Flocculation to harvest microalgae grown on centrate : a comparison among metal flocculants

Nowadays, microalgae are regarded as a potential sustainable solution to the global increase in food and energy resources consumption. However, a major hurdle for bulk production is the harvesting step, both in terms of cost and energy requirements. Among the alternatives, flocculation is considered a promising pre-concentration method for microalgae harvesting. A wide range of approaches has already been explored in the latest years. Nevertheless, the chemical one and particularly multivalent metal salts are still commonly used to remove microalgae in wastewater treatment plants (WWTP), despite the risk of biomass contamination. In the present study, polyaluminium chloride (PACl), ferric chloride and aluminium sulphate performance in harvesting microalgae (0.3 gTSS/L and pH 7) was evaluated by flocculation. Microalgae were cultivated in an indoor bubble-column fed with the centrate of the anaerobic digester of Bresso - Niguarda WWTP (Milano). The best flocculant alternative was chosen after Jar tests on the basis of flocculation efficiency, cost and risk of secondary pollution. PACl gave the best performance from all points of view with the highest flocculation efficiency (≈100%) at the lowest dosage (13 mgAl/L or 25 mgAl2O3/L) and cost (0.1 €/kgseparatedTSS). It was selected for further flocculation experiments at 0.8 gTSS/L to investigate the role of alkalinity in its efficacy. Results showed that alkalinity seems to play an important role at this biomass concentration, but other factors may contribute to the final flocculation efficiency, such as salinity (conductivity) and microalgae predators. Moreover, respirometric tests were adopted to evaluate the potential microalgal inhibition due to Al and Fe dosed as PACl and ferric chloride. The following concentrations were tested, after verifying they did not induce flocculation: 0.18-0.26 mgAl/L and 0.26-0.39 mgFe/L. None of them resulted in acute microalgal inhibition in short term, but further systematic studies in this direction should be undertaken.

Al giorno d’oggi le microalghe sono viste come una possibile soluzione sostenibile all’aumento globale del consumo di risorse alimentari ed energetiche. Tuttavia, la fase di raccolta rappresenta tutt’oggi un grande ostacolo per la produzione su larga scala, sia in termini di costi, sia in termini di richiesta energetica. Tra le alternative a disposizione la flocculazione è considerata un promettente metodo di pre-concentrazione nella raccolta delle microalghe. Negli ultimi anni un’ampia varietà di approcci è già stata esplorata. Ciononostante l’approccio chimico e in particolare i sali metallici multivalenti sono ancora d’uso comune per rimuovere le microalghe negli impianti di depurazione, anche se comportano il rischio di contaminazione della biomassa. In questo studio si è valutata l’efficacia di policloruro di alluminio (PACl), cloruro ferrico e solfato di alluminio per la raccolta delle microalghe (0.3 gSST/L e pH 7) attraverso la flocculazione. Le microalghe sono state coltivate in un reattore chiuso tipo Bubble-column alimentato dal centrato prodotto nel digestore anaerobico dell’impianto di depurazione di Bresso-Niguarda (Milano). La migliore alternativa tra i tre flocculanti metallici è stata scelta con l’impiego di Jar test sulla base dei seguenti aspetti: efficienza di separazione, costo e apparente rischio di inquinamento secondario. Il PACl ha fornito la migliore prestazione sotto tutti i punti di vista, garantendo l’efficienza più elevata (≈100%) con il dosaggio più basso (13 mgAl/L o 25 mgAl2O3/L) al costo inferiore (0.1 €/kgSSTseparati). Pertanto, il PACl è stato selezionato per ulteriori esperimenti di flocculazione a una concentrazione di 0.8 gSST/L al fine di investigare il ruolo dell’alcalinità nella sua efficacia. L’alcalinità è risultata essere di fondamentale importanza a questa concentrazione di biomassa, ma altri fattori potrebbero aver contribuito nel determinare l’efficienza di flocculazione finale in alcune prove, come la salinità (conduttività) e la presenza di predatori. Inoltre, la respirometria è stata adottata per valutare la potenziale inibizione delle microalghe da Al e Fe. Dopo aver verificato assenza di flocculazione, le seguenti concentrazioni sono state utilizzate: 0.18-0.26 mgAl/L and 0.26-0.39 mgFe/L. Nessuna di esse ha generato inibizione nel breve termine, ma sarebbe utile intraprendere ulteriori studi sistematici in questa direzione.