Estudio de la incorporación de diferentes geometrías en un fotobiorreactor a escala de planta piloto y su impacto en el cultivo de la Microcystis Aeruginosa

Abstract

Se diseñó y se construyó un fotobiorreactor tubular vertical de material acrílico para cultivar dentro de los parámetros de las condiciones óptimas la cianobacteria Microcystis aeruginosa, alga que representa un problema ambiental al Embalse Cerrón Grande, con el objetivo de generar una propuesta para el uso de la cianobacteria y crear los cimientos preliminares para estudios posteriores dada la escasa información disponible en el país. Durante la puesta en marcha del fotobiorreactor, se monitoreó el pH, lux, temperatura y densidad celular con relación al tiempo, alcanzando una razón de producción máxima de biomasa de 0.23 g/l día en el quinto día de cultivo. El medio de cultivo inicial fue seleccionado por su alta compatibilidad con algas taxonómicamente similares a la Microcystis aeruginosa, sin embargo, posteriormente fue reformulado específicamente para el alga en estudio por cuestiones de adaptabilidad. Se inyectó CO2 gaseoso como fuente de carbono para el alga y se implementaron diferentes configuraciones internas en el fotobiorreactor con la finalidad de mejorar la transferencia de dióxido de carbono (CO2) al medio de cultivo acuoso. La configuración seleccionada fue el de placa plana, sin embargo, debido al estrés que ocasiona el movimiento de ascenso y descenso dentro del fotobiorreactor a las colonias del alga, se optó por utilizar la configuración sin ningún cuerpo interno. Las condiciones de operación para el adecuado crecimiento de la Microcystis aeruginosa son presentados a continuación: pH de 6.66-9.60; temperatura de 26.1-33.5 °C; una concentración de 10-16 %v/v de CO2 con un promedio en tiempo de inyección de 5.2 minutos y caudal de 1 l/min, una iluminancia de 1927 a 6620 lux y una razón de medio de cultivo Zarrouk modificado (sin bicarbonato) 1:10 con respecto al volumen dentro del fotobiorreactor. El cultivo exitoso del alga tuvo una duración de 7 días a partir de una concentración inicial de alga de 0.15 g/l hasta una concentración máxima de 1.610 g/l.

A vertical tubular photobioreactor of acrylic material was designed and constructed to cultivate within the parameters of the optimal conditions the cyanobacterium Microcystis aeruginosa, algae that represents an environmental problem to the Embalse Cerrón Grande, with the aim of generating a proposal for the use of cyanobacteria and create preliminary foundations for further studies given the limited information available in the country. During the start-up of the photobioreactor, the pH, lux, temperature and cell density were monitored in relation to time, reaching a maximum biomass production ratio of 0.23 g / l day on the fifth day of cultivation. The initial culture medium was selected for its high compatibility with taxonomically similar algae to Microcystis aeruginosa, however, it was subsequently reformulated specifically for the algae under study for adaptability issues. CO2 gas was injected as a carbon source for the algae and different internal configurations were implemented in the photobioreactor in order to improve the transfer of carbon dioxide (CO2) to the aqueous culture medium. The configuration selected was that of a flat plate, however, due to the stress caused by the movement of ascent and descent within the photobioreactor to the algae colonies, it was decided to use the configuration without any internal body. The operating conditions for the proper growth of Microcystis aeruginosa are presented below: pH 6.66-9.60; temperature of 26.1-33.5 ° C; a concentration of 10-16% v / v CO2 with an average injection time of 5.2 minutes and flow rate of 1 l / min, an illuminance from 1927 to 6620 lux and a ratio of modified Zarrouk culture medium (without bicarbonate) 1:10 with respect to the volume inside the photobioreactor. The successful cultivation of the algae lasted 7 days from an initial concentration of algae of 0.15 g / l to a maximum concentration of 1,610 g / l.