Chlorella s. upptag av näringsämnen under varierande förhållanden har uppmätts i labskala och visat något bättre värden än traditionell aktivslammetod när separationsdelen inte är inkluderad.
Av: Jörgen Hanaeus
Karakteristika för mikroalgen Chlorella sorokiniana vid avloppsvattenbehandling under olika ljusförhållanden och hydraulisk uppehållstid (8-16 h, 6 d) har utvärderats och jämförts med aktivslammetoden i lab.skala (250 mL). Optimal hydraulisk uppehållstid var 8 h; om längre började halterna ammoniumkväve och löst organiskt material (som COD) att stiga igen.
Omrörning gav förbättrade resultat avseende COD-halter, medan luftning förbättrade kväve- och fosforupptag. I mörker arbetade algerna heterotroft, medan i ljus både autotroft och heterotroft. Belysning gav 1,3-1,7 ggr mer algbiomassa; dock med lägre näringsinnehåll.
Algernas assimilationskapacitet för COD var likvärdigt med det aktiva slammets, medan N- och P-assimilationen var som bäst 1,4 resp 1,2-2,5 ggr den för aktivslammets vid 8 h uppehållstid.
Bakgrund
Mikroalgbaserad teknik har på senare år haft högbelastade algdammar som vanlig utgångspunkt, men har nyligen utvidgats till andra typer av fotobioreaktorer, särskilt för produktion av biobränsle. Avloppsvatten är här en billig kväve- och fosforkälla.
Algproduktion är beroende av flera faktorer såsom hydraulisk uppehållstid i aktuell reaktor, flödesbild (omrörning, luftning) och kulturform (autotrof, heterotrof, mixotrof). En vanlig tidserfarenhet för föroreningsavskiljning med alger är 2-14 d, men så långa tider är svårt att reservera i avloppsverk. Då tillväxten sker snabbast de första dagarna, kan dessa utgöra tillräcklig tid. Omrörning är bra för att utjämna ljusintensitet, gasavgång och för att hålla algerna i suspension. De flesta alger är autotrofa, men en del heterotrofa alger återfinns i avloppsvatten, såsom Chlorella sorokiniana. Jämfört med autotrofa alger, som får energi från fotosyntesen och kräver ljus, får heterotrofa alger energi från organiskt kol och tillväxer snabbare.
Artikeln behandlar avloppsrening med algen Chlorella sorokiniana vid olika hydraulisk uppehållstid (8 h, 16 h, 6 d), olika flödesformer (stilla, omrörning, luftning samt mix av dessa) och kulturformer (ljus eller mörker).
Försök
Mikroalgen Chlorella sorokiniana valdes till forskningsobjekt då den är föroreningstolerant och frekvent förekommande i mellansedimenteringsbassänger.
Aktivt slam med slamhalten 2,5 g/L hämtades från Wuhans avloppsverk, Kina. Syntetiskt avloppsvatten med COD 200 mg/L, NH4+-N 20 mg/L och PO43-P 4 mg/L samt spårelement tillverkades och försöken utfördes i E-kolvar med 200 mL avloppsvatten.
Vid ljus belystes kolvarna med två fluorescerande lampor 2 dm ovan kolvarna, vid mörker sveptes Al-folie kring kolvarna. Omrörning kunde ske med magnetomrörare och/eller med luft via porösa stenar. Experimenten drevs med 2500 lux och 1) 40 mg/L Chlorella s. med kontinuerlig omrörning i 6 d. 2a) 200 mg/L Chlorella s. i 8-16 h och 2b) dito plus mörker och för båda alternativen testades: ingen omrörning, omrörning, luftning samt omrörning plus luftning. 3) 200 mg/L aktivt slam vid a) 2500 lux och 8 h luftning och b) mörker samt kombinerad omrörning och luftning.
Resultat
Med 1) Chlorella s. under 6 d skedde huvuddelen av upptaget av COD (från 200 till ca 40 mg/L) under de två första dygnen. Samma med ammoniumkväve (från 20 till 12 mg/L, <1 mg NO-3-N bildades). Att N-upptaget här inte var tillfredsställande gjorde att algbiomassan ökades (2)) inför försöken med kortare tid. Vid försöken 2) skedde huvuddelen av upptagen (C,N,P) inom 8 h vid alla ljus- och blandningsalternativ. pH justerades initiellt till 7,0 och varierade sedan mellan 6,5 och 7,4 vid de olika alternativen. Luftningen höll vid belysning halten löst syre vid ca 5 mg O2/L, medan vid omrörning i mörker syrehalten sjönk till noll på 4 h. Tillväxten av algbiomassa var också betydligt större vid belysning (från 200 mg/L till ca 500 mg/l resp 350 mg/L). Däremot var upptaget av näringsämnen något större vid mörker, där heterotrof tillväxt dominerade.
Uppehållstiden 8 h ansågs optimal och blev underlag till fortsatta försök. COD-upptaget blev likartat för både ljus och mörk miljö; 70-75 %. NH4+-N-reduktionen blev störst vid kombinerad luftning och omrörning i mörker, uppemot 60 %. P-reduktionen korrelerade alltid med algbiomassans vikt och blev 60-90 %, högst vid belysning med luftning.
Algbiomassan (torr vikt) innehöll ca 4,5 % N vid belysning och ca 9 % vid (heterotrof) tillväxt i mörker. P-innehållet var 1,6 % resp. 2,4 %.
I jämförelse (8 h uppehållstid) med aktivt slam visade Chlorella s.-populationen i stort sett samma COD-reduktion. N-reduktionen vid omrörning och luftning i mörker av algpopulationen blev ca 10 % högre än den för aktivt slam. P-reduktionen blev ca 20 % högre (90-70)för algpopulationen vid belysning med luftning jämfört med den bästa aktivt slam-reduktionen som inträffade vid belysning och omrörning+luftning.
Slutsatser
Algerna visade sig i studien något effektivare än det aktiva slammet när det gäller att ta upp näringsämnen från avloppsvatten under 8 h. Det ska dock understrykas att det gäller beträffande assimilering av partikelfria och rena näringslösningar och att separationssteget inte har beaktats. Det är sällan lättlöst för alger. Dock är det intressant att algtillväxt i mörker, dvs under energisnåla villkor, tar upp mer näringsämnen än under belysning och kan konkurrera väl med det aktiva slammet. Försökstemperatur för vattnet är inte angiven, men sannolikt är det rumstemperatur vid lab-försöken.
Källa: Fan, J1), Cao, L.1), Gao, C.1), Chen, Y.1) & Zhang, T.C.2) (2019): Characteristics of wastewater treatment by Chlorella sorokiniana and comparison with activated sludge. Water Science & Technology, 80.5, pp 892-901.
Författarna från:
College of Urban Construction, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, China
Department of Civil Engineering, University of Nebraska-Lincoln, Omaha, NE, USA
Kontakt: fanjie@wust.edu.cn
