Integration of microalgal cultivation with industrial flue gas will ultimately introduce heavy metals and other inorganic compounds into the growth media. This study presents a procedure used to determine the end fate and impact of heavy metals and inorganic contaminants on the growth of Nannochloropsis salina grown in photobioreactors.
יש להגדיל את הביקוש לדלקים מתחדשים חוקרים חוקרים את ההיתכנות של חומר זינה חלופית, כגון מייקרו. יתרונות הגלומים כוללים תשואה גבוהה פוטנציאלית, שימוש בקרקע שאינה ראויה לעיבוד ואינטגרציה עם זרמי פסולת. הדרישות התזונתית של מערכת ייצור מייקרו בקנה מידה גדולה תדרוש הצימוד של מערכות טיפוח עם משאבי פסולת תעשייתיים, כגון פחמן דו חמצני מגז וחומרים מזינים משפכי ארובה. מזהמים אורגניים הנמצאים בפסולת אלה עלולים להוביל לפגיעים מתמשכים ביומסה microalgal להשפיע לרעה על שימוש קצה הפרודוקטיביות והגבלה. מחקר זה מתמקד בהערכה הניסיונית של ההשפעה ואת גורלם של 14 מזהמים אורגניים (כמו, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, SB, Se, Sn, V וZn) על צמיחת סלינה Nannochloropsis . מייקרו עובדו בphotobioreactors המואר ב984 מ 'μmol -2 שניות -1 ומתוחזק ב- pH 7 במ' צמיחהעדיה מזוהמת עם מזהמים אורגניים ברמות צפויות בהתבסס על הרכב שנמצא במערכות גז פליטה הפחם מסחריות. מזהמים הנמצאים ביומסה והבינוניים בסוף תקופת צמיחת 7 יום היו לכמת באופן אנליטי באמצעות ספקטרומטריית קליטה אטומית אדים קרים לHg ובאמצעות ספקטרומטר מסת פלזמה בשילוב אינדוקטיבי כל, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, SB, Se, Sn, V וZn. תוצאות מראות נ ' סלינה היא זן רגיש לסביבה מרובה מתכת עם ירידה סטטיסטית ביומסה yieldwith ההקדמה של מזהמים אלה. הטכניקות שהוצגו כאן הן נאותות לכימות צמיחת אצות וקביעת גורלם של מזהמים אורגניים.
בהשוואה לגידולים יבשתיים מסורתיים מייקרו הוכח להשיג תשואות בשל יעילות גבוהה יותר הגלומה המרת שמש 1,2 גבוהות יותר ביומסה ושומנים בדם. טיפוח של מייקרו בשיעורי פריון גבוהים דורש האספקה של חומרים מזינים שונים, כולל מקור פחמן חיצוני. צפוי כי מתקני גידול בקנה מידה גדולה ישולבו עם זרמי פסולת תעשייתיים כגון גז פליטה תעשייתי על מנת למזער את עלויות ייצור ובו בזמן לספק תיקון סביבתי. פחמן פסולת תעשייתי הוא בדרך כלל בצורה של גזי פחמן דו חמצני ויכול להכיל חומרים מזהמים שיש פוטנציאל להשפיע באופן שלילי ייצור מייקרו. באופן ספציפי, גז פליטה נובע מפחם יהיה מגוון של מזהמים כוללים אך לא מוגבל למים מוצרי בעירה ופחמן דו חמצני, כמו גם תחמוצות גופרית וחנקן, אבק דק, מזהמים אורגניים כגון דיאוקסינים ופורנים, ונגד אי-אורגניtaminants כגון מתכות כבדות. ההשפעה של רוב המזהמים אלה כוללים inorganics עם חלק מהם ידועים כמתכות כבדות על תפוקת מייקרו לא נחקרה. חלק מאלמנטים אלו יכולים להיות חומרים מזינים בריכוזים מתאימים, אולם בריכוזים גבוהים יותר הם יכולים לייצר בעיות בתפקוד תא ואף למוות 3.
