Influence of the Light Source on the Chlorella vulgaris Biomass Growth in the Culture Medium Supplemented with Anaerobic Digestate

• Autorzy: Dębowski Marcin , Kisielewska Marta , Kazimierowicz Joanna , Zieliński Marcin

Warianty tytułu

PL

Wpływ źródła światła na wzrost biomasy Chlorella vulgaris w medium hodowlanym opartym na wykorzystaniu odcieków pofermentacyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Many studies have proven that the type of light source and the lighting regime have significantly influenced the efficiency of microalgae biomass production and the taxonomic composition of the cultivated biomass, as well as its chemical composition. The aim of the study was to determine the influence of the light source on the productivity of Chlorella vulgaris biomass cultivating on anaerobic digestate. The criterion for dividing experiment into variants was the light source used. It was found that the light source significantly influenced the Chlorella vulgaris growth. The highest biomass production was observed in variants with the fluorescent tube-warm light (color temperature 3000K) and the LED-warm light with 2 local maximum at 450 nm and 580 nm (color temperature 6500K). In variants with the pressure sodium lamp with the essential spectrum 570-620 nm (color temperature 2700K), the production of microalgae biomass was the lowest. The removal efficiency of organic compounds expressed as COD and BOD₅ as well as ammonium and total nitrogen were dependent on the final concentration of biomass in the culture medium. In variants with the highest biomass production, the lowest concentrations of these indicators in the culture medium were observed. Phosphorus compounds were removed effectively from the culture medium regardless of the light source and the concentration of microalgae biomass.

PL

W wielu badaniach udowodniono, iż zastosowany rodzaj źródła światła i sposób oświetlenia ma wpływ na wydajność produkcji mikroglonów oraz na kształtowanie się składu taksonomicznego populacji, skład chemiczny i właściwości uzyskiwanej biomasy. Celem badań było określenie wpływu rodzaju stosowanego światła na efektywność przyrostu biomasy mikroglonów z gatunku Chlorella vulgaris w medium hodowlanym opartym na wykorzystaniu odcieków pofermentacyjnych. Kryterium podziału prac badawczych na warianty stanowiło zastosowane źródło światła. Przeprowadzone prace badawcze udowodniły istotny wpływ stosowanego źródła światła na proces przyrostu biomasy Chlorella vulgaris. Najwyższą efektywność przyrostu biomasy Chlorella vulgaris obserwowano w wariantach, w których źródło światła stanowiły świetlówki z ciepłym światłem (3000K) oraz diody LED (ciepłe światło o długości fali 450 nm i 580 nm, 6500K). Najniższe efekty technologiczne związane z przyrostem biomasy mikroglonów obserwowano w wariancie, w którym fotobioreaktory oświetlane były wysokoprężną lampą sodową o długości fali 570-620 nm (2700K). Efektywność usuwania związków organicznych wyrażona wskaźnikami ChZT i BZT₅ oraz azotu amonowego i całkowitego były zależne od końcowego stężenia biomasy mikroglonów w medium hodowlanym. W wariantach, gdzie populacja Chlorella vulgaris przyrastała najwydajniej obserwowano najniższe stężenia tych wskaźników w medium hodowlanym na zakończenie cyklu produkcyjnego. Związki fosforu usuwane były skutecznie niezależnie od stosowanego źródła światła oraz koncentracji biomasy mikroglonów w układzie technologicznym.

Słowa kluczowe

EN

microalgae; light source; anaerobic digestate; biomass production

PL

mikroglony; źródło światła; odcieki pofermentacyjne; produkcja biomasy

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: Tom 22, cz. 2
• Strony: 605--621
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dębowski Marcin

