويمكن استخدام هذه النتائج في تصميم وتوسيع نطاق زراعة الطحالب الصناعية الصناعية بهدف تثبيت ثاني أكسيد الكربون وتوليد الكتلة الحيوية لصناعات الوقود الحيوي.

English Abstract

Microalgae-based biofuels have been reported as an attractive alternative to fossil fuel. However, producing biofuel from microalgae still not economically viable. Therefore, it integration with other applications like CO2 capture and wastewater treatment would reduce the cost of production. Nevertheless, producing biofuel from microalgae strongly depends on the lipid productivity of the microalgae which in turn depends on the microalgae strain and culture conditions. However, the adeptness to optimize microalgae biomass productivity and CO2 biofixation especially under the varying conditions is crucial for evaluating the profitability and sustainability of their cultivation at large scale for biofuel industries. Therefore, this study first investigates the effect of CO2 concentration on microalgae growth rate, atmospheric CO2 capture rate and efficiency of wastewater treatment. Four different microalgae strains, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Chlorella prototheocoides and Neo oleoabundans, were studied to ascertain the most advantageous regarding the preferred applications. However, the results showed that C. vulgaris have the highest CO2 uptake rate of 150_mg/L/day. Multi-objective optimization of some microalgae’s culturing parameters (i.e. CO2 concentration, nutrient ratio and culturing temperature) was further carried out on biomass productivity and CO2 fixation rate for C. vulgaris. Quadratic regression models were developed and employed to estimate the optimal sets of input factors for biomass productivity and CO2 fixation rate operated in batch mode. The obtained optimal values were 4% CO2 concentration, 6:1 Nutrient (NP) ratio and 25oC culturing temperature for 183_mg/L/day CO2 fixation rate and 0.0785_g/L/day biomass productivity. Multi-objective optimization also was performed to maximize CO2 fixation rate, wastewater treatment efficiency of the microalgae. The predicted optimal values of 4% CO2, 7:1 NP ratio and 28oC culturing temperature gave maximum CO2 fixation rate of 127.7 ± 5.1 mgL-1day-1, nitrogen removal efficiency of 99.9 ± 7.7 % and phosphorus removal efficiency of 88.5 ± 3.6%. The maximum percentage error between the predicted and experimental values was less than 12% indicating a good agreement between the predicted and the actual data. Hence, these findings have the potential to be used in the design and scale-up of industrial microalgae cultivation with the aim of CO2 fixation, wastewater treatment and generation of biomass for biofuel industries.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Shaikh, Abdurrazzak
Committee Co-Advisor:	Mohammad, Mozahar Hossain
Committee Members:	Mamdoh, Al-Harthi and Mohammed, Ba-Shammakh and Wasif, Farooq
Depositing User:	KAZEEM MOHAMMED (g201408920)
Date Deposited:	28 May 2018 09:25
Last Modified:	30 Dec 2020 13:27
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140700