Selenastrum-mikrolevän kasvatus kahdessa eri jätejakeessa

Abstract

Bioperäisistä polttoaineista etsitään ratkaisuja kasvavaan energiatarpeeseen. Näistä mikrolevää pidetään yhtenä lupaavana vaihtoehtona bioenergiantuotantoon. Mikrolevän kasvatuksessa saannot olisivat huomattavasti muita biopolttoaineen lähteitä suuremmat pinta-alaa kohden, eikä sen kasvatus kilpailisi ruoantuotannon kanssa. Kannattavuuden vahvistamiseksi mikrolevää on yritetty kasvattaa jätevedessä.

ALDIGA-projekti on tutkinut mahdollisuuksia toteuttaa teknillis-taloudellisesti jätevesipohjaista kasvatusta yhdistettyä biodieselin ja biokaasun tuotantoa varten. Tämä opinnäytetyö täydentää projektin aiempia tutkimuksia. Sen tarkoituksena on tarkastella Selenastrum-suvun mikrolevän biomassantuotantoa ja ravinteiden talteenottoa suljetussa järjestelmässä, kahdessa erilähteisessä jätevedessä. Tuloksia on verrattu kirjallisuuteen ja lainsäädäntöön. Levä ja jätevedet valittiin projektin aiempien tulosten perusteella. Jätevesistä tarkasteltiin typpeä ja fosforia sekä kemiallista hapenkulutusta.

Biomassan tuottonopeus oli kompostin puristevedessä 0,067 g/l/vrk ja biokaasulaitoksen rejektivedessä 0,072 g/l/vrk. Ravinteiden kulutus oli puristevedessä rejektivettä nopeampaa. Yhteensä puristevedessä poistumat olivat 83 % kokonaistypestä, 69 % kokonaisfosforista ja 80 % kemiallisesta hapenkulutuksesta. Rejektivedestä vastaavat luvut olivat 86 %, 98 % ja 83 %. Yhdyskuntajätevesien lakisääteinen ravinteidenpoistoteho saavutettiin puristevedessä fosforia lukuun ottamatta kuudessa vuorokaudessa. Rejektivedessä nämä poistumat saavutettiin 17 vuorokaudessa.

Biomassan kasvu oli kirjallisuuteen verrattuna kohtuullista. Tutkijat ovat raportoineet samansuuruista, kolme kertaa pienempää ja kymmenkertaista biomassan kasvua. Ravinnevähentymä sen sijaan oli samaa luokkaa kuin suomalaisissa jätevedenpuhdistamoissa. Tällä on merkitystä etenkin typenpoiston osalta, mikä nykyisissä puhdistamoissa ei välttämättä saavuta vaadittua poistotehoa.

The utilization of renewable energy sources has gained increasing interest with the increasing energy crisis. Microalgae are seen as one potential solution for the problems of sufficient energy production. They have a greater areal biomass production rate than other sources of bioenergy while they do not compete with agricultural area. There have also been some studies on algal growth prospects in wastewater for increased sustainability.

The ALDIGA project has studied means to implement wastewater-based microalgal production, aiming for combined biodiesel and biogas production in a technologically and economically sustainable way. This Bachelor’s Thesis complements these studies. The objective was to conduct two growth experiments of microalga of the genus Selenastrum in two waste fractions of differing origins but of similar nutritional profile. One of the waste fractions was press water from municipal organic waste and the other was reject water from a biogas plant.

The biomass production and the nutrient removal rate of the alga in the diluted wastewaters were observed. The results were compared with data available in literature as well as the Finnish legislation concerning municipal wastewater treatment. Nutrient removal measurements focused on the removal rate of total nitrogen and total phosphorus, and the reduction in chemical oxygen demand.

The average growth rate was 0.067 g/l/d for the press water and 0.072 g/l/d for the reject water. The nutrient removal for the press water was 83 % of total nitrogen, 69 % of total phosphorus and 80 % of chemical oxygen demand. The total nutrient reductions for reject water were, respectively, 86 %, 98 % and 83 %.

The biomass growth rate was on a moderate level. There have been reports of biomass gains that are similar, three times lower and even ten times higher than the gains in this study. The nutrient reduction rates were more positive in general and look promising especially for the removal of nitrogen, which exceeded that of most treatment plants.