Investigation of Harvesting Effect of Microalgae Grown in the Flat-Panel Airlift Photobioreactor by Using Various Membranes

Abstract

Günümüzde başta enerji olmak üzere birçok alanda hammadde kaynağı olarak kullanılan mikroalglerin en önemli üretim aşamalarından birisi olarak kabul edilen mikroalg hasadı sürecinde çeşitli avantajlara sahip olan membran filtrasyonu sıklıkla tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasında, Gloeocystis vesiculosa 901 mikroalg türü düz panel tipi fotobiyoreaktörde ve TAP (Tris-Asetat-Fosfat) besi ortamında yetiştirilerek elde edilen mikroalgal biyokütlenin çapraz-akış rejiminde işletilen membran filtrasyon düzeneğinde hasadı gerçekleştirilmiştir. Hasatlama işleminde sırasıyla 0,3 μm ve 50 kDA gözenek çaplarına sahip ve PVDF (Polivinilidin Florür) ve PES (Polisülfon) malzemelerden üretilmiş mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon tipindeki ticari düz plaka membranlar kullanılmıştır. Çalışmada farklı transmembran basınçları ve akılarda işletilen membranların kritik akı ve basınç değerleri ile birlikte konsantrasyon faktörü, hacimsel azalma faktörü ve mikroalg kazanım oranı belirlenmiştir. Daha sonra saf su kullanılarak yıkama işleminden sonra filtrasyon direnci incelenerek membranlar kıyaslanmıştır. MF ve UF tipi membranlar için kritik akı değeri sırasıyla 101,79 L/m2•saat ve 123,76 L/m2•saat olarak bulunmuştur. En yüksek mikroalg kazanımı ise MF için 1,8 bar'da %98,8 iken UF için 2,4 bar'da %99,2 olarak ölçülmüştür. Filtrasyon direnci açısından membranlar kıyaslandığında MF tipi membranın, UF membranlara göre daha düşük filtrasyon direnci ve kek tabakası meydana geldiği görülmüştür. Sonuç olarak, her iki membran da mikroalg hasatlama işleminde kullanılabilir.

Membrane filtration, which has various advantages, is often preferred in the process of microalgae harvest, which is considered one of the most important production stages of microalgae, which is used as a raw material source in many fields, especially in energy. In this thesis, microalgae biomass obtained by cultivating Gloeocystis vesiculosa 901, microalgae, grown in TAP (Tris-Acetate-Phosphate) medium and flat-panel photobioreactor was harvested in a membrane filtration system operated by means of a cross-flow regime. In the harvesting process, commercial flat-sheet membranes of the microfiltration and ultrafiltration types with pore diameters of 0.3 μm and 50 kDA, made of PVDF (Polyvinylidine Fluoride) and PES (Polysulfone) materials, respectively, were used. In this study, the critical flux and pressure values of membranes operated at various transmembrane pressures and fluxes, as well as the concentration factor, volume reduction factor and microalgae recovery rate were determined. Then, after washing by using distilled water, the membranes were compared by examining the filter resistance. Critical flux values for MF and UF type membranes were 101.79 L/m2•hour and 123.76 L/m2•hour, respectively. The highest microalgae recoveries were 98.8% at 1.8 bar for MF and 99.2% at 2.4 bar for UF. When the membranes are compared in terms of filter resistances, MF type membrane has lower filter resistance and the cake layer formation than UF membranes. In conclusion, both membranes can be used for microalgae harvesting.