ВПЛИВ КОМПОНЕНТІВ ГАЗОВИХ ВИКИДІВ НА РІСТ МІКРОВОДОРОСТЕЙ CHLORELLA VULGARIS

A. Vdovychenko, N. Golub

Анотація


Щорічне зростання антропогенного впливу на довкілля, зокрема, збільшення кількості газових викидів призводить до необхідності їхньої утилізації. Перспективним рішенням цієї проблеми може бути використання мікроводоростей для поглинання вуглекислого газу й оксидів нітрогену та сульфуру. Актуальним є визначення умов культивування для подальшого встановлення раціональних параметрів утилізації газових викидів, що дасть змогу підвищити рентабельність процесу, знизити забруднення навколишнього середовища й отримати біомасу для подальшого застосування. Мета роботи - проаналізувати дослідження впливу компонентів газових викидів на ріст і розвиток мікроводоростей Chlorella vulgaris. Завдання - визначити вплив оксидів карбону, нітрогену, сульфуру та газових викидів на ріст і розвиток мікроводоростей Chlorella vulgaris. Розглянуто типовий склад газових викидів вугільної теплоелектростанції, основу якого становлять водяна пара, оксиди карбону, нітрогену, сульфуру, що можуть засвоюватися клітинами мікроводоростей. Діоксид карбону в цій суміші становить 12±2 %, що є раціональною концентрацією для вирощування біомаси адаптованих штамів. Однак під час подачі підвищеної концентрації СО2 до культурального середовища необхідно стабілізувати рН, оскільки підвищення вмісту вуглекислого газу в культуральному середовищі призводить до закиснення, тоді як споживання СО2 мікроводоростями у процесі фотосинтезу підвищує значення рН. Визначено, що оксиди нітрогену, основну частину яких становить NO, в концентраціях до 100 ppm сприяють накопиченню біомаси і синтезу корисних речовин у клітинах. Необхідно зменшити концентрацію оксидів сульфуру до 60–100 ppm і уникнути їхнього поступового накопичення, оскільки це призводить до закиснення середовища та загибелі клітин. За використання Chlorella vulgaris для очищення біогазу від СО2 та H2S вміст гідрогенсульфуру не повинен перевищувати 100 ppm. Це допоможе усунути його інгібуючу дію на ріст клітин..


Ключові слова


газові викиди; мікроводорості; біосеквестрація; Chlorella vulgaris

Повний текст:

PDF

Посилання


Богданов Н. И. Биологическая реабилитация водоёмов. 3-е изд., доп. и перераб. Пенза: РИО ПГСХА, 2008. 152 с.

Дячок В. В., Гуглич С. І., Катишева В. В. Дослідження впливу діоксиду сульфуру на динаміку приросту хлорофілсинтезуючих мікроводоростей // Наук. праці. 2017. Т. 81. № 1. С. 59-65.

Дячок В. В., Гуглич С. І., Левко О. Б. Вивчення процесів масообміну під час реалізації біологічних методів очищення газових викидів від вуглекислого газу // Вісн. НУ «Львівська політехніка». Хімія, технологія речовин та їх застосування. 2014. № 787. С. 313-319.

Дячок В. В., Катишева В В. Встановлення виду інгібіювання біохімічного процесу поглинання вуглекислого газу // Наук. вісн. НЛТУ України. 2018. T. 28. № 5. C. 61-64. https://doi.org/10.15421/40280513

Золотарьова О. К., Шнюкова Є. І., Сиваш О. О., Михайленко Н. Ф. Перспективи використання мікроводоростей в біотехнології / за ред. О. К. Золотарьової. К.: Альтерпрес, 2008. 234 с.

Пальчик А. О., Бурега Н. В., Фендьо О. М. Утилізація діоксиду вуглецю шляхом промислового вирощування мікроводоростей в енергосистемі на базі паливного елементу // Енергетика і автоматика, 2014. № 4. C. 80-89.

