Cultivation Parameters Adjustment for Effective Algal Biomass Production

• Autorzy: Karło A. , Wilk A. , Ziembińska-Buczyńska A. , Surmacz-Górska J.

Warianty tytułu

PL

Określenie optymalnych warunków hodowlanych dla efektywnej produkcji biomasy glonowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Mikroglony są niewielkimi organizmami wodnymi o bardzo dużym potencjale w zakresie oczyszczania ścieków. Ma to związek z faktem, że są mało wymagające w hodowli, a do wzrostu i rozmnażania mogą z powodzeniem wykorzystywać związki biogenne zawarte w ściekach. Dodatkowo, powstająca biomasa może posłużyć jako substrat energetyczny – może zostać wykorzystana do produkcji biopaliw, takich jak biodiesel, bioetanol czy biobutanol lub jako wsad do komory fermentacji, czyli do produkcji biogazu. Ze względu na rosnące zainteresowanie pozyskiwaniem znacznych ilości biomasy glonów podjęto próbę zoptymalizowania warunków hodowlanych pozwalających na pozyskanie największej ilości surowca przetwórczego. W eksperymencie przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych serię analiz w zawiesinie, w których jako medium wzrostowe dla mikroglonów z rodzaju Chlorella wykorzystano wody z odwadniania przefermentowanych osadów ściekowych, pochodzące z Centralnej Oczyszczalni Ścieków w Gliwicach. Wody osadowe charakteryzują się wysokim stężeniem azotu nieorganicznego w postaci jonów amonowych, które z powodzeniem wykorzystywane są przez mikroglony do wzrostu. Dodatkowo ścieki takie, w porównaniu z surowymi ściekami komunalnymi, są relatywnie klarowne, dzięki czemu możliwe jest przenikanie światła w głąb medium hodowlanego. W przeprowadzonym eksperymencie wody osadowe w pierwszym etapie poddane zostały podczyszczaniu w reaktorze typu SBR, a następnie skierowane jako dopływ do reaktora glonowego. Celem badań było określenie wpływu podstawowych czynników środowiskowych na tempo wzrostu glonów, a tym samym na przyrost biomasy. W pierwszym teście analizowano wpływ gęstości optycznej hodowli na szybkość przyrostu biomasy. Zawiesinę glonów jednokomórkowych rozcieńczano medium wzrostowym odpowiednio w stosunku 1:5, 2:5, 3:5 oraz 4:5 w odniesieniu do hodowli kontrolnych. Uzyskane wyniki pozwoliły określić optymalną gęstość zawiesiny mikroglonów w reaktorze (odpowiadającą największym przyrostom biomasy, a tym samym wysokiemu usunięciu związków biogennych). Początkowe stężenie zawiesiny mikroglonów na poziomie 0,045–0,067 g/l odpowiadało największym przyrostom biomasy w próbach (tempo wzrostu odpowiednio 0,348 i 0,361 1/dzień). W drugiej serii testów analizowano dodatkowo wpływ takich czynników jak: stosunek N:P, dodatek węglanów jako źródła dwutlenku węgla oraz dodatkowe oświetlanie promieniowaniem aktywnym fotosyntetycznie (falą świetlną o długości w zakresie absorpcji chlorofilu a oraz b), w odniesieniu do próby kontrolnej, a także do uzyskanej wcześniej optymalnej gęstości zawiesiny mikroglonów. W eksperymencie wykazano również, że wody osadowe, charakteryzujące się wysokim ładunkiem nieorganicznych związków azotu i fosforu, a także obecnością metali ciężkich mogą być z powodzeniem wykorzystywane jako medium wzrostowe dla glonów z rodzaju Chlorella.

Słowa kluczowe

EN

microalgae; reject water; growth rate

PL

mikroglony; wody osadowe; przyrost biomasy

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Tom 17, cz. 1
• Strony: 275--288
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Karło A.

• Silesian University of Technology, Gliwice

autor

Wilk A.

• Silesian University of Technology, Gliwice

autor

Ziembińska-Buczyńska A.

• Silesian University of Technology, Gliwice

autor

Surmacz-Górska J.

