Coltivazione di microalghe alla scala pilota : confronto tra un reattore raceway ed un thin layer cascade

In this study, two pilot reactors designed for the cultivation of microalgae were compared. Two open pond sytems were used, a conventional Raceway and a Thin Layer Cascade. Three consecutive trials were carried with both systems, under a greenhouse, with BBM medium and water from the water supply network. The initial salinity of the culture medium was around 1‰. An algal consortium was chosen as inoculum. It was mainly composed of species belonging to Chlorella and Scenedesmus genuses, previously grown on digestate from a civil wastewater treatment plant in Bresso (Milano). The trials were operated in fed-batch mode and CO2 wasn’t supplied to the microalgae. The period of experimentation went from September to December. In the Raceway reactor, algal densities lower than 0,8 g L−1 were reached, whereas in the Thin Layer reactor the algal density exceeded 6,3 g L−1. Average algal areal productivity in the Raceway was 3,9 gm−2 d−1, while in the Thin Layer it was 2,0 gm−2 d−1. On the other hand, the inclined bed reactor showed an average volumetric productivity of 158 mg L−1 d−1, higher than the one extimated for the Raceway reactor, 30 mg L−1 d−1. During the first fed-batch test, a salinity build-up was measured, with a peak around 10‰. This build-up was not detrimental to the survival and growth of microalgae, as some salinity tests demonstrated. These batch growth tests were carried in flasks with different salinity. Due to the different environmental conditions, the algal consortia in the two pilot systems progressively changed their species composition, becoming very different compared one to the other. Some anlasyses were carried on the freeze-dried biomass from each reactor, to measure carbon, lipid and protein content. BMP tests were done to quantify the methanation potential of the algal biomass. Results were higher than the tipical values for microalgae. Furthermore, both the consortia showed slight biostimulant properties. Energetic costs, according to production and harvesting, were lower for the Thin Layer reactor during the two first trials. On the contrary, during the last test, the other system achieved lower production costs.

In questo elaborato sono state messe a confronto le prestazioni di due reattori pilota per la coltivazione di microalghe. Sono stati utilizzati due impianti di tipo aperto, un convenzionale reattore Raceway ed un Thin Layer Cascade. Sono state svolte, sotto serra, tre prove consecutive in parallelo con medium sintetico BBM e acqua di rete. La salinità iniziale del terreno di coltura è risultata intorno a 1‰. É stato scelto come inoculo un consorzio algale, composto prevalentemente da alghe dei generi Chlorella e Scenedesmus e cresciuto su digestato da reflui civili, in un Raceway nell’impianto di depurazione di Bresso (Milano). Le prove si sono svolte in modalità fed-batch e non è stata fornita CO2 alle alghe. Gli esperimenti si sono svolti da tra settembre e dicembre. Nel Raceway sono state raggiunte densità algali inferiori a 0,8 g L−1, mentre nel Thin Layer sono stati superati i 6,3 g L−1. La produttività areale media per il Raceway è risultata pari a 3,9 gm−2 d−1, per il Thin Layer pari a 2,0 gm−2 d−1. É stata calcolata, di contro, una maggiore produttività volumetrica media per il reattore a cascata, con 158 mg L−1 d−1 rispetto ai 30 mg L−1 d−1 del reattore a circuito. Durante la prima prova si è verificato un aumento della salinità nel Thin Layer fino a un valore intorno a 10‰, che tuttavia non ha inficiato la sopravvivenza e la crescita delle alghe, come dimostrato da due prove di crescita in batch in scala laboratorio, con beute a salinità diverse. A causa delle differenti condizioni ambientali, le specie algali nei due reattori si sono progressivamente differenziate. La biomassa liofilizzata è stata analizzata per stimare il contenuto di carbonio, lipidi e proteine. Sono state effettuate prove di BMP per quantificare il potenziale di metanizzazione della pasta algale, con risultati superiori ai valori tipicamente osservati per substrati di questo tipo. Inoltre, entrambi i consorzi algali hanno mostrato modeste potenzialità fitostimolanti. I consumi energetici per la produzione e per la raccolta di biomassa, ad eccezione dell’ultima prova, risultano inferiori per il Thin Layer.