Бул изилдөө университеттин ашканасынан чыккан, азык заттарга бай агынды сууну жөн гана тазаланышы керек болгон суюк калдыктын ордуна Spirulina өстүрүүдө колдонууга боло турган ресурс катары баалоого болобу деген суроону изилдейт. Изилдөөчүлөр ашкана агынды суусунун ар кандай суюлтуу катыштарын жана ар кандай жарык интенсивдүүлүктөрүн сынап, оптималдуу өстүрүү шарттарын аныкташкан, андан соң тандалган шарттарды 2 L лабораториялык фотобиореакторлордо синтетикалык BG-11 азык чөйрөсү менен салыштырышкан.

Эң ылайыктуу шарт %75 ашкана агынды суусу жана 180 µmol фотон m⁻² s⁻¹ жарык интенсивдүүлүгү деп аныкталган. Бул шартта биомасса өндүрүмдүүлүгү 0,071 g L⁻¹ күн⁻¹ болуп, BG-11 көзөмөлүндө 0,023 g L⁻¹ күн⁻¹ өлчөнгөн. Негизги эксперименттин 20-күнүндө кургак биомасса концентрациясы ашкана агынды суусу чөйрөсүндө 1,47 ± 0,01 g/L, көзөмөл тобунда болсо 0,52 ± 0,01 g/L болгон.

Агынды суу чөйрөсүндө нитратты кетирүү %92,12 ± 2,32, фосфатты кетирүү %90,05 ± 2,15 жана химиялык кычкылтек керектөөсүн (COD) кетирүү %83,00 ± 1,25 деп билдирилген. Ошол эле учурда агынды сууда өстүрүлгөн биомассада 21,81 ± 1,15 mg g⁻¹ кургак салмак каротиноид алынган; BG-11 көзөмөлүндө бул маани 6,85 ± 0,45 mg g⁻¹ болгон.

Жыйынтыктар ашкана агынды суусун бир эле процесстин ичинде азык заттардан тазалап, ошол эле учурда пигмент, белок жана липид камтыган биомасса өндүрүү үчүн колдонууга болорун көрсөтөт. Бирок эксперимент 2 L масштабда, стерилизацияланган агынды суу менен жүргүзүлгөн. Пилоттук же толук масштабдагы объекттик текшерүү жүргүзүлгөн эмес; алынган биомассаны азык-түлүк, тоют же нутрицевтикалык максатта коопсуз колдонууга боло турганын көрсөтө турган оор металл, патоген жана башка контаминанттар боюнча коопсуздук баалоолору аяктаган эмес.

Ашкана агынды суусу эмне үчүн ресурс катары бааланды?

Ашкана жана мекемелик тамак даярдоо агынды суулары органикалык заттарды, майды, азотту жана фосфорду камтышы мүмкүн. Изилдөөнүн негизги идеясы бул компоненттерди жөн гана экологиялык жүк катары кароонун ордуна, микроалгалар же цианобактерияларды өстүрүүдө азык булагына айландыруу болуп саналат.

Изилдөөдө колдонулган агынды суу University of Moratuwa мекемесинин тамактануу объектинен алынган. Үлгүлөр стерилдүү полиэтилен идиштерге чогултулуп, муз үстүндө ташылып, 24 сааттын ичинде иштетилген. Калкып жүргөн катуу заттар 1,2 µm көзөнөк өлчөмү бар айнек микрофибра фильтрлери менен алынып салынган.

Булакта мүнөздөлгөн ашкана агынды суусунда COD маанилери 420–480 mg/L, нитрат 8–12 mg/L жана фосфат 5–7 mg/L аралыгында экени көрсөтүлгөн. Эксперимент үчүн тандалган %75 катышта суюлтулган агынды суунун баштапкы COD мааниси болсо 342,4 mg/L деп билдирилген.

Эмне үчүн Spirulina колдонулган?

Изилдөө Spirulina деп аталган фотосинтетикалык биомассанын агынды суудагы азот жана фосфор сыяктуу азык заттарды клеткалык өсүү үчүн пайдалана алышына негизделген. Ошентип, бир тараптан азык заттарды кетирүү жүрсө, экинчи тараптан белок, липид жана пигмент камтыган биомасса пайда болот.

