Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/73582
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorChayakorn Pumas-
dc.contributor.advisorJeeraporn Pekkoh-
dc.contributor.advisorChatchawan Chaichana-
dc.contributor.authorKrit Sirikulraten_US
dc.date.accessioned2022-07-08T14:27:10Z-
dc.date.available2022-07-08T14:27:10Z-
dc.date.issued2021-05-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/73582-
dc.description.abstractMicroalgal cultivation in open ponds is more preferable than in the photobioreactors, particularly in the commercial large-scale cultivation because of the low capital cost and ease of maintenance. However, the one major limitation of open pond cultivation is the low light penetrability, which is limited the pond depth to be only about 25-30 cm and the requirement of large land area for large scale cultivation is inevitable. In this study, the illumination system improvement for cultivation in the high depth open pond cultivation under real environment with solar light as sole light source was focused and aimed to increase the illumination and the photosynthesis efficiencies for the higher depth pond cultivation. The clear plastic cylindrical column and the clear plastic drinking bottle, the respectively so-called light scattering column (LSC) and light scattering bottle (LSB), were used as the illumination enhancement equipment for the study. The two open tank photobioreactors (OT-PBR) were built for the preliminary tests. In the main study, two pilot scale race way ponds with the size of 40cm x 150cm and the depth of 55 cm or equivalent to the volume capacity of about 300 L were fabricated for comparative studies. Both LSC and LSB were dipped vertically in the OT-PBR and race way ponds with partly above and partly under the pond or tank levels. The sunlight collided with the top parts of LSC or LSB then transmitted through the LSC or LSB and scattered to the deeper pond level. The illumination intensities at various pond depths were measured using the calibrated light dependent resister and the algal growth of both control and testing ponds were investigated. The incoming sunlight intensity was daily continuous measured with an auto-data accumulation to the Windows PC and was used for analysis of the photosynthesis efficiency. In this study, Arthrospira (Spirulina) platensis AARL C005 obtained from the Applied Algal Research Laboratory Chiang Mai University was cultured in the CMU02 medium. The illumination efficiency increased significantly after installation of LSC and LSB at all depth of both OT-PBR and race way ponds experiments. Results from the OTPBR cultivation in the pond depth of 55 cm using the LSC with a diameter of 6 cm and a height of 40 cm found that the optimum submerged height and emerged height were 30 cm and 10 cm respectively. In raceway pond cultivations with LSC, the cultivation efficiency including the net energy ratio was found to be improved satisfactorily. The increase of the biomass productivity of 69.8% and 48.5%, the improvement of the net energy ratio of 59.8% and 41.7%, and the photosynthesis efficiency of 59.9% and 42.1% were respectively observed