Optimización del cultivo de Chlorella sp en agua residual municipal para la remoción de nutrientes y producción de biomasa

Abstract

El presente estudio tuvo como objetivo optimizar el crecimiento de la microalga Chlorella sp. cultivada en agua residual municipal con el fin de remover los contaminantes y a la vez producir biomasa útil. En primer lugar, se seleccionó al género Chlorella sp. por sus cualidades sobresalientes en la remoción de nutrientes, productividad de biomasa y tasa de fijación de CO2 mediante la evaluación de una matriz de enfrentamiento de factores. Posteriormente se aplicó el método de superficie de respuesta tipo CCD-FC para identificar a los factores más relevantes que afectan el crecimiento de Chlorella sp. a nivel laboratorio. Los resultados mostraron que los factores más significativos, en orden de importancia, fueron: la iluminación, el tipo de medio de cultivo y el pH; y finalmente, se validó experimentalmente un modelo matemático basado en la cinética de consumo de un sustrato limitante por parte de las microalgas que coexisten con las poblaciones bacterianas presentes en las aguas residuales municipales. Los resultados del monitoreo de parámetros en 10 litros de agua residual municipal como medio de cultivo a condiciones óptimas fueron: iluminación de 18W, (20-25) % v/v de CO2, 6-7 de pH, 1000mL/min de tasa de aireación y 20% de inóculo en un fotobiorreactor rectangular con 10 L. mostraron altos porcentajes de remoción de nitrógeno (88.22% en forma de NH4+) y Fósforo (96.59%), así mismo se determinó una productividad de biomasa (0.2127 g Biomasa/L. día) y tasa de fijación de CO2 (0.2127 gCO2/L.día).

The present study aimed to optimize the growth of Chlorella sp. grown in municipal wastewater, in order to achieve greater nutrient removal and biomass production at the laboratory level. Firstly, the most appropriate genus of microalgae was selected, considering its ability to remove nutrients from wastewater, its high productivity and CO2 fixation rate. After a comparative evaluation using a factor confrontation table, it was determined that Chlorella sp. It is the most outstanding genus of microalgae. Secondly, the response surface method was applied to identify the most relevant operational factors that affect the growth of Chlorella sp. at the laboratory level. The results showed that the most significant factors, in order of importance, were: lighting, type of culture medium and pH. Thirdly, an optimized mathematical model that describes the growth behavior of Chlorella sp. was proposed and experimentally validated. based on nitrogen consumption as a limiting substrate. Finally, through constant monitoring of parameters, the following results could be obtained under optimal growing conditions: 18W lighting, use of municipal wastewater as culture medium and pH between 7.5-9. The results showed high percentages of nitrogen removal (88.22% in the form of NH4+), Phosphorus (96.59%) and at the same time biomass productivity (0.2127 g Biomass/L. Day) and CO2 fixation rate (0.2127 gCO2/L) notable day.