Булактын терминологиясында маанилүү бир жагдай бар: аталышында жана айрым бөлүмдөрүндө Spirulina platensis деген термин колдонулса, материал-ыкма жана айрым жыйынтык таблицаларында организм Spirulina sp. деп аталган. Таза культура Progreen Laboratory, University of Moratuwa мекемесинен алынганы көрсөтүлгөн, бирок булакта түр/штамм боюнча кеңири молекулалык ырастоо берилген эмес. Ошондуктан Verianla булакта колдонулган аталыштарды өзгөртпөй сактайт.

Алгач кайсы суюлтуу катыштары сыналды?

Изилдөөчүлөр ашкана агынды суусун көлөм боюнча %25, %50, %75 жана %100 катыштарында сынашкан. Ар бир шарт үчүн 500 mL Erlenmeyer колбаларында 400 mL иш көлөмү колдонулуп, BG-11 синтетикалык чөйрөсү көзөмөл катары бааланган.

Скрининг баскычында культуралар 32 °C температурада, 12 саат жарык жана 12 саат караңгы циклде, үзгүлтүксүз аэрация астында жана 100 µmol фотон m⁻² s⁻¹ жарык интенсивдүүлүгүндө өстүрүлгөн. Өсүү ар бир 48 саатта оптикалык тыгыздык жана кургак салмак боюнча көзөмөлдөнгөн.

%75 агынды суу шарты эң туруктуу өсүүнү көрсөткөн жана 19-күнүндө OD₆₀₀ мааниси 1,09 көрсөткүчүнө жеткен. Кургак биомасса 0,92 g/L деп өлчөнүп, BG-11 көзөмөлүндөгү 0,71 g/L маанисинен статистикалык жактан олуттуу жогору болгон.

%100 агынды суу башында күчтүү өсүү көрсөткөн, бирок болжол менен 14-күндөн кийин көрсөткүч төмөндөгөн. Изилдөөчүлөр муну жогорку азык жана органикалык жүк, ошондой эле мүмкүн болгон аммиак токсикологиясы менен байланыштырышат. %25 жана %50 шарттарында максималдуу кургак биомасса тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 0,46 жана 0,64 g/L деңгээлинде калган.

Жарык интенсивдүүлүгү кантип оптималдаштырылды?

Экинчи скрининг баскычында 60, 120, 180 жана 240 µmol фотон m⁻² s⁻¹ жарык интенсивдүүлүктөрү салыштырылган. 180 µmol m⁻² s⁻¹ шарты 16-күнүндө болжол менен 1,05 g/L биомасса менен эң жогорку натыйжаны берген.

180 жана 240 µmol m⁻² s⁻¹ шарттарындагы OD₆₀₀ маанилеринин ортосунда статистикалык жактан олуттуу айырма табылган эмес (p > 0,05). Изилдөөчүлөр жогорку жарык кошумча өсүү артыкчылыгын бербегендиктен, энергия керектөөсүн да эске алып, негизги эксперимент үчүн 180 µmol m⁻² s⁻¹ маанисин тандашкан.

Негизги эксперимент кантип жүргүзүлдү?

Негизги өстүрүү эксперименти 2 L лабораториялык айнек бөтөлкөлөрдө, 1,5 L иш көлөмү менен жүргүзүлгөн. Фотобиореакторлордо %75 ашкана агынды суусу колдонулуп, жарык интенсивдүүлүгү 180 µmol фотон m⁻² s⁻¹ болуп жөнгө салынган. Жарыктандыруу 12 саат жарык/12 саат караңгы циклде болгон.

Реактор капкактарында аэрация жана басымды теңдөө порттору болгон; аба кирүүчү жерлерде 0,45 µm PTFE мембрана фильтрлери колдонулган. Экспериментте салыштыруу чөйрөсү синтетикалык BG-11 азык чөйрөсү болгон.

Агынды суу жана BG-11 чөйрөлөрүнүн экспериментке чейин 121 °C температурада 20 мүнөт автоклавда стерилизацияланганы маанилүү методологиялык жагдай. Демек, изилдөө стерилизацияланбаган чыныгы ашкана агынды суусунун ачык чөйрөдө же талаа шарттарында иштешин түздөн-түз көрсөтпөйт.