Уиттс В. В. Макро- и микроэлементы в оптимизации минерального питания микроводорослей / отв. ред. А. Ф. Ноллендорф. Рига: Зинатне, 1983. 240 с.

Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987. 566 с.

Anjos M., Fernandes B. D., Vicente A. A. et al. Optimization of CO2 bio-mitigation by Chlorella vulgaris // Bioresour. Technol. 2013. Vol. 139. P. 149-154. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.04.032

Ayatollahi S. Z., Esmaeilzadeh F., Mowla D. Integrated CO2 capture, nutrients removal and biodiesel production using Chlorella vulgaris // J. Environ. Chem. Eng. 2021. Vol. 9. Issue 2. P. 104763. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104763

Aslam A., Mughal T. A. A Review on microalgae to achieve maximal carbon dioxide (CO2) mitigation from industrial flue gases // IJRAT. 2016. Vol. 4. Issue 9. P. 12-29.

Bajpai R., Prokop A., Zappi M. Algal Biorefineries. Vol. 1: Cultivation of Cells and Products. Springer Heidelberg London, 2014. 331 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7494-0

Becker E. W. Microalgae: biotechnology and microbiology. Cambridge University Press, 1994. 293 p.

Brady D., Letebele B., Duncan J. R., Rose P. D. Bioaccumulation of metals by Scenedesmus, Selenastrum and Chlorella algae // Water S. A. 1994. Vol. 20. P. 213-218.

Chandra R., Rohit M. V., Swamy Y. V., Mohan S. V. Regulatory function of organic carbon supplementation on biodiesel production during growth and nutrient stress phases of mixotrophic microalgae cultivation // Bioresour. Technol. 2019. Vol. 165. P. 279-287. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.02.102

Cheng J., Huang Y., Lu H. et al. The oxidation product (NO3 −) of NO pollutant in flue gas used as a nitrogen source to improve microalgal biomass production and CO2 fixation // RSC Adv. 2014. Vol. 4. P. 42147-42154. https://doi.org/10.1039/C4RA05491A

Cheng L., Zhang L., Chen H., Gao C. Carbon dioxide removal from air by microalgae cultured in a membrane-photobioreactor // Sep. Purif. Technol. 2006. Vol. 50. P. 324-329. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2005.12.006

Cheng Y., Liandong Z., Yanxin W. Photosynthetic CO2 uptake by microalgae for biogas upgrading and simultaneously biogas slurry decontamination by using of microalgae photobioreactor under various light wavelengths, light intensities // Appl. Energy. 2016. Vol. 178. Part C. P. 9-18. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.06.012

Cuellar-Bermudez S., Garcia-Perez J., Rittmann B., Parra-Saldivar R. Photosynthetic bioenergy utilizing CO2: an approach on flue gases utilization for third generation biofuels // J. Clean. Prod. 2015. Vol. 98. P. 53-65. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.03.034

Douskova I., Doucha J., Livansky K. et al. Simultaneous flue gas bioremediation and reduction of microalgal biomass production costs // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. Vol. 82. Issue 1. P. 179-185. https://doi.org/10.1007/s00253-008-1811-9

Dyachok V., Mandry S., Katysheva V., Huhlych S. Effect of fuel combustion products on carbon dioxide uptake dynamics of chlorophyll synthesizing microalgae // J. Ecol. Eng. 2019. Vol. 20. Issue 6. P. 18-24. https://doi.org/10.12911/22998993/108695

Gaikwad R. W., Gudadhe M., Bhagat S. Carbon dioxide capture, tolerance and sequestration using microalgae-a review // Int. J. Pharm. Chem. Biol. Sci. 2016. Vol. 6. Issue 3. P. 345-349.

