Utafiti huu unachunguza kama maji taka yenye virutubisho vingi kutoka kantini ya chuo kikuu yanaweza kutathminiwa si tu kama taka ya kioevu inayohitaji kutibiwa, bali pia kama rasilimali inayoweza kutumika katika ukuzaji wa Spirulina. Watafiti walijaribu viwango tofauti vya uchanganyaji wa maji taka ya kantini na viwango tofauti vya mwanga ili kubaini hali bora za ukuzaji, kisha wakalinganisha hali zilizochaguliwa na medium sintetiki ya BG-11 katika photobioreactors za maabara za 2 L.

Hali bora ilibainishwa kuwa %75 maji taka ya kantini na nguvu ya mwanga ya 180 µmol photon m⁻² s⁻¹. Katika hali hii, productivity ya biomassa ilikuwa 0,071 g L⁻¹ siku⁻¹, huku katika control ya BG-11 ikiwa 0,023 g L⁻¹ siku⁻¹. Katika siku ya 20 ya jaribio kuu, mkusanyiko wa biomassa kavu ulikuwa 1,47 ± 0,01 g/L katika mazingira ya maji taka ya kantini na 0,52 ± 0,01 g/L katika kundi la control.

Katika mazingira ya maji taka, uondoaji wa nitrate uliripotiwa kuwa %92,12 ± 2,32, uondoaji wa phosphate %90,05 ± 2,15 na uondoaji wa chemical oxygen demand (COD) %83,00 ± 1,25. Wakati huo huo, biomassa iliyokuzwa katika maji taka ilikuwa na carotenoid ya 21,81 ± 1,15 mg g⁻¹ uzito kavu; katika control ya BG-11 thamani ilikuwa 6,85 ± 0,45 mg g⁻¹.

Matokeo yanaonyesha kwamba maji taka ya kantini yanaweza kuondolewa virutubisho na wakati huo huo kutumika kuzalisha biomassa yenye pigment, protein na lipid katika mchakato mmoja. Hata hivyo, jaribio lilifanywa kwa kiwango cha 2 L na maji taka yaliyosterilishwa. Hakukuwa na uthibitishaji wa pilot au kituo cha kiwango kamili; tathmini za usalama kuhusu heavy metals, pathogens na contaminants nyingine zinazohitajika kuthibitisha matumizi salama ya biomassa hiyo kwa chakula, feed au nutraceuticals hazijakamilika.

Kwa nini maji taka ya kantini yalitathminiwa kama rasilimali?

Maji taka ya kantini na jikoni za taasisi yanaweza kuwa na organic matter, mafuta, nitrogen na phosphorus. Wazo kuu la utafiti ni kubadilisha vipengele hivi kuwa chanzo cha virutubisho kwa ukuzaji wa microalgae au cyanobacteria badala ya kuviona tu kama mzigo wa mazingira.

Maji taka yaliyotumiwa katika utafiti yalichukuliwa kutoka kituo cha chakula cha University of Moratuwa. Sampuli zilikusanywa katika vyombo vya polyethylene vilivyosterilishwa, zikasafirishwa juu ya barafu na kushughulikiwa ndani ya saa 24. Suspended solids ziliondolewa kwa glass microfiber filters zenye pore size ya 1,2 µm.

Katika maji taka ya kantini yaliyotambuliwa katika chanzo, COD iliripotiwa kuwa katika safu ya 420–480 mg/L, nitrate 8–12 mg/L na phosphate 5–7 mg/L. Thamani ya awali ya COD ya maji taka yaliyopunguzwa hadi %75 na kuchaguliwa kwa jaribio ilikuwa 342,4 mg/L.

Kwa nini Spirulina ilitumika?

Utafiti unategemea uwezo wa biomassa ya photosynthetic inayoitwa Spirulina kutumia virutubisho kama nitrogen na phosphorus katika maji taka kwa ukuaji wa seli. Hivyo, upande mmoja virutubisho huondolewa, na upande mwingine biomassa yenye protein, lipid na pigment hutengenezwa.

Kuna maelezo muhimu katika istilahi za chanzo: katika kichwa na baadhi ya sehemu neno Spirulina platensis linatumika, huku katika materials-methods na baadhi ya tables za matokeo organism ikiitwa Spirulina sp.. Imeelezwa kwamba pure culture ilipatikana kutoka Progreen Laboratory, University of Moratuwa, lakini chanzo hakitoi uthibitishaji wa kina wa molecular species/strain. Kwa hiyo, Verianla inahifadhi majina yaliyotumika katika chanzo bila kuyabadilisha.