Фотобиореактордо биомасса канчалык өстү?

Негизги экспериментте агынды суу тобунун OD₆₀₀ мааниси баштапкы 0,05 ± 0,00 деңгээлинен 18-күнүндө 1,88 ± 0,01 деңгээлине көтөрүлгөн. Кургак биомасса ошол эле мезгилде 18-күнүндө 1,48 ± 0,01 g/L менен эң жогорку мааниге жетип, 20-күнүндө 1,47 ± 0,01 g/L болуп өлчөнгөн.

BG-11 тобунда кургак биомасса 20-күнүндө болгону 0,52 ± 0,01 g/L маанисине жеткен. Агынды суу чөйрөсүндө биомасса өндүрүмдүүлүгү 0,071 ± 0,003 g L⁻¹ күн⁻¹, BG-11 тобунда болсо 0,023 ± 0,002 g L⁻¹ күн⁻¹ деп эсептелген.

Агынды суудагы азык заттар канчалык деңгээлде кетирилди?

20 күндүк өстүрүүнүн аягында ашкана агынды суусунда нитратты кетирүү %92,12 ± 2,32, фосфатты кетирүү %90,05 ± 2,15 жана COD кетирүү %83,00 ± 1,25 деп билдирилген.

COD концентрациясы 342,4 ± 5,2 mg/L маанисинен 58,2 ± 3,5 mg/L маанисине төмөндөгөн. Изилдөөчүлөр органикалык көмүртектин колдонулушун Spirulina организминдеги миксотрофтук өсүү жөндөмү менен байланыштырышат. Миксотрофия фотосинтез менен катар чөйрөдөгү органикалык көмүртек булактары да метаболизмде колдонулушу мүмкүн экенин билдирет.

Бул жерде булак ичиндеги баяндоо шайкешсиздиги бар. Талкуу бөлүмүндө фосфатты кетирүү нитраттан “бир аз жогору” деп айтылганына карабастан, эксперименттик Table 3 маанилери тескерисин көрсөтөт: нитрат %92,12, фосфат %90,05. Verianla сандык жыйынтык катары Table 3 маанилерин негиз катары алып, тексттеги карама-каршы билдирүүнү өзгөртпөй өзүнчө белгилейт.

Каротиноид өндүрүшүндө эмне болду?

Ашкана агынды суусунда өстүрүлгөн биомассанын жалпы каротиноид түшүмү 21,81 ± 1,15 mg g⁻¹ кургак салмак деп өлчөнгөн. BG-11 көзөмөлүндөгү маани 6,85 ± 0,45 mg g⁻¹ болуп, эки топтун ортосундагы айырма статистикалык жактан олуттуу.

Каротиноид экстракциясында 100 mg кургак биомасса 10 mL %95 этанол менен гомогенизацияланып, караңгыда бөлмө температурасында бир саат кармалып, 5000 rpm ылдамдыкта 10 мүнөт центрифугаланган. Супернатанттын абсорбциясы 470 nm толкун узундугунда Shimadzu UV-1800 спектрофотометри менен өлчөнгөн.

Булакта ушул эсептөөнүн дароо артынан берилген концентрация теңдемеси “Chlorophyll concentration” деп белгиленген; бирок анын тегерегиндеги ыкма баяны жалпы каротиноид өлчөөсүн сүрөттөйт. Булак мунун себебин түшүндүрбөгөндүктөн, бул белги Verianla тарабынан унчукпай “каротиноид” деп өзгөртүлбөйт.

Биомассанын курамы кантип өзгөрдү?

Агынды сууда өстүрүлгөн биомассанын белок үлүшү BG-11 көзөмөлүнөн төмөн, липид үлүшү болсо статистикалык жактан олуттуу жогору. Көмүрсуу маанилери үчүн булак таблицасындагы статистикалык тамга топтору эки шарттын ортосунда олуттуу айырма жок экенин көрсөтөт.

Натыйжалар эмне үчүн мындай болушу мүмкүн?

