Evaluation of the microalga Tetradesmus lagerheimii for biomass production and elimination of endocrine disrupting chemicals in paper mill wastewater
Deze studie toont aan dat de robuuste microalg *Tetradesmus lagerheimii* effectief papierfabrieksafvalwater kan behandelen door endocriene disruptoren aanzienlijk te verminderen en een hoge biomassa-productiviteit te bereiken in een stabiel repeated-batch proces zonder uitgebreide voorbehandeling.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Papiermolens behoren tot de grootste waterverbruikers ter wereld, en het afvalwater dat zij produceren is een complexe soep van chemicaliën. Zelfs nadat standaard waterzuiveringsinstallaties hun werk hebben gedaan, bevat dit water vaak onzichtbare sporen van stoffen die de hormoonhuishouding van levende wezens kunnen verstoren. Deze chemicaliën, bekend als hormoonontregelaars, kunnen door conventionele filters glippen en in rivieren terechtkomen, waar ze risico's vormen voor vissen en andere wilde dieren. Decennialang hebben wetenschappers gezocht naar manieren om dit water grondiger te reinigen en tegelijkertijd een manier te vinden om het afval in iets nut kindigs te veranderen. Een veelbelovende weg houdt het gebruik in van minuscule, eencellige plantjes die microalgen worden genoemd. Deze organismen zijn natuurlijke filters; ze drinken water, absorberen voedingsstoffen en kunnen schadelijke verontreinigingen afbreken terwijl ze groeien tot een dikke, olieachtige biomassa die potentieel gebruikt kan worden voor brandstof of andere materialen. Het omzetten van dit idee in een praktische realiteit is echter moeilijk gebleken. Afvalwater van papiermolens is vaak te giftig voor veel soorten algen, en eerdere pogingen om ze in deze omgeving te kweken, vereisten uitgebreide, dure reiniging van het water of resulteerden in zeer lage hoeveelheden plantengroei.
Een team van onderzoekers in Duitsland zette zich in om te testen of een specifieke, robuuste stam van microalgen kon overleven en gedijen in rauw afvalwater van een papiermolen zonder dat daar speciale voorbehandeling voor nodig was. Ze kozen een stam genaamd Tetradesmus lagerheimii, een type groenalgen dat bekend staat om zijn hardheid. In plaats van het afvalwater te verdunnen of te filteren om mogelijke toxines te verwijderen, plaatsten ze de algen direct in het water dat uit de anaerobe behandelfase van een papiermolen kwam. Hun doel was tweeledig: te zien of de algen konden groeien tot een dichte cultuur en om te bepalen of deze groei de hardnekkige hormoonontregelende chemicaliën kon verwijderen. Om de effectiviteit van de schoonmaak te meten, gebruikten ze een zeer gevoelige biologische test die de totale estrogenische activiteit in het water detecteert, in plaats van alleen naar specifieke chemische namen te kijken. Deze methode werkt als een biologische sensor en brengt het gecombineerde effect van alle hormoonverstorende stoffen in kaart, inclusclusief eventuele onbekende afbraakproducten.
De resultaten toonden aan dat de algen opmerkelijk veerkrachtig waren. Ze groeiden krachtig in het onbehandelde afvalwater en bereikten een hoge concentratie biomassa zonder tekenen van vergiftiging door het industriële effluent. De onderzoekers ontdekten dat ze het water niet vooraf hoefden te filteren of gassen zoals waterstofsulfide hoefden te verwijderen; de algen groeiden net zo goed in het ruwe water als in de voorbehandelde monsters. Gedurende zes dagen vermenigvuldigden de algen zich snel en bereikten ze een biomassaconcentratie van 15 gram per liter. Dit is een aanzienlijke hoeveelheid, die veel hoger ligt dan wat in de meeste eerdere studies met afvalwater van papiermolens is gerapporteerd. Het proces bleek stabiel genoeg om in een herhaalde cyclus te worden uitgevoerd, waarbij het grootste deel van de algen elke week werd geoogst en vers afvalwater werd toegevoegd, waardoor de cultuur meer dan drie weken kon blijven groeien zonder in te storten.
Naast het groeien fungeerden de algen ook als een effectieve schoonmaakploeg. De onderzoekers maten de estrogenische activiteit in het water vóór en na de groei van de algen gedurende zes dagen. In het water waar de algen aanwezig waren, daalde de schadelijke hormonale activiteit met tussen de 88 en 98 procent. Ter vergelijking: water dat zonder algen werd gelaten, zag een reductie van slechts 60 tot 81 procent, waarschijnlijk door natuurlijke processen of de groei van andere microscopische organismen. Dit betekent dat de specifieke algencultuur verantwoordelijk was voor het verwijderen van een extra 7 tot 33 procent van de hormoonontregelende chemicaliën. De studie keek ook naar specifieke chemicaliën zoals bisfenol S, een veelvoorkomende industriële verbinding, en stelde vast dat na de algenbehandeling de concentratie van deze stoffen in het water onder het niveau zakte dat de testapparatuur nog kon detecteren. De algen leken deze chemicaliën ofwel af te breken of ze in hun eigen cellen op te nemen.
De schoonmaak was echter niet op elk punt perfect. Hoewel de algen de hormoonontregelaars effectief verwijderden, verminderden ze de totale organische belasting van het water niet zo sterk als de onderzoekers hadden gehoopt. De chemische zuurstofvraag, een maatstaf voor hoeveel organische stof er in het water zit, nam weliswa_ af, maar niet zoveel als in de controlemengsels zonder algen. De onderzoekers observeerden dat de algen zelf organische stoffen afgeven terwijl ze groeien, wat lijkt tegen te werken aan een deel van het schoonmaakwerk dat de natuurlijk aanwezige bacteriën in het afvalwater doen. In de langdurige herhaalde cycli leken de algen en de bacteriën zich aan elkaar aan te passen, en de efficiëntie van de reiniging verbeterde enigszins in de loop van de tijd, maar de algen alleen konden de organische belasting niet tot de laagst mogelijke niveaus verlagen.
De studie concludeert dat het gebruik van deze specifieke algencultuur een praktische weg vooruit biedt voor de behandeling van industrieel afvalwater. Door een taai, aanpasbaar organisme te selecteren en een gespecialiseerde reactor te gebruiken die optimale licht- en gasuitwisseling biedt, is het mogelijk om de dure en energie-intensieve stappen van het voorfilteren van het water over te slaan. Het proces combineert succesvol de verwijdering van gevaarlijke hormonale verontreinigingen met de productie van een waardevolle biomassa. Hoewel er uitdagingen blijven bestaan, zoals het beheren van de organische belasting en het waarborgen dat de uiteindelijke biomassa veilig is voor gebruik, demonstreert het onderzoek dat microalgen een levensvatbaar, robuust instrument kunnen zijn voor het reinigen van complex industrieel afval, waarbij een moeilijk milieuprobleem wordt omgezet in een potentieel hulpmiddel.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.