Att odla mikroalger för att producera biomassa är ett intressant sätt att behandla avloppsvatten och att återanvända näringen. Försök i Bejing med Scenedesmus sp. ZTY1 har gett stort upptag av fosfor och kväve och ett högt lipidinnehåll i torrsubstansen vilket är intressant för biobränsleproduktion.
Av: Jörgen Hanaeus
Potentialen att avskilja näringsämnen under samtidig biomasseproduktion har undersökts för mikroalgen Scenedesmus ZTY1, som nyligen isolerats från ett avloppsverk i Bejing. Labförsök har genomförts med såväl mekaniskt som biologiskt behandlat vatten och för dessa har den maximala algtätheten 3,6*106 resp 1,9*106 celler/mL uppnåtts. En totalfosforreduktion av över 97 % och en kvävereduktion av 90 % kunde nås. Vid odling i mekaniskt behandlat avloppsvatten i 21 dygn kunde ett lipidinnehåll motsvarande 32 % av torrsubstansen uppmätas i algerna.
Bakgrund
Mikroalger anses vara en i stor skala intressant biomassa för produktion av biodiesel.
Att odla dessa industriellt kräver mycket vatten och näring; därför är möjligheten att använda kommunalt avloppsvatten tilltalande.
Förutom att lipider kan extraheras ur algbiomassan är denna en lämplig föda för djur.
Mikroalgerna måste dock vara anpassningsbara till spillvattenmiljön. Li (2010) testade 11 arter av lipidrika alger och fann att ingen av dessa växte bra i biologiskt renat avloppsvatten.
Scenedesmus sp ZTY1 (patent 7059 i China General Microbiological Culture Collection Center) isolerades av författarna från ett avloppsverk i Bejing. Tidigare undersökningar hade visat att denna alg växte bra i kommunalt avloppsvatten och den valdes alltså för fortsatta studier.
Experiment
De aktuella mikroalgerna odlades i 200 ml volym i kommunalt avloppsvatten efter tillsats av ZTY1-celler.
Försedimenterat avloppsvatten resp biologiskt behandlat avloppsvatten i en A2O process användes (Anaerob/Anoxic/Oxic följd av sedimenteringsdamm). För de två avloppsvattnen: DOC 112/28 mg/L,COD 235/41 mg/L, Tot-N 33/11 mg/L, Tot-P 8,4/1,9 mg/L, SS 162/7 mg/L, pH 7,4/7,1.
Algernas lipidinnehåll bestämdes via extraktion med kloroform/metanollösning. Triacylglycerol (TAG:s), som är det huvudsakliga råmaterialet till biodieselproduktion, analyserades sedan de producerade lipiderna lösts i isopropylalkohol.
Resultat
I det biologiskt behandlade avloppsvattnet växte algerna från initiella ca 7*105 till en stationär nivå av 1,9 *106 celler/mL på 5 dygn. Efter ca 10 dygn började koncentrationen att minska, säkert beroende på näringsbrist.
I det försedimenterade vattnet växte algerna från 7*105 till som mest 3,8*106 celler/mL och höll stabil växt under mer än 45 dygn.
Slutsatsen drogs att det näringsrikare försedimenterade vattnet lämpade sig bäst för odling av Scenedesmus sp ZTY1.
Beträffande näringsupptag från avloppsvattnet blev halterna efter odling i försedimenterat/biobehandlat avloppsvatten: DOC 31/11 mg/L, Tot-N 2,9/1,1 mg/L, Tot-P 0,07/0,05 mg/L. Det svarade mot avskiljningseffekterna 72/62 % för DOC, 93/90 % för Tot-N och 99/97 % för Tot-P.
Bakterier bedömdes assistera algerna i upptaget av DOC.
För bestämning av lipid- och TAG-innehåll valdes de alger som odlats i det näringsrikare försedimenterade vattnet. Efter 21 d hade ZTY1 nått stationär fas i effluentens lipidinnehåll av 102 mg/L och TAG-innehåll av 32,2 mg/L. Algernas torrsubstans var då 478 mg/L med lipidinnehållet 32,2 %. Detta är rimligt utifrån andra forskares försök med odling i artificiellt medium under sterila förhållanden, där värden mellan 20 och 50 % uppnåtts.
Fortsatt odling till 45 d gav ett ökat upptag av lipider och TAG; nu 162,5 resp 147,5 mg/L. Lipidernas TAG-innehåll hade alltså ökat från 31,6 till 90,7 %.
Slutsatser
Den nyligen isolerade mikroalgen Scenedesmus sp. ZTY1 visade god kapacitet för lipidupptag och näringsavskiljning i kommunalt avloppsvatten. I försedimenterat avloppsvatten nådde tillväxten 3,8*106 celler/mL. En 97 %-ig reduktion av totalfosfor samt en 90 %-ig reduktion av totalkväve nåddes.
Efter 21 dygns odling var algernas lipidinnehåll 32,2%. Fortsatt odling till 45 d ökade värdet.
Intresset för biodiesel ökar även i Sverige och det är intressant att ta del av olika infallsvinklar och vi ser gärna en uppskalning av försöken. Artikeln saknar tyvärr temperaturangivelser, men att det rör sig om rumstemperatur är en rimlig gissning.
Källa: Zhang, Tian-Yuan 1), Wu, Yin-Hu 1), Hu, Hong-Ying 1,2) (2014) Domestic wastewater treatment and biofuel production by using microalga Scenedesmus sp ZTY1, Water Science & Technology 2014;69 2492-6
Hela artikeln finns att läsa här.
1) Environmental Simulation and Pollution Control, State Key Joint Laboratory, School of Environment, Tsinghua University, Bejing 100084, China
2) State Environmental Protection Key Laboratory of Microorganism Application and Risk Control (SMARC), Graduate School at Shenzen, Tsinghua University, Shenzen 518 055, China.
Kontakt: hyhu@tsinghua.edu.chn
