Start-up di un fotobioreattore pilota multitubolare sviluppato per il trattamento di acque reflue usando Chlorella vulgaris.

Abstract

L'avviamento di un fotobioreattore multitubolare orizzontale semichiuso su scala pilota, progettato per il trattamento delle acque reflue, è stato effettuato presso gli impianti di STAM s.r.l. di Genova (IT). Dopo aver preparato il Bold Basal Medium, sono stati inoculati nel fotobioreattore 25 L di una sospensione di Chlorella vulgaris con una concentrazione di 1,9 gDB/L. La coltivazione è stata condotta per 37 giorni. Temperatura, ossigeno disciolto, pH e torbidità sono stati costantemente monitorati da una sonda multiparametrica e da un sistema di controllo digitale. L'aria, fonte di CO2, è stata costantemente alimentata alla coltura. Raccogliendo due campioni di sospensione al giorno, è stata misurata la concentrazione di biomassa secca e sono state studiate le fasi di crescita di Chlorella vulgaris. Nella fase di latenza, che va dal 1° al 15° giorno, la concentrazione è aumentata lentamente da 0,2 a 0,43 gDB/L, a causa di due problemi: il biofouling del fotobioreattore e la carenza di carbonio. Il primo ha comportato una diminuzione del volume illuminato e una fotolimitazione. Il giorno 15, il biofouling è stato rimosso inserendo sfere pulenti nel fotobioreattore, con un rapido aumento della concentrazione da 0,43 a 0,62 gDB/L. Inoltre, è stata impiegata una coltivazione mixotrofica con 5 g/L di glucosio quando necessario. Nella fase esponenziale, dal 15° al 24° giorno, la concentrazione di biomassa è aumentata da 0,62 a 2,50 gDB/L, con una produttività di 0,229 gDB/L*d. Il giorno 24, 125 L di sospensione sono stati raccolti e sostituiti con terreno fresco. Il giorno 37 è stata raggiunta la concentrazione massima di 2,77 gDB/L, si è formata una schiuma nel serbatoio e l'impianto è stato fermato. Dopo la raccolta della sospensione nei giorni 24 e 37, sono stati eseguiti test di raccolta della biomassa mediante centrifugazione. La biomassa raccolta ha un elevato contenuto elevato in proteine (fino al 41,20%) e medio in lipidi (dal 19,07 al 18,31%).

The start-up of a pilot-scale horizontal semi-closed multitubular photobioreactor, designed for wastewater treatment, was carried out at the STAM s.r.l. facilities in Genoa (IT). After preparing the Bold Basal Medium, 25 L of a Chlorella vulgaris suspension with a concentration of 1.9 gDB/L were inoculated into the photobioreactor. The cultivation was carried out for 37 days. Temperature, dissolved oxygen, pH, and turbidity were constantly monitored by a multiparametric probe and a digital control system. Air, as a source of CO2, was constantly fed to the cultivation by using an air pump. By collecting two samples of suspension every day, the concentration of dried biomass was measured by spectrophotometry, and the growth phases of Chlorella vulgaris were studied. In the lag phase, going from day 1 to day 15, the biomass concentration increased slowly from 0.2 to 0.43 gDB/L, because of two problems: biofouling of the photobioreactor’s wall, and carbon deficiency. The first problem resulted in a decrease in illuminated volume and in a phenomenon of photolimitation. On day 15, the biofouling was removed by adding cleaning spheres to the photobioreactor, resulting in a rapid increase of concentration from 0.43 to 0.62 gDB/L. The carbon deficiency was solved by employing a mixotrophic cultivation with 5 g/L of glucose when necessary. In the exponential phase, going from day 15 to day 24, the biomass concentration increased from 0.62 to 2.50 gDB/L, with a biomass productivity of 0.229 gDB/L*d. On day 24, 125 L of suspension were collected and replaced with 125 L of fresh medium. On day 37, the maximum concentration of 2.77 gDB/L was reached, a foam presented in the tank, and the plant was stopped. After the suspension harvesting on day 24 and day 37, biomass collection optimization tests by centrifugation were carried out. The collected biomass was characterized, revealing a high protein content (up to 41.20 %) and an average lipid content (from 19.07 to 18.31 %).