השילוב של מייקרו עם גז פליטה תעשייתי יש את הפוטנציאל להציג ישירות מזהמים אורגניים לתקשורת צמיחה. יש גז פליטה מבוססת פחם מגוון רחב של אלמנטים אורגניים (למשל, כ, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, SB, Se, Sn, V וZn) בריכוזים שונים שחלקם, בנמוך ריכוז, מייצגים חומרים מזינים לצמיחת אצות. מזהמים אורגניים יש זיקה גבוהה להיקשר למייקר ועוד יותר להיות sorbed פנימי באמצעות מובילי מזין. כמה מזהמים אורגניים (כלומר, Co, Cu, Zn וMn) הם חומרים מזינים שמהווים חלק מאנזימים כרוךד בפוטוסינתזה, נשימה ופונקציות אחרות 3,4. עם זאת, במתכות וmetalloids עודפות יכול להיות רעיל. אלמנטים אחרים, כגון Pb, Cd, Sn, SB, Se, וכמ"כ, אינם ידועים לתמיכה בתפקוד תא בכל ריכוז ומייצגים מתכות לא מזינים שיכול להשפיע באופן שלילי 3,5,6 צמיחת התרבות. הנוכחות של כל אחד ממזהמים אלה יש הפוטנציאל לייצר השפעות שליליות על תפקוד תאי מייקרו. יתר על כן, האינטראקציה של מתכות מרובות עם מייקרו מסבכת דינמיקת צמיחה ויש לו הפוטנציאל להשפיע על צמיחה.
כלכלה בקנה מידה גדולה נקשרה ישירות לתפוקה של מערכת הטיפוח 7-19. יתר על כן, מחזור בינוני במערכת מייקרו הצמיחה לשתי בריכות פתוחות מסילה (ORP) או photobioreactors (PBR) הוא קריטי שכן היא מייצגת 99.9 ו99.4% מהמסה, בהתאמה 20. הנוכחות של מזהמים אורגניים בתקשורת סופו של דבר עלולה להגביל מ 'פריון icroalgae והמחזור של תקשורת בשל הצטברות מזהם. מחקר זה נקבע באופן ניסיוני את ההשפעה של 14 מזהמים אורגניים (כמו, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, SB, Se, Sn, V וZn), בריכוזים צפויים מהאינטגרציה של מערכות מייקר טיפוח עם פחם נגזר גז פליטה, על הפרודוקטיביות של נ ' סלינה גדלה בPBRs הרכבת האווירית. המזהמים ששמשו במחקר זה הוכחו לא רק בהווה בגז מבוסס פחם ארובה אבל גז פליטה המבוססת על פסולת עירוני, גז פליטה מבוסס biosolids, שפכים עירוניים, מים מיוצרים, מי תהום ומי ים לקוי 21-23. הריכוזים המשמשים במחקר זה מבוססים על מה שניתן היה לצפות, אם מערכות גידול מייקרו שולבו עם מקור CO 2 מבוסס פחם עם יעילות ספיגה הפגינה במערכות PBR מסחריות 20. חישובים מפורטים התומכים בריכוזים של המתכות הכבדות ומזהמים אורגניים מוצגים בNapanet al. 24 טכניקות אנליטיות שמשו להבין את ההפצה של רוב המתכות ביומסה, התקשורת ואיכות הסביבה. השיטות שהוצגו אפשרו להערכת פוטנציאל פריון של מייקרו תחת לחץ מזהם אורגני וכימות של גורל הקצה שלהם.
נ 'מייקרו המלוח סלינה ניתן לגדל בהצלחה במערכת הצמיחה נועדה עם תוצאות הדיר ותשואות גבוהות ביומסה. רכבת אווירית ערבוב אפשרה לתרבות מושעה מעורבת היטב עם יישוב או biofouling מינימאליים על פני תקופות צמיחה של 7 ימים. השתנות האור מינימליות על פני בנק אור הניאון מוצג?…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge funding from the National Science Foundation (award # 1335550), Utah Water Research Laboratory, Professor Joan McLean and Tessa Guy for their help during the metal/metalloids analysis. The authors also thank Laura Birkhold for her support with the data collection and Danna Olbright.
