Optimerad odling av Chlorella vulgaris-alger med näring från avloppsvatten från odling av fisken tilapia kan vara en bas för produktion av bioetanol.
Av: Jörgen Hanaeus
Processande av grönsaker och fisk för konsumtionsändamål genererar näringsrikt avloppsvatten. Ett alternativ till anaerob behandling av detta avlopp som bättre kan tillvarata fosfor och kväve är odling av alger.
I föreliggande studie har därför undersökts gynnsamma parametrar för odling av mikroalgen Chlorella vulgaris i avloppsvatten från dammodling av fisken tilapia. I thailändskt klimat befanns odlingsdjupet 20 cm och uppehållstiden 12 dygn vara lämpliga förhållanden för sådan odling.
Bakgrund
Avloppsvatten från fisk- och grönsaksberedning är rikt på organiskt material, vilket gör anaerob behandling till ett gott alternativ. Höga kväve- och fosforhalter gör det dock intressant att söka alternativ och ett sådant är att använda mikroalger i processen. Mikroalger kan användas till fisk- eller djurföda eller användas för produktion av bioetanol.
Bland mikroalger som kan passa ovannämnda syften kan nämnas Spirulina, Chlorella och Scenedesmus. Här valdes Chlorella för fortsatta studier.
Försök
Det avloppsvatten som nyttjades i försöken hämtades från grönsaks-, frukt- och fiskkonservering, vars avlopp behandlats med rötning följd av luftad damm till BOD 25-35 mg/L, COD 65-80 mg/L och pH 6,5-7,2.
Fyra initialkoncentrationer av Chlorella vulgaris provades: 2,5,10 och 20 %. Den initiala koncentrationen kultiverades sedan i en 100 L damm och vattendjupen 20, 30 och 40 cm provades. Celltillväxten mättes var tredje dygn under 15 dygn. Därefter skördades algerna, torkades och maldes till pulver som analyserades och blandades med kommersiella fiskpellets.
Tilapiafisk odlades i kassar under tre månader i en biodamm enligt två alternativ: I det ena tillsattes kommersiella fiskpellets, i det andra tillsattes kommersiella fiskpellets plus 3 % torkade alger. Utfodringen gjordes två ggr om dagen och justerades efter månatlig fiskvägning, där tillväxten bestämdes. Vattentemperaturen var ca 24 ͌C.
Vattenkvaliteten: näringsinnehåll plus 4 tungmetaller, analyserades vid starten, därefter var 14 dag.
Resultat
De mikroalger som studerades i mikroskop bedömdes tillhöra Chlorella sp., sfäriska med diameter 2-15 µm och förekomst såväl i kluster som individer. Algerna placerades i 500 mL kolvar och tillfördes utgående vatten från grönsaks- och fiskodling.
Algerna tillväxte stabilt under de 15 dygnen. Startkoncentrationen 20 % gav högst tillväxt från start, mätt i optisk densitet (560 nm) och celldensitet men efter 10 dygn (opt dens.(OD) 0,32; cell dens. 12,4 * 105 celler/mL) vände den kurvan nedåt och man förklarar det med algdöd pga för lite inkommande näring och för hög och ljusavskärmande koncentration. Gröna alger dominerande bottenslammet.
Med den initiala koncentrationen 10 % växte algkoncentrationen till det 16 dygnet och nådde OD 0,42 och celldensiteten 16,1*105 celler/mL. Initial koncentration av 10 % valdes i det fortsatta, där en 100 L damm av cement användes. Där testades olika vattendjup under 15 dygn och där befanns 20 cm vara gynnsammast relativt de högre värdena. Efter 15 dygn var OD som högst, 0,55, liksom celldensiteten, 18,1* 105 celler/mL.
Dagarna 0-3 var tillväxten långsam men ökade tydligt under dagarna fram till den 12:e för att sedan avta något till dag 15. Ur skördesynpunkt bedömdes dag 12 vara gynnsammast då endast ett fåtal döda celler påträffades plus att chlorellin-innehållet var lägre än dagarna efter.
Ett försök gjordes i 100 L-dammen med de funna, gynnsamma värdena: Initial algkoncentration 10 %, vattendjup 20 cm och skörd efter 12 dygn. Då nåddes ett OD-värde av 0,65 och en celldensitet av 17,7 celler/mL.
Vid jämförelse av fisktillväxt (tilapias) med tillsats av kommersiella pellets; alternativt sådana plus 3 % torkade alger från optimal dammproduktion enligt föregående. Tillväxten var i det första fallet 2,16 %/d, i det andra fallet 2,37 %/d.
Slutsatser
Lämplig Chlorella miljö i avloppsvatten från grönsaks- och fiskprocessande industri var 10 % startkoncentration, dammdjup 20 cm och tid till skörd 12 d. Försök med fermentering av algmassan visade att producerad jäst hade den högsta etanolkoncentrationen; efter 96 h fermentering uppnåddes etanolkoncentrationen, 33,2 g/L.
Källa: Bhuyar, P.1,2), Trejo, M.1,2), Dussadee, N. 1), Unpaprom, Y.2,3), Ramaraj, R.1,2) & Whangchai, K. 4) : Microalgae cultivation in wastewater effluent from tilapia culture pond for enchanced bioethanol production. Water Science & Technology (2021) 84 (10-11): 2686–2694.
1) School of Renewable Energy, Maejo University, Chiang Mai 50 290, Thailand.
2) Sustainable Resources and Sustainable Engineering Research Lab, Maejo University, Chiang Mai 50 290, Thailand.
3) Program in Biotechnology, Faculty of Science, Maejo University, Chiang Mai 50 290, Thailand.
4) Center of Excellence in Bioresources for Agriculture, Industry and Medicine, Chiang Mai University, Chiang Mai 50 200
Kontakt: whangchaikanda [a] gmail.com