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland

autor

Kisielewska Marta

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland

autor

Kazimierowicz Joanna

• Bialystok University of Technology, Poland

autor

Zieliński Marcin

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland

Bibliografia

• Abu-Ghosh, S., Fixler, D., Dubinsky, Z., Iluz, D. (2016). Flashing light in microalgae biotechnology. Bioresource Technology, 203, 357-63.
• Baer, S., Heining, M., Schwerna, P., Buchholz, R., Hübner, H. (2016). Optimization of spectral light quality for growth and product formation in different microalgae using a continuous photobioreactor. Algal Research, 14, 109-15.
• Goksan, T., Dumaz, Y., Gokpinar, S. (2003). Effect of light paths lengths and initial culture density on the cultivation of Chaetoceros muelleri (Lemmermann, 1898). Aquaculture, 217, 431-436.
• Hashimoto, H., Sugai, Y., Uragami, C., Gardiner, AT., Cogdell, RJ. (2015). Natural and artificial light-harvesting systems utilizing the functions of carotenoids. Journal of Photochemistry Photobiology, C, 25, 46-70.
• Kim, DG., Lee, C., Park, SM., Choi, YE. (2014). Manipulation of light wavelength at appropriate growth stage to enhance biomass productivity and fatty acid methyl esteryield using Chlorella vulgaris. Bioresource Technology, 159, 240-8.
• Liu, J., Song, Y., Qiu, W. (2017). Oleaginous microalgae Nannochloropsis as a new model for biofuel production: review and analysis. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 72, 154-62.
• Melis, A., Neidhardt, J., Benemann, J.R. (1999). Dunaliella salina (Chlorophyta) with small chlorophyll antenna size exhibit higher photosynthetic productivities and photon use efficiencies than normally pigmented cells. Journal of Applied Phycology, 10, 515-525.
• Moheimani, NR., Parlevliet, D. (2013). Sustainable solar energy conversion to chemical and electrical energy. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 27, 494-504.
• Ogbonna, J.C., Tanaka, H. (2000). Light requirement and photosynthetic cell cultivation – development of processes for efficient light utilization in photobioreactors. Journal of Applied Phycology, 12, 207-218.
• Pawar, S. (2016). Effectiveness mapping of open raceway pond and tubular photobioreactors for sustainable production of microalgae biofuel. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 62, 640-53.
• Peter, S.C., Schulze, Luısa, A., Barreira, Hugo G.C., Pereira, Jose A., Perales, Joao C.S., Varela. (2014). Light emitting diodes (LEDs) applied to microalgal production. Trends in Biotechnology, 32(8), 422-430.
• Pruvost, J., Cornet, JF., Le Borgne, F., Goetz, V., Legrand, J. (2015). Theoretical investigation of microalgae culture in the light changing conditions of solar photobioreactor production and comparison with cyanobacteria. Algal Research, 10, 87-99.
• Pruvost, J., Le Gouic, B., Lepine, O., Legrand, J., Le Borgne, F. (2016). Microalgae culture in building-integrated photobioreactors: biomass production modelling and energetic analysis. Chemical Engineering Journal, 284, 850-61.
• Schulze, P.S.C., Barreira, L.A., Pereira, H.G.C., Perales, J.A., Varela, J.C.S. (2014). Light emitting diodes (LEDs) applied to microalgal production. Trends in Biotechnol, 14, 422-30.
• Singh, P., Kumari, S., Guldhe, A., Misra, R., Rawat, I., Bux, F. (2016). Trends and novel strategies for enhancing lipid accumulation and quality in microalgae. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 55, 1-16.
• Szwaja, S., Dębowski, M., Zieliński, M., Kisielewska, M., Stańczyk-Mazanek, E., Sikorska M. (2016). Influence of a light source on microalgae growth and subsequent anaerobic digestion of harvested biomass. Biomass and Bioenergy, 91, 243-249.
• Teo, CL., Atta, M., Bukhari, A., Taisir, M., Yusuf, AM., Idris, A. (2014). Enhancing growth and lipid production of marine microalgae for biodiesel production via the use of different LED wavelengths. Bioresource Technology, 162, 38-44.
• Torzillo, G., Pushparaj, B., Masojidek, J., Vonshak, A. (2003). Biological constraints in algal biotechnology. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 8, 339-348
• Vadiveloo, A., Moheimani, NR., Cosgrove, JJ., Bahri, PA., Parlevliet, D. (2015). Effect of different light spectra on the growth and productivity of acclimated Nannochloropsis sp. (Eustigmatophyceae). Algal Research, 8, 121-7.
• Vitova, M., Bisova, K., Kawano, S., Zachleder, V. (2015). Accumulation of energy reserves in algae: from cell cycles to biotechnological applications. Biotechnology Advances, 33, 1204-18.
• Wang, S-K., Stiles, AR., Guo, C., Liu, C-Z. (2014). Microalgae cultivation in photobioreactors: an overview of light characteristics. Engineering in Life Science, 14, 550-9.
• Wobbe, L., Bassi, R., Kruse, O. (2016). Multi-level light capture control in plants and green algae. Trends in Plant Science, 21, 55-68.
• Zhao, C., Brück, T., Lercher, JA. (2013). Catalytic deoxygenation of microalgae oil to green hydrocarbons. Green Chemicstry, 15, 1697-2012.
• Zhu, X.G., Long, S.P., ort, D.R. (2008). What is the maximum efficiency with which photosynthesis can convert solar energy into biomass? Current Opinion in Biotechnology, 2(19), 153-159. DOI: 10.1016/j.copbio.2008.02.004, http://dx.doi.org/10.1016/j.copbio.2008.02.004.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).