Авторлордун механизмдик түшүндүрмөсүнө ылайык, %75 суюлтуу агынды суудагы азык заттарды өсүүнү колдой турган деңгээлде сактап, %100 агынды сууда пайда болушу мүмкүн болгон аммиак жана органикалык жүктүн басымын азайткан. Кыскача бөлүмдө чөйрөнүн болжол менен C:N:P ≈ 30:4:1 стехиометриясына ээ экени жана миксотрофтук шарттар биомассанын сапатына жана каротиноид өндүрүшүнө салым кошору айтылат.

180 µmol m⁻² s⁻¹ жарык интенсивдүүлүгү болсо изилдөөчүлөр тарабынан фотосинтетикалык энергия керектөөсү менен жогорку жарыкта пайда болушу мүмкүн болгон стресс ортосундагы ылайыктуу тең салмак катары чечмеленет. Бул изилдөөнүн механизмдик түшүндүрмөлөрү; молекулалык метаболикалык жолдор түз өлчөнгөн өзүнчө омикалык же ген экспрессиясы боюнча эксперимент жүргүзүлгөн эмес.

Булактын ичинде кандай шайкешсиздиктер бар?

• pH: ыкма бөлүмүндө агынды суунун pH мааниси 9,1 көрсөткүчүнө жөнгө салынганы айтылса, негизги эксперимент Table 2 бөлүгүндө баштапкы pH 7,51 ± 0,03. Булак бул айырманы түшүндүрбөйт.
• Биомасса бирдиги: Сүрөт 1, Сүрөт 2 жана Сүрөт 3 вертикалдык окторунда кургак биомасса концентрациясы “mg/L” деп көрсөтүлгөн, ал эми жыйынтык тексти жана Table 1 ошол эле маанилерди “g/L” деп берет. Бул макалада сандык таблицалар үчүн Table 1 бөлүгүндөгү g/L бирдиги сакталган.
• Азык затты кетирүү түшүндүрмөсү: талкууда фосфатты кетирүү бир аз жогору деп жазылганына карабастан, Table 3 бөлүгүндө нитратты кетирүү %92,12 менен фосфаттын %90,05 маанисинен жогору.
• Пигмент теңдемесинин белгиси: каротиноид экстракциясы бөлүмүндө 470 nm абсорбциясы менен жалпы каротиноидди эсептөө түшүндүрүлүп жатканда, андан кийинки концентрация формуласы булакта “Chlorophyll concentration” деп белгиленген.
• Организмдин аталышы: изилдөө аталышында Spirulina Platensis, негизги текстте болсо Spirulina platensis жана Spirulina sp. экөө тең колдонулган.

Изилдөө эмнени көрсөтөт, эмнени көрсөтпөйт?

Изилдөө көрсөткөн нерсе: University of Moratuwa ашканасынан алынган, фильтрленген жана стерилизацияланган агынды суу %75 катышта колдонулган лабораториялык системада Spirulina өсүшү BG-11 көзөмөлүнөн жогору болгон; нитрат, фосфат жана COD жүгү олуттуу азайып, каротиноидге бай биомасса алынган.

Изилдөө көрсөтпөгөн нерсе: Ошол эле көрсөткүч стерилизациясыз реалдуу үзгүлтүксүз ашкана агымында сакталары далилденген эмес. Система пилоттук же коммерциялык масштабга чыгарылган эмес. Узак мөөнөттүү гидравликалык туруктуулук жана толук техно-экономикалык ишке ашуучулук көрсөтүлгөн эмес. Алынган биомассанын түздөн-түз адам азыгы, нутрицевтикалык продукт же жаныбарлардын тоюту катары коопсуз экени далилденген эмес.

Түркия үчүн эмнени билдирет?

Эксперимент Шри-Ланкадагы University of Moratuwa ашкана агынды суусун колдонуу менен жүргүзүлгөн. Булакта колдонулган агызуу чектери да Шри-Ланкадагы тиешелүү экологиялык негизге ылайык бааланган. Ошондуктан бул изилдөөдөн Түркиядагы ашкана же ресторан агынды суулары үчүн түз укуктук шайкештик жыйынтыгын чыгарууга болбойт.