• Silesian University of Technology, Gliwice

Bibliografia

• 1. Ankita J., Ceballos R.M., Murthy G.S.: Effects of Environmental Factors and Nutrient Availability on the Biochemical Composition of Algae for Biofuels Production: A Review. Energies, 6, 4607–4638 (2013).
• 2. Ariful H.M., Bangrak P., Sirisansaneeyakul S., Choorit W.: Factors Affecting the Biomass and Lipid production from Chlorella sp. TISTR 8990 under Mixotrophic Culture. Walailak Journal Sci&Tech, 9, 4, 347–359 (2012).
• 3. Blair M.F., Kokabian B., Gude V.G.: Light and growth medium effect on Chlorella vulgaris biomass production. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2, 665–674 (2014).
• 4. Darley W.M.: Algal biology: A physiological Approach, Basic Microbiology, Blackwell Scientific Publications, Oxford 1982.
• 5. Ferreira A.F., Ortigueira J., Alves L., Gouveia L., Moura P., Silva C.M.: Energy requirement and CO2 emissions of bioH2 production from microalgal biomass. Biomass Bioenergy, 49, 249–259 (2012).
• 6. Fogg G.E.: Algal Cultures and Phytoplankton Ecology, second edition, The University of Wisconsin Press, Madison 1975.
• 7. Gude V.G., Grant G.E., Patil P.D., Deng S.: Biodiesel production from low cost and renewable feedstock. Central European Journal of Engineering, 3, 595–605 (2013).
• 8. Hullat C., Lakaniemi A.M., Puhakka J., Thomas D.: Energy demands of nitrogen supply in mass cultivation of two commercially important microalgal species, Chlorella vulgaris and Dunaliella tertiolecta. Bioenergy Research, 5, 3, 669–684 (2012).
• 9. Janus H.M., van der Roest H.F.: Don’t reject the idea of treating reject water. Water Science and Technology, 35, 10, 27–34 (1997).
• 10. Keffer J.H., Kleinheinz G.T.: Use of Chlorella vulgaris for CO2 mitigation in a photobioreactor. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 29, 275–280 (2002).
• 11. Klausmeier C.A., Litchman E., Daufresne T., Levin S.A.: Phytoplankton stoichiometry. Ecological Research, 23, 3, 479–485 (2008).
• 12. Kokabian B., Gude V.G.: Photosynthetic microbial desalination cells (PMDCs) for clean energy, water and biomass production. Environmental Science: Processes& Impacts, 15, 2178–2185 (2013).
• 13. Lau P.S., Tam N.F.Y., Wong Y.S.: Effect of organic-N sources on algal wastewater treatment system. Resources, Conservation and Recycling, 11, 197–208 (1994).
• 14. Lavens P., Sorgeloos P.: Manual on the Production and Use of Live Food for Aquaculture. FAO Fisheries Technical Paper, 361, Corporate Document Repository 2.3.1.1–6, Ghent, Belgium 1996.
• 15. Li Y., Horsman M., Wu N., Lan C.Q., Dubois-Calero N.: Biofuels from microalgae. Biotechnology Progress, 24, 815–820 (2008).
• 16. Redfield A.C.: The biological control of chemical factors in the environment. American Scientist, 46, 3, 205–221 (1958).
• 17. Shriwastav A., Gupta S.K, Ansari F.A., Rawat I., Bux F.: Adaptability of growth and nutrient uptake potential of Chlorella sorokiniana with variable nutrient loading. Bioresource Technology, 174, 60–66 (2014).
• 18. Slade R., Bauen A.: Micro-algae cultivation for biofuels: Cost, energy balance, environmental impacts and future prospects. Biomass and Bioenergy, 53, 29–38 (2013).
• 19. Sode S., Bruhn A., Thorsten J.S. Balsby, Larsen M.M., Gotfredsen A., Rasmussen M.B.: Bioremediation of reject water from anaerobically digested waste water sludge with macroalgae (Ulva lactuca, Chlorophyta). Bioresource Technology, 146, 426–435 (2013).
• 20. Tam N.F.Y., Wong Y.S.: Effect of ammonia concentrations on growth of Chlorella vulgaris and nitrogen removal from media, Bioresource Technology, 57, 45–50 (1996)