Gonzalez L.E., Canizares R.O., Baena S. Efficiency of ammonia and phosphorus remo­val from a Colombian agroindustrial wastewater by the microalgae Chlorella vulgaris and Scenedesmus dimorphus // Biores. Technol. 1997. Vol. 60. P. 259-262. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(97)00029-1

Huang G., Chen F., Kuang Y.et al. Current techniques of growing algae using flue gas from exhaust gas industry: a review // Biotechnol. Appl. Biochem. 2016. Vol. 178. Issue 6. P. 1220-1238. https://doi.org/10.1007/s12010-015-1940-4

Hussain F., Shah S. Z., Zhou W., Iqbal M. Microalgae screening under CO2 stress: Growth and micro-nutrients removal efficiency // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 2017. Vol. 170. P. 91-98. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2017.03.021

Ismaël A., Alain L., Lionel E., Soazic M. Pilot plant studies for CO2 capture from waste incinerator flue gas using MEA based solvent // Oil Gas Sci. Technol. - Rev. IFP Energies nouvelles. 2014. Vol. 69. Issue 6. P.1091-1104. https://doi.org/10.2516/ogst/2013205

Kao C.-Y., Chiu S.-Y., Huang T.-T. et al. Ability of a mutant strain of the microalga Chlorella sp. to capture carbon dioxide for biogas upgrading // Applied Energy. 2012. Vol. 93. P. 176-183. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.12.082

Kong W., Kong J., Ma J. et al. Chlorella vulgaris cultivation in simulated wastewater for the biomass production, nutrients removal and CO2 fixation simultaneously // J. Environ. Manag. 2021. Vol. 284. P. 112070. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112070

Kumar P. K., Krishna S. V., Naidu S. S. et al. Biomass production from microalgae Chlorella grown in sewage, kitchen wastewater using industrial CO2 emissions: Comparative study // Carbon Resour. Convers. 2019. Vol. 2. Issue 2. P. 126-133. https://doi.org/10.1016/j.crcon.2019.06.002

Kumar P. K., Krishna S. V., Verma K. et al. Phytoremediation of sewage wastewater and industrial flue gases for biomass generation from microalgae // S. Afr. J. Chem. Eng. 2018. Vol. 25. P. 133-146. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2018.04.006

Kumari K., Samantaray S., Sahoo D., Tripathy B. C. Nitrogen, phosphorus and high CO2 modulate photosynthesis, biomass and lipid production in the green alga Chlorella vulgaris // Photosynth. Res. 2021. Vol. 148. P. 17-32. https://doi.org/10.1007/s11120-021-00828-0

Lee Jeong M.-J., Gillis J.M., Hwang J.-Y. Carbon dioxide mitigation by microalgal photosynthesis // Bull. Korean Chem. Soc. 2003. Vol. 24. Issue 12. P. 1763-1766. https://doi.org/10.5012/bkcs.2003.24.12.1763

Li X., Xu H., Wu Q. Large-scale biodiesel production from microalga Chlorella protothecoides through heterotrophic cultivation in bioreactors // Biotechnol. Bioeng. 2007. Vol. 98. Issue 4. P. 764-771. https://doi.org/10.1002/bit.21489

Matsumoto H. A., Hamasaki N. S., Yosiaki I. Influence of CO2, SO2 and NO in flue gas on microalgae productivity // J. Chem. Eng. Japan. 1997. Vol. 30. P. 620-624. https://doi.org/10.1252/jcej.30.620

Morais M. C., Alberto J. Isolation and selection of microalgae from coal fired thermoelectric power plant for biofixation of carbon dioxide. Energy Conversion and Management // Energ. Conv. Manage. 2007. Vol. 48. P. 2169-2173. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2006.12.011

Mountourakis F., Papazi A., Kotzabasis K. The Microalga Chlorella vulgaris as a Natural Bioenergetic System for Effective CO2 Mitigation. New Perspectives against Global War­ming // Symmetry. 2021. Vol. 13. Issue 6. P. 997. https://doi.org/10.3390/sym13060997

Porcelli R., Dotto F., Pezzolesi L. et al. Comparative life cycle assessment of microalgae cultivation for non-energy purposes using different carbon dioxide sources // Sci. Total Environ. 2020. Vol. 721. P. 137714. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137714

