Wastewater treatment with algae
Valev, Dimitar (2020-06-16)
Wastewater treatment with algae
Valev, Dimitar
(16.06.2020)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8095-6
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8095-6
Tiivistelmä
Microalgae have been under investigation as alternatives for wastewater treatment for the last 60 years. However, we are yet to see an algal based process to be trusted as a treatment strategy on a large scale. At present, recycling of the wastewaters and nutrient utilization have been solidified as main objectives in wastewater treatment in European Union. The metabolism of microalgae and cyanobacteria enables them to assimilate and store inorganic nutrients in their biomass. Therefore, under the new wastewater treatment objectives microalgae might present a promising solution.
The present work investigates the possibility of using algal biomass grown in wastewater for the production of a high value compound eicosapentaenoic acid (EPA), a type of Omega-3 fatty acid. The heterokont microalgae Nannochloropsis oculata (Eustigmataceae) were successfully grown in wastewaters from a paper/pulp mill, and we show that EPA content stayed at the same level as in microalgae grown in control conditions.
Furthermore, a stable wastewater treatment process was established in an upscale tubular photobioreactor (PBR) with the microalgae Ettlia oleoabundans (Chlorophyceae), achieving 99.6 % and 75 % phosphate and ammonium removal efficiencies, respectively. The work points out the importance of wastewater pretreatment and wastewater optimization in order to achieve a reliable wastewater treatment process with microalgae.
Finally, the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 and its sigma factor mutants were investigated in order to evaluate potential stress induced by the wastewaters. The experiments revealed that sigma factor D (sigD) may play an important role in acclimation to wastewaters and its over expression might give an edge of the photosynthetic cells used for wastewater treatment in outdoor conditions. Levien käyttöä vaihtoehtoisena jätevedenpuhdistusmenetelmä on tutkittu jo 60 vuoden ajan, mutta suurimittakaavainen leväprosessi ei silti ole vielä missään käytössä. Euroopan Unioni pitää jätevesien kierrätystä ja niiden sisältämien ravinteiden talteenottoa jätevedenpuhdistuksen tärkeimpinä päämäärinä. Levät ja syanobakteerit ovat lupaava ratkaisuvaihtoehto jätevedenpuhdistukseen, koska niiden aineenvaihdunta mahdollistaa epäorgaanisten ravinteiden assimilaation ja varastoitumisen biomassaan.
Käsillä olevassa työssä tutkittiin mahdollisuutta jätevedessä tuotettavan leväbiomassan käyttämiseen eikosapentaeenihapon (EPA) tuottamiseen. EPA on markkina-arvoltaan merkittävä omega-3-rasvahappo. Heterokonta-ryhmään kuuluvan Eustigmataceae-heimon Nannochloropsis oculata -levää kasvatettiin onnistuneesti selluloosa- ja paperitehtaan jätevedessä, ja EPA:n määrä biomassassa säilyi levissä samalla tasolla kuin kontrollioloissa kasvatetuissa levissä.
Työssä rakennettiin stabiili jätevedenpuhdistusprosessi, jossa Ettlia oleoabundans -nimistä viherlevää (Chlorophyceae) kasvatettiin suuressa putkifotobioreaktorissa. Prosessi poisti jäteveden fosfaatista 99.6 % ja ammoniumista 75 %. Työ osoitti, että jäteveden esikäsittely ja ravinnepitoisuuden optimointi ovat toimivan käsittelyprosessin edellytyksiä.
Lopuksi työssä tutkittiin myös Synechocystis sp. PCC6803 -syanobakteerin ja erityisesti sen sigmatekijämutanttien toimivuutta jätevedenpuhdistuksessa erityisesti jäteveden aiheuttaman stressin kannalta. Kokeet osoittivat sigD-sigmatekijän näyttelevän tärkeää roolia syanobakteerin akklimaatiossa. Työn perusteella SigD:n ylituotto voisi parantaa syanobakteerin käyttömahdollisuuksia ulko-olosuhteissa.
The present work investigates the possibility of using algal biomass grown in wastewater for the production of a high value compound eicosapentaenoic acid (EPA), a type of Omega-3 fatty acid. The heterokont microalgae Nannochloropsis oculata (Eustigmataceae) were successfully grown in wastewaters from a paper/pulp mill, and we show that EPA content stayed at the same level as in microalgae grown in control conditions.
Furthermore, a stable wastewater treatment process was established in an upscale tubular photobioreactor (PBR) with the microalgae Ettlia oleoabundans (Chlorophyceae), achieving 99.6 % and 75 % phosphate and ammonium removal efficiencies, respectively. The work points out the importance of wastewater pretreatment and wastewater optimization in order to achieve a reliable wastewater treatment process with microalgae.
Finally, the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 and its sigma factor mutants were investigated in order to evaluate potential stress induced by the wastewaters. The experiments revealed that sigma factor D (sigD) may play an important role in acclimation to wastewaters and its over expression might give an edge of the photosynthetic cells used for wastewater treatment in outdoor conditions.
Käsillä olevassa työssä tutkittiin mahdollisuutta jätevedessä tuotettavan leväbiomassan käyttämiseen eikosapentaeenihapon (EPA) tuottamiseen. EPA on markkina-arvoltaan merkittävä omega-3-rasvahappo. Heterokonta-ryhmään kuuluvan Eustigmataceae-heimon Nannochloropsis oculata -levää kasvatettiin onnistuneesti selluloosa- ja paperitehtaan jätevedessä, ja EPA:n määrä biomassassa säilyi levissä samalla tasolla kuin kontrollioloissa kasvatetuissa levissä.
Työssä rakennettiin stabiili jätevedenpuhdistusprosessi, jossa Ettlia oleoabundans -nimistä viherlevää (Chlorophyceae) kasvatettiin suuressa putkifotobioreaktorissa. Prosessi poisti jäteveden fosfaatista 99.6 % ja ammoniumista 75 %. Työ osoitti, että jäteveden esikäsittely ja ravinnepitoisuuden optimointi ovat toimivan käsittelyprosessin edellytyksiä.
Lopuksi työssä tutkittiin myös Synechocystis sp. PCC6803 -syanobakteerin ja erityisesti sen sigmatekijämutanttien toimivuutta jätevedenpuhdistuksessa erityisesti jäteveden aiheuttaman stressin kannalta. Kokeet osoittivat sigD-sigmatekijän näyttelevän tärkeää roolia syanobakteerin akklimaatiossa. Työn perusteella SigD:n ylituotto voisi parantaa syanobakteerin käyttömahdollisuuksia ulko-olosuhteissa.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2866]