Comparative Nutrient Removal and Biomass Production by Chaetoceros neogracile, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii in Saline Aquaculture Wastewater

De oceaan is een uitgestrekt, levend systeem, maar de wateren rondom viskwekerijen vertellen een ander verhaal. Wanneer vissen in grote aantallen worden gekweekt, verandert het water waarin zij leven in een soep van afval: onverteerd voedsel, visuitwerpselen en opgeloste chemicaliën zoals stikstof en fosfor. Als dit water zonder behandeling terug in de oceaan wordt geloosd, kan het een kettingreactie veroorzaken die zuurstof onttrekt en het leven in de zee schaadt, een proces dat eutrofiëring wordt genoemd. Decennialang hebben wetenschappers gezocht naar manieren om dit water op natuurlijke wijze te reinigen. Een veelbelovende aanpak houdt het gebruik in van microscopisch kleine planten die microalgen worden genoemd. Deze minuscule organismen fungeren als onderwaterstofzuigers, waarbij ze de overtollige voedingsstoffen absorberen om hun eigen groei te stimuleren. De uitdaging is echter het vinden van het juiste type alg dat kan overleven in de zoute, variabele omstandigheden van het water van een viskwekerij, terwijl ze snel genoeg groeit om nuttig te zijn.

In een recente studie probeerden onderzoekers dit puzzelstukje op te lossen door drie verschillende soorten mariene microalgen te testen tegen echt afvalwater van een viskwekerij. Het team, onder leiding van Aisha Khan aan de Universiteit van Karachi, wilde zien welke soort de meeste biomassa kon produceren—in essentie, de meeste plantmateriaal—en welke de meeste vervuiling kon verwijderen. Ze testten drie specifieke stammen: Chaetoceros neogracile, een type diatomee dat silica nodig heeft om zijn schelp te bouwen; Isochrysis galbana, een piepkleine, ronde alg die vaak als voedsel voor mariene larven wordt gebruikt; en Tetraselmis chuii, een grotere, platte alg die relatief gemakkelijk te oogsten is. Om de resultaten betrouwbaar te maken, gooiden de onderzoekers de algen niet zomaar in ruw, onverdund afval. In plaats daarvan creëerden ze een reeks mengsels, waarbij ze het afvalwater verdunden met schoon zeewater om vier verschillende sterktes te maken: 25%, 50%, 75% en 100% afvalwater. Ze voegden ook een controlegroep toe waar de algen groeiden in standaard laboratoriumvoedsel om te zien hoe het afval vergeleken werd met ideale omstandigheden, en een groep met alleen afvalwater en zonder algen om natuurlijke veranderingen te meten.

Het experiment duurde twee weken in glazen vaten, waarbij het water op een constante temperatuur werd gehouden en werd blootgesteld aan een consistente licht-donkercyclus. De onderzoekers controleerden het water elke paar dagen door het aantal algelcellen te tellen en te meten hoeveel stikstof, fosfor en organische stof uit het water was verdwenen. Ze wogen ook de gedroogde algen aan het einde om precies te berekenen hoeveel nieuw plantmateriaal er was geproduceerd. De resultaten toonden een duidelijke afruil: de algen die het snelst groeiden, waren niet noodzakelijkerwijs degenen die het water het beste schoonmaakten.

Tetraselmis chuii bleek de kampioen van de groei te zijn. Wanneer deze soort in water werd geplaatst dat half uit afvalwater en half uit schoon zeewater bestond, produceerde het de hoogste hoeveelheid biomassa, met een eindgewicht van 0,870 gram per liter. Het groeide gestaag en efficiënt, waarbij het de voedingsstoffen in het water sneller omzette in nieuwe cellen dan de andere twee soorten in dat specifieke mengsel. Echter, wanneer het doel puur het schoonmaken van het water was, nam een andere soort de leiding. Isochrysis galbana verwijderde, wanneer gekweekt in water dat voor 75% uit afvalwater bestond, het hoogste percentage vervuiling. Het verwijderde 92% van het ammonium, 76% van de nitraat en 87% van de fosfaat. Het verminderde ook de chemische zuurstofvraag—een maatstaf voor organische vervuiling—met 63%. Dit betekent dat terwijl Tetraselmis chuii beter was in het maken van plantvoedsel, Isochrysis galbana beter was in het schoonmaken van het water.

De studie benadrukte ook dat de concentratie van het afvalwater een belangrijke rol speelde. In het sterkste, onverdunde afvalwater hadden de algen het moeilijker; ze groeiden langzamer en verwijderden minder voedingsstoffen vergeleken met de verdunde mengsels. Dit suggereert dat de hoge niveaus van ammoniak en andere chemicaliën in het ruwe afval de algen stress bezorgen, wat hun vermogen om hun werk te doen beperkt. Opvallend genoeg ontdekten de onderzoekers dat de beste performer voor de ene taak niet de beste was voor de andere. De soort die de meeste biomassa produceerde, verwijderde niet de meeste voedingsstoffen, en vice versa. Deze bevinding is cruciaal omdat het betekent dat een viskwekerij niet simpelweg één "superalg" kan kiezen en kan verwachten dat het alles perfect doet. De keuze voor welke alg te gebruiken, hangt volledig af van het doel van de kwekerij: als de prioriteit ligt bij het oogsten van de algen voor veevoer of brandstof, is Tetraselmis chuii in een 50%-mengsel de betere keuze. Als de prioriteit ligt bij het schoonmaken van het water voordat het wordt geloosd, is Isochrysis galbana in een 75%-mengsel de superieure optie.

Ondanks deze veelbelovende resultaten zijn de onderzoekers voorzichtig en merken zij op dat dit een gecontroleerd laboratoriumexperiment was. De studie werd uitgevoerd in kleine glazen vaten over een korte periode, wat zeer verschillend is van de complexe, open systemen die in de echte wereld van de viskweek worden gebruikt. Het team geeft expliciet aan dat deze bevindingen nog niet klaar zijn voor onmiddellijk commercieel gebruik. Voordat een van deze algstammen op grote schaal kan worden gebruikt voor de behandeling van afvalwater, is verdere testfase nodig. Toekomstig werk moet deze resultaten valideren in pilotsystemen die continu draaien, testen hoe de algen presteren in verschillende seizoenen, en ervoor zorgen dat de geoogste algen veilig zijn voor verontreinigingen zoals zware metalen of pathogenen. Voor nu biedt de studie een duidelijk overzicht van de potentie en de beperkingen, waarbij wordt aangetoond dat hoewel microalgen een krachtig instrument zijn voor het schoonmaken van onze oceanen, het juiste instrument afhangt van de specifieke taak die voorhanden is.