Raeesossadati M. J., Ahmadzadeh H., McHenry M. P., Moheimani N. R. CO2 bioremediation by microalgae in photobioreactors: impacts of biomass and CO2 concentrations, light, and temperature // Algal Res. 2014. Vol. 6. Part A. P. 78-85. https://doi.org/10.1016/j.algal.2014.09.007

Rahaman M. S. A., Cheng L.-H., Xu X.-H. et al. A review of carbon dioxide capture and utilization by membrane integrated microalgal cultivation processes // Renew. Sust. Energ. Rev. 2011. Vol. 15. Issue 8. P. 4002-4012. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.031

Schipper K., van der Gijp S., van der Stel R., Goetheer E. New methodologies for the integration of power plants with algae ponds // Energy Procedia. 2013. Vol. 37. P. 6687-6695. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.06.601

Shabani M., Sayadi M. H., Rezaei M. R. CO2 bio-sequestration by Chlorella vulgaris and Spirulina platensis in response to different levels of salinity and CO2 // Proc. Int. Acad. Ecol. Environ. Sci. 2016. Vol. 6. Issue 2. P. 53-61.

Smets B. F., Rittmann B. E. Sorption equilibria for trichloroethene on algae // Water. Res. 1990. Vol. 24. P. 355-360. https://doi.org/10.1016/0043-1354(90)90013-V

Sung Y. J., Lee J. S., Yoon H. K. et al. Outdoor cultivation of microalgae in a coal-fired power plant for conversion of flue gas CO2 into microalgal direct combustion fuels // Syst. Microbiol. Biomanuf. 2021. Vol. 1. P. 90-99. https://doi.org/10.1007/s43393-020-00007-7

Suresh S., Sudhakar K., Premalatha M. An overview of CO2 mitigation using algae cultivation technology // Int. J. Chem. Res. 2011. Vol. 3. Issue. 3. P. 110-117. https://doi.org/10.9735/0975-3699.3.3.110-117

Thomas D. M., Mechery J., Paulose S. V. Carbon dioxide capture strategies from flue gas using microalgae: a review // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. Vol. 23. Issue 17. P. 16926-16940. https://doi.org/10.1007/s11356-016-7158-3

Toledo-Cervantes A., Morales T., González Á. et al. Long-term photosynthetic CO2 removal from biogas and flue-gas: Exploring the potential of closed photobioreactors for high-value biomass production // Sci. Total Environ. 2018. Vol. 640-641. P. 1272-1278. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.05.270

Yadav G., Dubey B., Sen R. A comparative life cycle assessment of microalgae production by CO2 sequestration from flue gas in outdoor raceway ponds under batch and semi-continuous regime // J. Clean. Prod. 2020. Vol. 258. P. 120703. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120703

Yadav G., Karemore A., Dash S. K., Sen R. Performance evaluation of a green process for microalgal CO2 sequestration in closed photobioreactor using flue gas generated in-situ // Bioresour. Technol. 2015. Vol. 191. P. 399-406. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.04.040

Yen H. W., Ho S. H., Chen C. Y., Chang J. S. CO2, NOx and SOx removal from flue gas via microalgae cultivation: a critical review // Biotechnol. J. 2015. Vol. 10. Issue 6. P. 829-839. https://doi.org/10.1002/biot.201400707

Yun Y. S., Lee S. B., Park J. M. et al. Carbon dioxide fixation by algal cultivation using wastewater nutrients // J. Chem. Tech. Biotechnol. 1997. Vol. 69. P. 451-455. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4660(199708)69:4<451::AID-JCTB733>3.0.CO;2-M

Zhou W., Wang J., Chen P. et al. Bio-mitigation of carbon dioxide using microalgal systems: Advances and perspectives // Renew. Sust. Energ. Rev. 2017. Vol. 76. P. 1163-1175. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.065




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vlubs.2022.86.01

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Bookmark and Share