Түркияда окшош системаны колдонуу үчүн жергиликтүү агынды сууну COD, азот, фосфор, май жана башка булгоочу заттар боюнча мүнөздөө; стерилизация талаптарын, мезгилдик өзгөрмөлүүлүктү, патоген жана оор металл тобокелдигин, энергия керектөөсүн жана пилоттук масштабдагы көрсөткүчтү кайра текшерүү керек.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперименттик дизайндын техникалык кыскача баяны

Кургак биомасса кантип эсептелди?

Фильтр үстүндө кургатылган биомассаны колдонуп, концентрация төмөнкү теңдеме менен эсептелген:

\[ DW_n=\frac{W_f-W_i}{V} \]

Бул жерде DW_n n-күндөгү биомасса концентрациясын, W_f биомасса менен бирге кургатылган фильтрдин акыркы массасын, W_i фильтрдин баштапкы массасын жана V үлгүнүн көлөмүн билдирет.

Азык затты кетирүү натыйжалуулугу кантип эсептелди?

Нитрат, фосфат жана ушуга окшош COD кетирүү үчүн колдонулган теңдеме:

\[ RE(\%)=\frac{C_i-C_f}{C_i}\times100 \]

Бул жерде C_i баштапкы концентрацияны, C_f болсо акыркы концентрацияны билдирет.

Каротиноид өлчөөсү

Жалпы пигмент экстрактынын 470 nm абсорбциясы өлчөнүп, булакта төмөнкү концентрация байланышы берилген:

\[ C=\frac{A\times1000}{E\times d} \]

\[ Y=\frac{C}{DW} \]

A 470 nm абсорбциясы, E этанолдогу экстинкция коэффициенти, d 1 cm оптикалык жол узундугу жана DW кургак биомассанын салмагы. Булак бул биринчи теңдемени “Chlorophyll concentration” деп белгилегенине карабастан, тегерегиндеги ыкма жалпы каротиноид анализин түшүндүрөт; бул редакциялык шайкешсиздик бул жерде сакталат.

Негизги экспериментте кургак биомассанын убакыт боюнча өзгөрүшү

Table 1 бөлүгүндөгү маалыматка ылайык, эки топ башында бирдей кургак биомасса концентрациясына ээ болуп, 8-күндөн баштап ачык айырмалана баштаган. Агынды суу тобунда маани 18-күнүндө 1,48 g/L менен чокуга жетсе, BG-11 тобу 20-күнүндө 0,52 g/L деңгээлинде болгон.

Азык зат жана органикалык жүктү кетирүү

COD боюнча ашкана агынды суусунун баштапкы концентрациясы 342,4 ± 5,2 mg/L маанисинен 20-күнүндө 58,2 ± 3,5 mg/L маанисине төмөндөгөн.

Өндүрүмдүүлүк жана биохимиялык курам

Изилдөөнүн негизги илимий чектери

• Эксперимент лабораториялык масштабдагы 2 L фотобиореакторлордо жүргүзүлгөн.
• Колдонулган чөйрөлөр экспериментке чейин автоклав менен стерилизацияланган.
• Агынды суу бир гана мекемелик тамактануу объектинен алынган.
• Эксперименттер үч кайталоо менен жүргүзүлгөн.
• Пилоттук же өнөр жай масштабындагы узак мөөнөттүү изилдөө жүргүзүлгөн эмес.
• Гидравликалык туруктуулук жана толук техно-экономикалык ишке ашуучулук тастыкталган эмес.
• Биомассаны тоют же адам керектөөсү үчүн колдонууга зарыл болгон кеңири оор металл, патоген жана башка коопсуздук скринингдери аяктаган эмес.

Булак жана Ыкма Эскертүүсү

Оригиналдуу изилдөөнүн толук аталышы: Valorization of Canteen Wastewater Through Optimized Spirulina Platensis Cultivation for Enhanced Carotenoid Production and Nutrient Removal

Авторлор: Charith Akalanka Dodangodage; Geethaka Nethsara Gamage; Induwara Arsith Wijesekara; Jagath C. Kasturiarachchi; Thilini A. Perera; Dilan Rajapakshe; Rangika Umesh Halwatura.

Жооптуу автор: Charith Akalanka Dodangodage.

Мекемелер: Department of Civil Engineering, University of Moratuwa, Sri Lanka; Department of Applied Sciences, Sri Lanka Institute of Information Technology, Sri Lanka; Department of Plant Sciences, University of Colombo, Sri Lanka; KU Innovation Park, University of Kansas, USA.