Chemicals | |||
Sodium chloride | Fisher Scientific | S271-3 | |
Calcium chloride dihydrate | Fisher Scientific | C79-500 | |
Potassium chloride | Fisher Scientific | P217-500 | |
Sodium meta silicate nonahydrate | Fisher Scientific | S408-500 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Fisher Scientific | M63-500 | |
Potassium nitrate | EMD Chemical | PX1520-5 | |
Potassium phosphate monobasic | Fisher Scientific | P285-500 | |
Ammonium ferric citrate | Fisher Scientific | I72-500 | |
Boric acid | Fisher Scientific | A73-500 | |
Sodium molybdate, dihydrate | EMD Chemical | SX0650-2 | |
Manganese chloride tetrahydrate | Fisher Scientific | M87-500 | |
Zinc sulfate heptahydrate | Fisher Scientific | Z68-500 | |
Cupric sulfate pentahydrate | Fisher Scientific | C489-500 | |
Biotin | Acros Organics | 230090010 | |
Thiamine | Acros Organics | 148990100 | |
Vitamin B12 | Acros Organics | 405920010 | |
Copper (II) chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | 221783-100G | Irritant, Dangerous to the Environment |
Lead (II) chloride | Sigma-Aldrich | 268690-250G | Toxic, Dangerous to the Environment |
Sodium dichromate dihydrate | Sigma-Aldrich | 398063-100G | Oxidizing, Highly Toxic, Dangerous to the Environment |
Cobalt (II) chloride hexahydrate | Sigma-Aldrich | 255599-100G | Toxic, Dangerous to the Environment |
Nickel (II) chloride hexahydrate | Sigma-Aldrich | 223387-500G | Toxic, Dangerous to the Environment |
Sodium (meta) arsenite | Sigma-Aldrich | 71287 | Toxic, Dangerous to the Environment |
Cadmium chloride | Sigma-Aldrich | 202908-10G | Highly Toxic, Dangerous to the Environment |
Mercury (II) chloride | Sigma-Aldrich | 215465-100G | Toxic, Dangerous to the Environment |
Tin (II) chloride dihydrate | Fisher Scientific | T142-500 | Corrosive. Suitable for Hg analysis. Very hazardous. |
Manganese chloride tetrahydrate | Fisher Scientific | M87-500 | |
Vanadium (V) oxide | Acros Organics | 206422500 | Dangerous to the Environment |
Carbon dioxide | Air Liquide | I2301S-1 | Compressed |
Hydrogen peroxide | H325-500 | Fisher Scientific | 30% in water |
ICP-MS standard | ICP-MS-6020 | High Purity Standards | |
Mercury standard | CGHG1-1 | Inorganic Ventures | 1000±6 µg/mL in 5% nitric acid |
Argon | Air Liquide | Compressed | |
Helium | Air Liquide | Compressed, ultra high purity | |
Hydrogen | Air Liquide | Compressed, ultra high purity | |
Nitric acid | Fisher Scientific | A509-P212 | 67-70% nitric acid, trace metal grade. Caution: manipulate under fume hood. |
Hydrochloric acid | Fisher Scientific | A508-P212 | 35% hydrochloric acid, trace metal grade. Caution: manipulate under fume hood. |
Equipment | |||
Scientific prevacuum sterilizer | Steris | 31626A | SV-120 |
Centrifuge | Thermo Fisher | 46910 | RC-6 Plus |
Spectrophotometer | Shimadzu | 1867 | UV-1800 |
pH controller | Hanna | BL981411 | X4 |
Rotometer, X5 | Dwyer | RMA-151-SSV | T31Y |
Rotometer, X5 | Dwyer | RMA-26-SSV | T35Y |
Water bath circulator | Fisher Scientific | 13-873-45A | |
Compact chiller | VWR | 13270-120 | |
Freeze dryer | Labconco | 7752020 | |
Stir plate | Fisher Scientific | 11-100-49S | |
pH lab electrode | Phidgets Inc | 3550 | |
Inductively coupled plasma mass spectrometer | Agilent Technologies | 7700 Series ICP-MS | Attached to autosampler CETAC ASX-520 |
FIAS 100 | Perkin Elmer Instruments | B0506520 | |
Atomic absorption spectrometer | Perkin Elmer Instruments | AAnalyst 800 | |
Cell heater (quartz) | Perkin Elmer Instruments | B3120397 | |
Microwave | Milestone | Programmable, maximum power 1200 W | |
Microwave rotor | Milestone | Rotor with 24 75 mL Teflon vessels for closed-vessel microwave assisted digestion. | |
Materials | |||
0.2 micron syringe filter | Whatman | 6713-0425 | |
0.2 micron syringe filter | Whatman | 6713-1650 | |
0.45 micron syringe filter | Thermo Fisher | F2500-3 | |
Polystyrene tubes | Evergreen | 222-2094-050 | 17×100 mm w/cap, 16 mL, polysteryne |
Octogonal magnetic stir bars | Fisher scientific | 14-513-60 | Magnets encased in PTFE fluoropolymer |