The efficiency of the two microalgae species Rhodomonas baltica and Dunaliella tertiolecta for removal of dissolved nitrogen and phosphorus from RAS water

Abstract

Akvakulturindustrien er den raskest voksende matsektoren i verden og er forventet å bidra ytterligere til verdens matbehov i framtiden. En økt vekst kan by på noen utfordringer, og en av de største er hvordan man skal kunne opprettholde en høy produksjon og samtidig drive en bærekraftig og miljøvennlig industri. Resirkulering av vann i landbaserte oppdrettsanlegg har blitt mer og mer vanlig, og gjennom RAS-teknologi blir det totale vannforbruket betydelig redusert og miljøpåvirkningen til nærliggende områder kan bli enda bedre kontrollert da produksjonsvann som slippes ut blir godt renset. Som en integrert del av denne teknologien har forskere nå sett på muligheten av å benytte mikroalger for å rense RAS-vann for løst uorganisk nitrogen og fosfor. I tillegg til å rense vannet kan mikroalgenes biomasse benyttes til andre formål, for eksempel som bruk i akvakulturfôr. Målet med dette studiet var å undersøke muligheten og potensialet til å bruke de to mikroalgeartene Rhodomonas baltica og Dunaliella tertiolecta for å rense unna uorganisk nitrogen og fosfor fra imitert RAS-vann. Om, og eventuelt i hvilken grad forskjellig salinitet og lysintensitet spiller inn på effektiviteten av rensingen ble også undersøkt. For å finne ut av dette ble de to mikroalgeartene kultivert separat som batchkulturer. I tillegg til å undersøke den enkelte art sin renseevne, ble det også gjennomført et forsøk med en semikontinuerlig kultur av de to artene kombinert. Resultatene indikerer at begge artene oppnådde en svært effektiv rensing av nitrogen og fosfor, da analysene av vannet ved kultiveringsslutt viste at nesten alt det nitrogenet og fosforet som var tilgjengelig ved start var blitt fjernet. Hverken salinitet eller lysintensitet ser ut til å ha hatt noen vesentlig innvirkning på effektiviteten av rensingen, selv om det kan se ut til at lavt lysintensitet bidro til en litt høyere renseeffektivitet av fosfor for R. baltica. Hovedinntrykket er likevel at begge arter oppnådde en tilfredsstillende grad av rensing. Resultatene fra det semikontinuerlige blandingsforsøket viste også høy grad av nitrogenrensing. Dette ble observert når det cellulære innholdet ved høsting ble sammenlignet med den tilgjengelige mengden nitrogen i vannet ved start. Renseeffektiviteten av fosfor var derimot lavere, men det er en mulighet for at ikke alt det cellulære fosforet ble detektert i analysen. Det kan derfor bety at det faktiske fosforinnholdet var høyere enn det resultatene indikerer.

The aquaculture industry is the fastest growing food production sector in the world and is expected to contribute even more for the future global food demand. Increasing growth of the industry may give some challenges, and one of the major ones is how to continue a high production while at the same time keeping a sustainable and environmental friendly industry. Recirculation of water in land based facilities have increasingly been implemented, and by use of RAS technology, the total amount of water needed are drastically reduced and the environmental impact on surrounding areas may be even better controlled as the water effluent are thoroughly treated. As an integrated part of this technology, researchers have been looking into the possibilities of using microalgae for the purpose of removal of dissolved inorganic nitrogen and phosphorus from the wastewater. In addition to wastewater removal, the microalgae biomass with its nutritional qualities could possibly be utilized for other purposes, like aquafeed. The aim of this study was to investigate the ability and potential of using the two microalgae species Rhodomonas baltica and Dunaliella tertiolecta for the purpose of removing dissolved inorganic nitrogen and phosphorus from imitated RAS wastewater. Whether or not, and to what extend difference in salinity and light intensity have any impact on the removal effectiveness was also investigated. To assess this, the two microalgae species was cultured separately as batch cultures. As well as investigating the removal effectiveness of the two species alone, the potential of carrying out a semicontinuous mixed culture of the two microalgae was also investigated. The results suggest that both species had a highly effective removal of nitrogen and phosphorus, as almost all the available nitrogen and phosphorus in the RAS water was removed, shown by analysing the water content at the end of the culture period and comparing it to the available amount at start. Neither salinity nor light intensity did seem to have any major effect of the removal ability and effectiveness, although low light intensity did seem to induce a slightly higher removal of phosphorus for R. baltica. The overall impression is although that both species did obtain a highly adequate removal. Results from the mixed semicontinuous culturing experiment did also suggest a high removal of nitrogen, when comparing nitrogen content in the daily added medium to the cellular content harvested. The removal efficiency of phosphorus was lower, but there is a chance that not all the cellular phosphorus was detected and hence the actual cellular content might have been higher as well.