Ni viwango gani vya uchanganyaji vilijaribiwa kwanza?

Watafiti walijaribu maji taka ya kantini kwa viwango vya ujazo vya %25, %50, %75 na %100. Kwa kila hali, 400 mL working volume ilitumika katika 500 mL Erlenmeyer flasks, huku BG-11 synthetic medium ikitumika kama control.

Katika hatua ya screening, cultures zilikuzwa katika 32 °C, kwa mzunguko wa saa 12 mwanga na saa 12 giza, chini ya aeration endelevu na nguvu ya mwanga ya 100 µmol photon m⁻² s⁻¹. Ukuaji ulifuatiliwa kila baada ya saa 48 kwa optical density na dry weight.

Hali ya %75 maji taka ilionyesha ukuaji endelevu zaidi na katika siku ya 19 thamani ya OD₆₀₀ ilifikia 1,09. Biomassa kavu ilipimwa kuwa 0,92 g/L na ilikuwa juu kwa kiwango cha maana kuliko 0,71 g/L katika control ya BG-11.

%100 maji taka ilionyesha ukuaji mkubwa mwanzoni, lakini baada ya takribani siku ya 14 utendaji ulipungua. Watafiti wanahusisha hili na mzigo mkubwa wa virutubisho na organic matter pamoja na uwezekano wa ammonia toxicity. Katika hali za %25 na %50, biomassa kavu ya juu zaidi ilibaki takribani 0,46 na 0,64 g/L kwa mtiririko huo.

Nguvu ya mwanga iliboreshwaje?

Katika hatua ya pili ya screening, nguvu za mwanga za 60, 120, 180 na 240 µmol photon m⁻² s⁻¹ zililinganishwa. Hali ya 180 µmol m⁻² s⁻¹ ilitoa matokeo ya juu zaidi katika siku ya 16, ikiwa na takribani 1,05 g/L biomassa.

Katika hali za 180 na 240 µmol m⁻² s⁻¹, hakukuwa na tofauti yenye maana ya takwimu kati ya thamani za OD₆₀₀ (p > 0,05). Kwa kuwa mwanga wa juu zaidi haukutoa faida ya ziada ya ukuaji, watafiti walichagua 180 µmol m⁻² s⁻¹ kwa jaribio kuu huku wakizingatia pia matumizi ya nishati.

Jaribio kuu lilifanywaje?

Jaribio kuu la ukuzaji lilifanywa katika chupa za maabara za kioo za 2 L zenye working volume ya 1,5 L. Photobioreactors zilitumia %75 maji taka ya kantini na nguvu ya mwanga ikawekwa kuwa 180 µmol photon m⁻² s⁻¹. Mwangaza ulikuwa katika mzunguko wa saa 12 mwanga/saa 12 giza.

Vifuniko vya reactor vilikuwa na ports za aeration na kusawazisha pressure; 0,45 µm PTFE membrane filters zilitumika kwenye air inlets. Medium ya kulinganisha katika jaribio ilikuwa synthetic BG-11 medium.

Ni maelezo muhimu ya kimbinu kwamba maji taka na media za BG-11 ziliwekwa autoclave katika 121 °C kwa dakika 20 kabla ya jaribio. Kwa hiyo, utafiti hauonyeshi moja kwa moja utendaji wa maji taka halisi ya kantini yasiyosterilishwa katika mazingira ya wazi au hali za shambani.

Biomassa iliongezeka kiasi gani katika photobioreactor?

Katika jaribio kuu, thamani ya OD₆₀₀ ya kundi la maji taka iliongezeka kutoka kiwango cha awali cha 0,05 ± 0,00 hadi 1,88 ± 0,01 katika siku ya 18. Biomassa kavu katika kipindi hicho ilifikia thamani ya juu ya 1,48 ± 0,01 g/L katika siku ya 18 na ikapimwa kuwa 1,47 ± 0,01 g/L katika siku ya 20.

Katika kundi la BG-11, biomassa kavu ilifikia 0,52 ± 0,01 g/L tu katika siku ya 20. Productivity ya biomassa katika mazingira ya maji taka ilikokotolewa kuwa 0,071 ± 0,003 g L⁻¹ siku⁻¹, huku katika kundi la BG-11 ikiwa 0,023 ± 0,002 g L⁻¹ siku⁻¹.

Virutubisho katika maji taka viliondolewa kwa kiwango gani?

