Bioremediatie van alkalisch mais-afvalwater met Haematococcus pluvialis onder laboratorium- en 100 L raceway-vijvercondities

Tortillawater omzetten in een hulpbron

Elke dag worden in Mexico miljoenen tortilla’s gemaakt met een oude kookmethode genaamd nixtamalizatie. Dit proces produceert een agressief, alkalisch afvalwater dat bekendstaat als nejayote. Meestal wordt nejayote beschouwd als een lastig afval dat rivieren en meren kan vervuilen, maar het is ook rijk aan voedingsstoffen. Deze studie onderzoekt hoe een microscopisch zoetwaterorganisme, de groene microalg Haematococcus pluvialis, dit probleem kan omzetten in een kans: het water zuiveren terwijl er een voedingsrijke biomassa wordt geproduceerd die als meststof of diervoeder zou kunnen worden gebruikt.

Waarom mais-afvalwater een verborgen probleem is

Nixtamalizatie verbetert de smaak en voedingswaarde van maïs, maar laat grote hoeveelheden afvalwater achter—meer dan 14 miljoen kubieke meter per jaar alleen al in Mexico. Deze vloeistof is sterk alkalisch, troebel en geladen met organische stof, stikstof, fosfor en zwevende deeltjes. Wanneer het onbehandeld in riolen of beken wordt geloosd, bevordert het algengroei, verlaagt het zuurstofgehalte en schaadt het het waterleven. Grote industriële producenten zijn begonnen met filters en geavanceerde behandelingssystemen, maar kleine en middelgrote tortilla-werkplaatsen kunnen zich dat vaak niet veroorloven. Daardoor verlaat het grootste deel van de nejayote nog steeds fabrieken onbehandeld en veroorzaakt het een wijdverbreide maar grotendeels onzichtbare milieudruk.

Kleine algen gebruiken als natuurlijke opruimploegen

Het onderzoeksteam wendde zich tot microalgen, die kunnen gedijen in nutriëntrijke wateren terwijl ze overtollige stikstof, fosfor en organische koolstof opnemen. Van vijf kandidaatsoorten sprong Haematococcus pluvialis eruit vanwege zijn vermogen te overleven en goed te presteren in ongedunde nejayote. Om deze alg te helpen omgaan met zo’n extreem medium, ‘verhardden’ de wetenschappers eerst de cultuur door deze kort aan UV-C-licht bloot te stellen, waarmee de meeste cellen werden gedood en de taaiste overlevers werden geselecteerd. Vervolgens verhoogden ze geleidelijk het aandeel nejayote in het groeimedium—van 15% tot 100%—tot de algen volledig geacclimatiseerd waren. Deze zorgvuldige voorbereiding stelde de microalgen in staat nejayote niet als vergif te zien, maar als voedsel.

Van laboratoriumkolven naar een vijver in een kas

Opschalen van een kleine laboratoriumkolf naar een 100-liter raceway-vijver is niet zo eenvoudig als alles alleen maar groter maken. De algen hebben voldoende gasuitwisseling nodig—vooral voor zuurstofafgifte en levering van kooldioxide—om gestaag te groeien en het afvalwater te blijven behandelen. De onderzoekers gebruikten een praktische technische maatstaf genaamd de “schijnbare kLa”, die weergeeft hoe efficiënt gassen tussen lucht en vloeistof bewegen. Door deze waarde in een kleine kolf te meten en vervolgens roersnelheden en paddelwielsnelheden aan te passen in een 5-liter bioreactor en een 100-liter open vijver, probeerden ze vergelijkbare gasoverdrachtsomstandigheden op elke schaal te behouden. Metingen in de vijver toonden aan dat de menging het sterkst was nabij het paddelwiel en zwakker verder weg, wat laat zien dat echte vijvers zich meer als stromende kanalen gedragen dan als perfect geroerde tanks.

Hoe schoon wordt het water?

Onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden presteerden de aangepaste algen indrukwekkend. Ze verwijderden ongeveer 96% van de totale stikstof, praktisch 100% van het fosfor en meer dan 92% van de chemische zuurstofvraag (CZV), een maat voor organische vervuiling. Toen het proces naar de 100-liter buitenraceway werd overgebracht, bleef de verwijdering hoog maar daalde licht: rond 87% voor stikstof, 99% voor fosfor en 90% voor CZV. De daling hing voornamelijk samen met verdamping die de resterende verontreinigingen concentreerde en met variërend buitenlicht en temperatuur. Terwijl stikstof en fosfor onder de Mexicaanse lozingsnormen uitkwamen, bleef CZV boven de wettelijke drempels. De auteurs suggereren het toevoegen van eenvoudige nabehandelingsstappen, zoals coagulatie met natuurlijke flocculanten of actieve-koolfiltratie, om het water verder te zuiveren zodat het aan de normen voldoet.

Van afvalwater naar bruikbare biomassa

Naast het zuiveren van het water leverde het proces een aanzienlijke hoeveelheid microalgenbiomassa op. Analyse toonde aan dat dit gedroogde materiaal rijk was aan eiwit en mineralen, vooral calcium, waardoor het een potentiële grondstof is voor biofertilisers of diervoeders. In het laboratorium bevatten de algen bijna 39% eiwit, wat daalde tot ongeveer 27% in de grotere buitenvijver, terwijl het mineraalgehalte (gemeten als as) steeg van ongeveer 31% tot 47%. De toename van mineralen weerspiegelt het van nature hoge calciumgehalte van nejayote en het concentrerende effect van verdamping. Hoewel spoormetalen aanwezig waren, waren hun niveaus laag, en de auteurs merken op dat eenvoudig wassen of andere nabehandelingen de veiligheid en kwaliteit verder zouden kunnen verbeteren.

Een praktische route naar schonere tortilla-productie

Voor niet-specialisten is de belangrijkste conclusie dat een microscopische plant een problematisch afvalwater uit de voedingsindustrie kan omzetten in schoner water en een nuttig bijproduct. Door Haematococcus pluvialis zorgvuldig te trainen en op te schalen, toonden de onderzoekers aan dat kleine en middelgrote tortilla-producenten in principe een relatief eenvoudig vijversysteem zouden kunnen toepassen dat binnen een circulair bio-economiemodel past. Hoewel een extra polijststap nog nodig is om volledig aan lozingsnormen te voldoen, toont de studie een robuuste, opschaalbare basis voor groenere tortilla-productie die waterwegen beschermt en waarde genereert uit wat ooit alleen afval was.

Bronvermelding: Najar-Almanzor, C.E., García-Cayuela, T., Gutierrez-Uribe, J. et al. Bioremediation of alkaline corn wastewater with Haematococcus pluvialis under laboratory and 100 L raceway pond conditions. Sci Rep 16, 5340 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35251-9

Trefwoorden: nejayote-afvalwater, microalgen-bioremediatie, Haematococcus pluvialis, circulaire bio-economie, maïsverwerking