for the OT-PBR and race way ponds cultivations. Result from macronutrients analysis in the A. platensis biomass found that the protein composition was rather high with an amount of 62.7% which is comparable to that of other cultivations using nutrient rich medium such as Zarrouk medium under the controlled environment. The final results from raceway pond cultivations using the 35 cm extended length LSB and the 20 cm length single bottle LSB found that the increase of the biomass productivity of 56.7% and 33.7%, the improvement of the net energy ratio of 57.6% and 30.6%, and the photosynthesis efficiency of 54.9% and 31.3% were respectively obtained and those values were closed to the theoritical values as found in the normal depth race way ponds. In term of economic cost evaluation of energy simple payback period from cultivation using single bottle LSB found that payback from the higher biomass production can cover the cost of both bottle manufacturing and transportation with in 2.5 yeas excluding energy from refuse derived fuel (RDF) and 1.3 years including energy from RDF. As a result, the commercial benefit could be improved by about 300% or more and the payback period to capital cost could be reduced by about 70 % when compared with that of the regular cultivation. LSCs and LSBs used in this study were successfully and practically applied for illumination enhancement of microalgal cultivation. In particular, LSBs were collected from used materials, which can extend the consumption stage of plastic bottle waste, including the more energy and water savings in accordance with the experimental results. The achievements from this study clearly indicate the contribution for sustainable environment conservation.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.titleDevelopment of energy saving illumination system for Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation in raceway ponden_US
dc.title.alternativeการพัฒนาระบบส่องสว่างเพื่อประหยัดพลังงานสำหรับการเพาะเลี้ยง Arthrospira (Spirulina) platensis ในบ่อเพาะเลี้ยงแบบน้ำวนen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.thashAlgae-
thailis.controlvocab.thashAlgae culture-
thailis.controlvocab.thashAquaculture-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractการเพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็กในเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ โดยทั่วไปนิยมเพาะเลี้ยงในบ่อเปิดเนื่องจากปัจจัยต้นทุนที่ถูกกว่าการเพาะเลี้ยงในถังปฏิกรณ์และการบำรุงรักษาที่ง่ายกว่า อย่างไรก็ตามข้อจำกัดอย่างหนึ่งของการเพาะเลี้ยงในบ่อเปิดคือความสามารถในการทะลุผ่านของแสงต่ำ ทำให้ความลึกของบ่อเปิดถูกจำกัดให้อยู่ในระยะเพียง 25-30 เซนติเมตร ทำให้การเพาะเลี้ยงขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้พื้นที่จำนวนมาก ในการศึกษานี้ได้เน้นการปรับปรุงระบบส่องสว่างเพื่อการเพาะเลี้ยงในบ่อเปิดที่ความลึกมากขึ้นภายใต้สภาวะแวดล้อมจริงที่ใช้แสงอาทิตย์สำหรับการเพาะเลี้ยงโดยมีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่องสว่างและประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง ในการทดลองนี้ได้ใช้ท่อพลาสติกทรงกระบอกใสและขวดน้ำดื่มพลาสติกใส เรียกว่า คอลัมน์กระเจิงแสง ขวดกระเจิงแสง