Повышение эффективности использования аммиака и углекислого газа при культивировании микроводорослей

Культивирование водорослей, как и любая форма сельского хозяйства, сильно зависит от стоимости удобрений. Основным препятствием для коммерческого выращивания водорослей является эффективное использование летучих питательных веществ — аммиака и диоксида углерода (CO₂). В настоящее время в воздух и воду попадает большое количество отходов, которые не подвергаются эффективной очистке. Многие сельскохозяйственные и промышленные отходы могли бы стать источником питательных веществ для масштабного выращивания водорослей, вместо того чтобы загрязнять воду и воздух. Однако для этого необходимы новые методы, которые снизят неопределённость в урожайности и себестоимости водорослей для биотоплива и кормов.

Статья посвящена подходам к повышению эффективности использования аммиака и CO₂ в практике культивирования водорослей, чтобы уменьшить потери ценных питательных веществ из-за улетучивания. Эффективное использование и рециклинг питательных веществ необходимы для снижения затрат на удобрения и предотвращения загрязнения воздуха и воды.

В водорослевых системах также критически важен pH воды. Это связано с уникальной химией карбонатной системы в присутствии аммония в сточных водах. Концентрация растворённого неорганического углерода (DIC) в воде растёт с увеличением pH, что улучшает рост водорослей. Однако при этом увеличивается летучесть и токсичность аммиака, что может подавлять рост.

Решение проблемы заключается в поддержании узкого рабочего диапазона pH, который минимизирует потери аммиака (pH < 7,5), но не устраняет DIC из воды (pH > 6,35).

Для повышения эффективности использования CO₂ системы культивирования водорослей должны быть направлены на увеличение площади поверхности, парциального давления и времени контакта. Этого можно достичь, уменьшая размер пузырьков и повышая концентрацию CO₂ путём подачи богатого CO₂ дымового газа через мембранные барботеры в более глубокие отстойники.

Минимизировать улетучивание аммиака можно, дозируя его в систему культивирования со скоростью, которая предотвращает накопление избытка аммиака в воде и его выброс в окружающую среду.

Эти подходы позволяют эффективно использовать летучие питательные вещества из отходов для выращивания новой культуры (водорослей), которая может стать источником энергии и кормов в будущем.