Baada ya siku 20 za ukuzaji, uondoaji wa nitrate katika maji taka ya kantini uliripotiwa kuwa %92,12 ± 2,32, phosphate %90,05 ± 2,15 na COD %83,00 ± 1,25.

Mkusanyiko wa COD ulipungua kutoka 342,4 ± 5,2 mg/L hadi 58,2 ± 3,5 mg/L. Watafiti wanahusisha matumizi ya organic carbon na uwezo wa Spirulina wa kukua kwa mixotrophic mode. Mixotrophy humaanisha kwamba pamoja na photosynthesis, vyanzo vya organic carbon vilivyopo katika mazingira vinaweza pia kutumiwa katika metabolism.

Kuna kutokubaliana kwa maelezo ndani ya chanzo. Ingawa sehemu ya discussion inasema uondoaji wa phosphate ulikuwa “juu kidogo” kuliko nitrate, thamani za majaribio katika Table 3 zinaonyesha kinyume: nitrate %92,12, phosphate %90,05. Verianla inatumia thamani za Table 3 kama matokeo ya kiasi na inataja kando kauli inayokinzana katika maandishi bila kuisahihisha.

Nini kilitokea katika uzalishaji wa carotenoid?

Yield ya jumla ya carotenoid ya biomassa iliyokuzwa katika maji taka ya kantini ilipimwa kuwa 21,81 ± 1,15 mg g⁻¹ uzito kavu. Thamani katika control ya BG-11 ilikuwa 6,85 ± 0,45 mg g⁻¹ na tofauti kati ya vikundi viwili ilikuwa na maana ya takwimu.

Katika extraction ya carotenoid, 100 mg biomassa kavu ilihomogenishwa na 10 mL %95 ethanol, ikaachwa gizani katika room temperature kwa saa moja na kisha centrifuged kwa 5000 rpm kwa dakika 10. Absorbance ya supernatant ilipimwa katika 470 nm kwa Shimadzu UV-1800 spectrophotometer.

Katika chanzo, equation ya concentration iliyotolewa mara baada ya hesabu hii imepewa lebo “Chlorophyll concentration”; hata hivyo, maelezo ya method yanayoizunguka yanaelezea kipimo cha total carotenoid. Kwa kuwa chanzo hakielezi sababu ya hili, lebo hii haibadilishwi kimya kimya kuwa “carotenoid” na Verianla.

Muundo wa biomassa ulibadilikaje?

Asilimia ya protein katika biomassa iliyokuzwa kwenye maji taka ilikuwa chini kuliko control ya BG-11, huku lipid ikiwa juu kwa kiwango cha maana. Kwa thamani za carbohydrate, vikundi vya herufi za takwimu katika jedwali la chanzo vinaonyesha kuwa hakuna tofauti yenye maana kati ya hali mbili.

Kwa nini matokeo yanaweza kuwa hivi?

Kulingana na tafsiri ya kimakanika ya waandishi, dilution ya %75 iliweka virutubisho katika maji taka katika kiwango kinachounga mkono ukuaji huku ikipunguza shinikizo la ammonia na organic load ambalo lingeweza kutokea katika %100 maji taka. Sehemu ya abstract inapendekeza kuwa medium ilikuwa na stoichiometry ya takribani C:N:P ≈ 30:4:1 na kwamba hali za mixotrophic zilichangia ubora wa biomassa na uzalishaji wa carotenoid.

Nguvu ya mwanga ya 180 µmol m⁻² s⁻¹ ilitafsiriwa na watafiti kama balance inayofaa kati ya mahitaji ya nishati ya photosynthesis na stress inayoweza kutokea chini ya mwanga wa juu zaidi. Hizi ni tafsiri za kimakanika za utafiti; hakukuwa na jaribio tofauti la omics au gene expression lililopima moja kwa moja metabolic pathways za molekuli.

Ni kutokubaliana gani kunapatikana ndani ya chanzo?

• pH: sehemu ya method inasema pH ya maji taka ilirekebishwa hadi 9,1, huku katika jaribio kuu Table 2 pH ya awali ikiwa 7,51 ± 0,03. Chanzo hakielezi tofauti hii.
• Unit ya biomassa: kwenye vertical axes za Kielelezo 1, Kielelezo 2 na Kielelezo 3, mkusanyiko wa biomassa kavu umeonyeshwa kama “mg/L”, huku maandishi ya matokeo na Table 1 yakitoa thamani hizo hizo kama “g/L”. Katika makala hii, unit ya g/L katika Table 1 imehifadhiwa kwa tables za kiasi.
• Tafsiri ya uondoaji wa virutubisho: discussion inasema uondoaji wa phosphate ulikuwa juu kidogo, lakini katika Table 3 uondoaji wa nitrate wa %92,12 ni juu kuliko phosphate ya %90,05.
• Lebo ya equation ya pigment: sehemu ya carotenoid extraction inaeleza hesabu ya total carotenoid kwa absorbance ya 470 nm, lakini formula ya concentration inayofuata mara moja imepewa lebo “Chlorophyll concentration” katika chanzo.
• Jina la organism: kichwa cha utafiti kinatumia Spirulina Platensis, huku maandishi makuu yakitumia vyote Spirulina platensis na Spirulina sp..