เป็นอุปกรณ์เพิ่มการส่องสว่างและได้สร้างถังปฏิกรณ์สำหรับการเพาะเลี้ยงสำหรับการเพาะเลี้ยงเบื้องต้นจำนวนสองชุด ในการทดลองหลักได้สร้างบ่อเปิดน้ำวนขนาดต้นแบบเพื่อการทดลองเชิงเปรียบเทียบจำนวนสองบ่อที่มีขนาดกว้าง 40 เซนติเมตร ยาว 150 เซนติเมตรและลึก 55 เซนติเมตรซึ่งเทียบเท่าขนาดความจุประมาณ 300 ลิตร คอลัมน์กระเจิงแสงหรือขวดกระเจิงแสงถูกติดตั้งแนวดิ่งลงในบ่อเพาะเลี้ยงโดยมีส่วนหนึ่งจมและอีกส่วนหนึ่งอยู่เหนือระดับน้ำในบ่อในการทดลองแสงอาทิตย์ตกกระทบส่วนบนของคอลัมน์กระเจิงแสงหรือขวดกระเจิงแสงจะถูกส่งผ่านลงไปข้างล่างแล้วกระเจิงแสงออกไปในระดับลึกของบ่อเพาะเลี้ยงสำหรับความสว่างของแสงภายในบ่อถูกวัดโดยใช้ตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงซึ่งสอบเทียบค่าแล้วรวมทั้งการวัดการเติบโตของสาหร่ายในบ่อทดลองละบ่อควบคุมเพื่อนำไปวิเคราะห์ต่อไป ความเข้มแสงอาทิตย์ที่ทดลองระหว่างวันถูกวัดอย่างต่อเนื่องและข้อมูลถูกเก็บอัตโนมัติไว้ในคอมพิวเตอร์ สาหร่าย Arthrospira (Spirulina) platensis AARL C005 ที่ใช้ในการทดลองนี้ให้จากห้องวิจัยสาหร่ายประยุกต์มหาวิทยาลัยเชียงใหม่โดยเพาะเลี้ยงในสารอาหาร CMU02 ประสิทธิภาพการส่องสว่างในทุกระดับความลึกของทั้งบ่อปฏิกรณ์ใช้แสงแบบเปิดและบ่อเปิดน้ำวนภายหลังการติดตั้งคอลัมน์กระเจิงแสง และขวดกระเจิงแสงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ผลการทดลองเพาะเลี้ยงในบ่อปฏิกรณ์ใช้แสงแบบเปิด โดยใช้คอลัมน์กระเจิงแสงซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 เซนติเมตร สูง 40 เซนติเมตร พบว่าได้ผลดีเหมาะสมเมื่อส่วนจมน้ำและส่วนพันน้ำของคอลัมน์กระเจิงแสงเป็น 30 และ10 เซนติเมตร ส่วนผลการทดลองเพาะเลี้ยงในบ่อปฏิกรณ์ใช้แสงแบบเปิดและบ่อเปิดน้ำวนโดยใช้คอลัมน์กระเจิงแสงพบว่าการเติบโตชีวมวลเพิ่มขึ้น 69.8% และ 48.5% อัตราส่วนพลังงานสุทธิเพิ่มขึ้น 59.8% และ 41.7% และประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้น 59.9% และ 42.1% ตามลำคับ ผลการวิเคราะห์หาปริมาณสารอาหารในชีวมวลของ A. platensis พบว่าปริมาณโปรตีนมีค่าค่อนข้างสูงถึง 62.7% ซึ่งเทียบเคียงได้กับค่าที่ได้จากการทดลองอื่นซึ่งเพาะเลี้ยงด้วยสาร Zarrouk ภายใต้สภาวะควบคุม ผลการทดลองในบ่อเปิดน้ำวนที่ใช้ขวดกระเจิงแสงทั้งชนิดต่อความยาวและขวดธรรมดาพบว่าการเติบโตชีวมวลเพิ่มขึ้น 56.7% และ 33.7% อัตราส่วนพลังงานสุทธิเพิ่มขึ้น 57.6% และ 30.6% และประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้น 54.9% และ 31.3% ตามลำคับ ซึ่งค่าที่ได้ผลมีค่าใกล้เคียงกับค่าทางทฤษฎีของบ่อเปิดน้ำวนที่มีค่าความลึกปกติ จากการประเมินมูลค่าทางเศรษฐศาสตร์ของระยะเวลาการคืนทุนพลังงานจากการเพาะเลี้ยงโดยใช้ขวดธรรมดา ผลผลิตที่เพิ่มขึ้นด้วยการใช้ขวดจะสามารถคืนต้นทุนจากการผลิตและการขนส่งขวดให้ภายใน 2.5 ปี เมื่อไม่รวมพลังงานจากเชื้อเพลิงขยะ (RDE) และ 1.3 ปีเมื่อรวมพลังงานจากเชื้อเพลิงขยะ และรายได้เชิงพาณิชย์จะให้รับเพิ่มขึ้นมากกว่า 300% รวมถึงสามารถลดเวลาคืนทุนจากการสร้างระบบเพาะเลี้ยงได้เกือบ 70% เมื่อเทียบกับการเพาะเลี้ยงแบบปกติ ในการศึกษานี้การใช้คอลัมน์กระเจิงแสงและขวดกระเจิงแสงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่องสว่างได้ช่วยให้การเพาะเลี้ยงสาหร่ายมีผลสัมฤทธิ์ที่ดีและปฏิบัติได้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ขวดกระเจิงแสงซึ่งรวบรวมจากวัสดุใช้แล้วเป็นการยืดอายุการใช้ประโยชน์ของขวดเหล่านั้นรวมทั้งยังช่วยประหยัดพลังงานและน้ำตามที่ปรากฎในผลการศึกษานี้ซึ่งช่วยให้เกิดการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืนen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
580551020 กฤษณ์ สิริกุลรัตน์.pdf9.39 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.