Журнал: Phycology.

Басмакана: MDPI, Basel, Switzerland.

Том / сан / макала номери: 6(1), 15.

DOI: 10.3390/phycology6010015.

Расмий шилтеме:https://doi.org/10.3390/phycology6010015

Келип түшкөн дата: 10 Ноябрь 2025.

Ревизия датасы: 12 Декабрь 2025.

Кабыл алынган дата: 23 Декабрь 2025.

Жарыяланган дата: 14 Январь 2026.

Булак түрү жана рецензия: Рецензияланган эксперименттик изилдөө макаласы.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Каржылоо: Авторлор изилдөө тышкы каржылоо албаганын билдиришкен.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Изилдөөдө берилген маалыматтар макала жана Supplementary Material ичинде жеткиликтүү экени көрсөтүлгөн.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Автордук салымдар: Концептуалдаштыруу, ыкма, текшерүү, формалдуу анализ, изилдөө, маалыматтарды иреттөө жана баштапкы долбоор Charith Akalanka Dodangodage тарабынан жүргүзүлгөн. Карап чыгуу жана редакциялоого Jagath C. Kasturiarachchi, Thilini A. Perera, Dilan Rajapakshe жана Rangika Umesh Halwatura; визуалдаштырууга Charith Akalanka Dodangodage, Induwara Arsith Wijesekara жана Geethaka Nethsara Gamage салым кошкон. Кеңеш берүү Jagath C. Kasturiarachchi, Thilini A. Perera, Dilan Rajapakshe жана Rangika Umesh Halwatura; долбоорду башкаруу Rangika Umesh Halwatura тарабынан жүргүзүлгөн.

Кошумча материал: Булак ар башка агынды суу суюлтууларындагы OD₆₀₀ профили, ар башка жарык интенсивдүүлүктөрүндөгү оптикалык тыгыздык, %75 ашкана агынды суусундагы кеңири pH өзгөрүүсү жана оптималдаштырылган шарттардагы OD₆₀₀ маанилери үчүн кошумча сүрөт жана таблица сунуштайт.

Илимий мазмундун камтуусу: Бул Verianla макаласындагы эксперименттик жыйынтыктар, сандык маанилер, ыкмалар жана механизмдик түшүндүрмөлөр жүктөлгөн 18 беттик булак изилдөөгө негизделген. Тышкы булактардан изилдөөгө жаңы эксперименттик жыйынтык кошулган эмес; тышкы текшерүү библиографиялык идентификация жана жарыя статусун текшерүү максатында гана колдонулган.

Негизги методологиялык чектөө: Изилдөө 2 L лабораториялык фотобиореакторлордо, фильтрленген жана автоклавда стерилизацияланган ашкана агынды суусу колдонулуп жүргүзүлгөн. Пилоттук масштаб, узак мөөнөттүү гидравликалык иш жана толук техно-экономикалык баалоо жүргүзүлгөн эмес. Авторлор да кийинки изилдөөлөрдө пилоттук фотобиореакторлорго масштабды көбөйтүүнү жана гидравликалык туруктуулук менен экономикалык ишке ашуучулукту баалоону сунушташат.

Биомассанын коопсуздук чеги: Агынды суудан өндүрүлгөн биомассанын жогорку белок жана каротиноид камтышы анын өзүнөн-өзү тамак-аш, тоют же нутрицевтикалык колдонууга ылайыктуу экенин билдирбейт. Булак мындай колдонууга чейин оор металлдар, патогендер жана тиешелүү башка контаминанттар боюнча катуу коопсуздук скрининги жүргүзүлүшү керек экенин ачык белгилейт.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү: pH баштапкы мааниси, кургак биомасса графиктериндеги mg/L–g/L бирдик айырмасы, нитрат/фосфат кетирүү тартибине байланыштуу тексттик түшүндүрмө жана каротиноид бөлүмүндөгү “Chlorophyll concentration” теңдеме белгиси булак ичинде бири-бирине толук шайкеш эмес. Verianla бул жерлерде унчукпай оңдоо киргизбей, негизги сандык жыйынтыктарда түз таблицага киргизилген маанилерди негиз катары алган.