Utafiti unaonyesha nini, na hauonyeshi nini?

Utafiti unaonyesha: katika mfumo wa maabara uliotumia %75 ya maji taka ya kantini ya University of Moratuwa yaliyofilteriwa na sterilized, ukuaji wa Spirulina ulikuwa juu kuliko control ya BG-11; mzigo wa nitrate, phosphate na COD ulipungua kwa kiasi kikubwa na biomassa yenye carotenoid nyingi ilipatikana.

Utafiti hauonyeshi: Haijathibitishwa kuwa utendaji huo huo utadumishwa katika discharge halisi ya kantini inayoendelea bila sterilization. Mfumo haujaongezwa hadi pilot au commercial scale. Long-term hydraulic stability na full techno-economic feasibility hazijaonyeshwa. Haijathibitishwa kuwa biomassa iliyopatikana ni salama moja kwa moja kama chakula cha binadamu, nutraceutical product au animal feed.

Ina maana gani kwa Türkiye?

Jaribio lilifanywa kwa kutumia maji taka ya kantini ya University of Moratuwa nchini Sri Lanka. Discharge limits zilizotumika katika chanzo pia zilitathminiwa kulingana na mfumo husika wa mazingira wa Sri Lanka. Kwa hiyo, utafiti huu hauwezi kutumika kutoa hitimisho la moja kwa moja la legal compliance kwa maji taka ya kantini au restaurant nchini Türkiye.

Kwa matumizi ya mfumo unaofanana nchini Türkiye, maji taka ya eneo yanahitaji kutambuliwa kwa COD, nitrogen, phosphorus, mafuta na contaminants nyingine; hitaji la sterilization, seasonal variability, pathogen na heavy metal risk, energy consumption na pilot-scale performance zinahitaji kuthibitishwa upya.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi wa muundo wa jaribio

Biomassa kavu ilikokotolewaje?

Mkusanyiko ulikokotolewa kwa kutumia biomassa iliyokaushwa kwenye filter kwa equation ifuatayo:

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

Hapa DW_n ni mkusanyiko wa biomassa katika siku ya n, W_f uzito wa mwisho wa filter iliyokaushwa pamoja na biomassa, W_i uzito wa mwanzo wa filter na V ujazo wa sampuli.

Ufanisi wa uondoaji wa virutubisho ulikokotolewaje?

Equation iliyotumika kwa uondoaji wa nitrate, phosphate na vivyo hivyo COD:

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

Hapa C_i ni mkusanyiko wa awali na C_f ni mkusanyiko wa mwisho.

Kipimo cha carotenoid

Absorbance ya 470 nm ya total pigment extract ilipimwa na uhusiano ufuatao wa concentration ulitolewa katika chanzo:

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

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

A ni absorbance ya 470 nm, E extinction coefficient katika ethanol, d optical path length ya 1 cm na DW dry biomass weight. Ingawa chanzo kinaipa equation hii ya kwanza lebo “Chlorophyll concentration”, method inayozunguka inaelezea total carotenoid analysis; kutokubaliana huku kwa editorial kumehifadhiwa hapa.

Mabadiliko ya biomassa kavu kwa muda katika jaribio kuu

Kulingana na data ya Table 1, vikundi viwili vilianza na mkusanyiko sawa wa biomassa kavu lakini vilianza kutengana wazi tangu siku ya 8. Katika kundi la maji taka, thamani ilifikia kilele cha 1,48 g/L katika siku ya 18, huku kundi la BG-11 likiwa 0,52 g/L katika siku ya 20.

Uondoaji wa virutubisho na organic load

Kwa COD, mkusanyiko wa awali wa maji taka ya kantini ulipungua kutoka 342,4 ± 5,2 mg/L hadi 58,2 ± 3,5 mg/L katika siku ya 20.

