Application of microalgae in wastewater treatment and biomass production

Abstract

Microalgae are a varied group of micro-organisms, the cultivation of which has been considered as a potential method for wastewater treatment and simultaneous biomass production for nearly a century. When released to the environment, untreated wastewater causes major problems in the environment, such as eutrophication. The object of this thesis is to evaluate the relation and impact of three different light parameters, that is photoperiod (4L:20D, 8L:16D, 12L:12D), intensity (70, 140 and 210 μmol/m²/s) and wavelength (white and blue), on the growth and nutrient uptake of microalgae grown in wastewater.

The experiment used a full factorial design, with each experimental condition run in triplicate. The cultivation was done in custom-built photobioreactors for a period of 12 days using aquaculture wastewater as a medium. The nutrient content and pH of the wastewater was analysed before and after the cultivation period. The biomass and pigment content of the microalgae was also measured.

From the results of the experiment, it was evident that the effects of the different light parameters are not isolated. The best results in terms of both biomass and nutrient removal, were obtained using the 12L:12D photoperiod. In the cultures grown under white light 8L:16D similar nutrient removal levels than that of 12L:12D were also observed. The lowest intensity of 70 μmol/m²/s consistently produced the worst results, while intensities of 140 and 210 μmol/m²/s performed nearly equally.

Mikrolevät ovat moninainen ryhmä mikro-organismeja, joita on pidetty mahdollisena keinona samanaikaiseen biomassan tuotantoon ja jäteveden käsittelyyn jo liki vuosisadan ajan. Käsittelemättömän jäteveden pääseminen ympäristöön aiheuttaa monia vakavia seurauksia, kuten vesistöjen rehevöitymistä. Tämän työn tarkoituksena on arvioida kolmen eri valoparametrin, eli valojakson (4:20, 8:16 ja 12:12) (valo:pimeä), intensiteetin (70, 140 ja 210 μmol/m²/s) sekä aallonpituuden (sininen ja valkoinen), keskenäisvaikutuksia mikrolevän biomassan tuotantoon ja ravinteiden poistoon jätevedestä.

Koejärjestely toteutettiin kokonaisyhteisvaikutus-periaatteella, jossa jokaista erilaista koeolosuhdetta edusti kolme näytettä. Mikrolevät kasvatettiin itse tehdyissä valobioreaktoreissa 12 päivän ajan, käyttäen vesiviljelyn tuottamaa jätevettä. Veden ravintosisältö ja pH analysoitiin ennen ja jälkeen mikrolevien kasvatusjakson. Myös mikrolevien biomassa sekä pigmenttisisältö analysoitiin.

Kokeen tuloksista havaittiin selvä riippuvuus eri valoparametrien välillä. Parhaat tulokset sekä biomassan, että ravinteiden poiston saralla saatiin 12:12 valoajalla. Viljelmissä, jotka kasvatettiin valkoisessa valossa valoaika 8:16 tuotti samankaltaisia tuloksia verrattaessa valoaikaan 12:12. Matalin valointensiteetti eli 70 μmol/m²/s tuotti selvästi heikoimmat tulokset jokaisella valoajalla. Intensiteetin 140 ja 210 μmol/m²/s tuottivat puolestaan hyvin samankaltaisia tuloksia.