Productivity na biochemical composition

Mipaka kuu ya kisayansi ya utafiti

• Jaribio lilifanywa katika photobioreactors za maabara za 2 L.
• Media zilizotumika zilisterilishwa kwa autoclave kabla ya jaribio.
• Maji taka yalipatikana kutoka kituo kimoja cha chakula cha taasisi.
• Majaribio yalifanywa kwa marudio matatu.
• Hakukuwa na utafiti wa muda mrefu wa pilot au industrial scale.
• Hydraulic stability na full techno-economic feasibility hazijathibitishwa.
• Comprehensive screening ya heavy metals, pathogens na masuala mengine ya usalama yanayohitajika kwa matumizi ya biomassa kama feed au kwa matumizi ya binadamu haijakamilika.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la utafiti asilia: Valorization of Canteen Wastewater Through Optimized Spirulina Platensis Cultivation for Enhanced Carotenoid Production and Nutrient Removal

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

Mwandishi anayewajibika: Charith Akalanka Dodangodage.

Taasisi: 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.

Jarida: Phycology.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / nambari ya makala: 6(1), 15.

DOI: 10.3390/phycology6010015.

Kiungo rasmi:https://doi.org/10.3390/phycology6010015

Tarehe ya kupokelewa: 10 Novemba 2025.

Tarehe ya marekebisho: 12 Desemba 2025.

Tarehe ya kukubaliwa: 23 Desemba 2025.

Tarehe ya uchapishaji: 14 Januari 2026.

Aina ya chanzo na ukaguzi wa wenzao: Ni makala ya utafiti wa majaribio iliyopitia ukaguzi wa wenzao.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Waandishi waliripoti kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data zilizowasilishwa katika utafiti zinapatikana ndani ya makala na Supplementary Material.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Conceptualization, method, validation, formal analysis, investigation, data curation na original draft zilifanywa na Charith Akalanka Dodangodage. Jagath C. Kasturiarachchi, Thilini A. Perera, Dilan Rajapakshe na Rangika Umesh Halwatura walichangia review na editing; Charith Akalanka Dodangodage, Induwara Arsith Wijesekara na Geethaka Nethsara Gamage walichangia visualization. Supervision ilifanywa na Jagath C. Kasturiarachchi, Thilini A. Perera, Dilan Rajapakshe na Rangika Umesh Halwatura; project administration ilifanywa na Rangika Umesh Halwatura.

Nyenzo za ziada: Chanzo kinatoa figures na tables za ziada kwa OD₆₀₀ profile katika dilution tofauti za maji taka, optical density katika nguvu tofauti za mwanga, mabadiliko ya kina ya pH katika %75 maji taka ya kantini na thamani za OD₆₀₀ chini ya hali zilizoboreshwa.

Wigo wa maudhui ya kisayansi: Matokeo ya majaribio, thamani za nambari, methods na tafsiri za kimakanika katika makala hii ya Verianla zinategemea utafiti wa chanzo wa kurasa 18 uliopakiwa. Hakuna matokeo mapya ya majaribio kutoka vyanzo vya nje yaliyoongezwa ndani ya utafiti; external verification imetumika tu kukagua utambulisho wa kibibliografia na hali ya uchapishaji.

Kikomo kikuu cha kimbinu: Utafiti ulifanywa katika photobioreactors za maabara za 2 L kwa kutumia maji taka ya kantini yaliyofilteriwa na sterilized kwa autoclave. Pilot scale, long-term hydraulic operation na full techno-economic assessment hazikufanywa. Waandishi pia wanapendekeza kuongeza scale hadi pilot photobioreactors katika tafiti zijazo na kutathmini hydraulic stability na economic feasibility.

Kikomo cha usalama wa biomassa: Kuwa na protein na carotenoid nyingi katika biomassa inayozalishwa kutoka maji taka hakumaanishi yenyewe kwamba inafaa kwa chakula, feed au nutraceutical use. Chanzo kinaeleza wazi kwamba strict safety screening ya heavy metals, pathogens na contaminants nyingine husika inapaswa kufanywa kabla ya matumizi hayo.

Dokezo la ulinganifu wa ndani ya chanzo: Thamani ya awali ya pH, tofauti ya unit ya mg/L–g/L katika grafu za biomassa kavu, tafsiri ya maandishi kuhusu mpangilio wa uondoaji wa nitrate/phosphate na lebo ya equation ya “Chlorophyll concentration” katika sehemu ya carotenoid hazipatani kikamilifu ndani ya chanzo. Verianla haijafanya silent correction katika maeneo haya na imetumia thamani zilizowekwa moja kwa moja kwenye tables kama msingi wa matokeo makuu ya kiasi.