Potencjał oczyszczania płynnego pofermentu przez pięć zielonych mikroalg w kulturach nie-aseptycznych

Przekształcanie odpadów w zasób

Zakłady fermentacji anaerobowej przetwarzają odpady żywnościowe i rolne na biogaz, odnawialne paliwo. Pozostawiają jednak wodnistą pozostałość zwaną płynnym pofermentem, pełną azotu i fosforu. Jeśli ten produkt uboczny nie jest odpowiednio zagospodarowany, może zanieczyszczać rzeki i gleby. Niniejsze badanie sprawdza, czy naturalnie występujące zielone mikroalgi, rosnące razem z bakteriami, mogą oczyścić ten trudny płyn, przekształcając zgromadzone składniki odżywcze w użyteczną biomasę.

Dlaczego pozostałości stanowią problem

Wraz z rozwojem produkcji biogazu na świecie rośnie też ilość pofermentu. Część ciekła, stanowiąca większość objętości, jest bogata w składniki odżywcze dla roślin, ale też w pozostałości organiczne, czasami metale ciężkie i patogeny. Rozprowadzanie jej na polach może pełnić rolę nawozu, lecz nadmiar powoduje zanieczyszczenie wód i przeciążenie gleby. Konwencjonalne metody oczyszczania bywają kosztowne i mało wydajne, zwłaszcza dla małych lub samodzielnych biogazowni. Bardziej eleganckim rozwiązaniem jest wykorzystanie cieczy jako pożywki dla mikroalg, które wychwytują składniki odżywcze, oczyszczają wodę i generują biomasę nadającą się m.in. na paszę lub biopaliwa.

Test dzikich mikroalg

Naukowcy pobrali płynny poferment z pilotażowego zakładu przetwarzającego odpady warzywne, takie jak kukurydza, groszek i fasola. Rozcieńczyli go jedynie pięciokrotnie wodą i nie sterylizowali, celowo zachowując warunki zbliżone do rzeczywistych. Pięć szczepów zielonych mikroalg, wyizolowanych z naturalnych zbiorników wodnych, a nie zakupionych z kolekcji kultur, hodowano w małych naświetlanych reaktorach przez cztery miesiące. Kultury były „nie-aseptyczne”, co oznacza, że algi współistniały z naturalnie związanymi z nimi bakteriami. Zespół monitorował kluczowe wskaźniki zanieczyszczenia — formy azotu, fosforanów i materii organicznej — a także wzrost alg i zmiany w społeczności bakteryjnej.

Jak kontrola pH zmieniła rezultat

Eksperyment miał dwa główne etapy. W pierwszej 60-dniowej fazie poferment podawano do reaktorów bez kontroli kwasowości (pH). Algi początkowo rosły, ale w miarę jak mieszana społeczność uwalniała dwutlenek węgla i przekształcała azot, pH stopniowo spadało do lekko kwaśnych wartości. Spowolnienie wzrostu ograniczyło też usuwanie zanieczyszczeń: azot całkowity zmniejszył się o około 55–70%, a usuwanie fosforanów pozostało poniżej ~50%. W drugiej 60-dniowej fazie badacze podwyższyli i utrzymali pH powyżej neutralnego za pomocą niewielkich dodatków wodorotlenku sodu. W tych bardziej alkalicznych warunkach algi rozwijały się bujniej, poziomy chlorofilu wzrosły, a reaktory usunęły znacząco więcej azotu i fosforu, chociaż skuteczność usuwania niektórych związków organicznych spadła.

Algi, bakterie i sztuka równowagi

Wśród pięciu testowanych gatunków wyróżniły się kultury z dominacją Desmodesmus communis. Usunęły one niemal 90% azotu całkowitego i ponad 90% fosforanów w fazie z kontrolowanym pH, mimo że ta alga nie osiągnęła najwyższych liczebności komórkowych. Jej przewaga wydaje się związana z większymi, wielokomórkowymi strukturami i sposobem interakcji z bakteriami towarzyszącymi. Analiza genetyczna wykazała, że po podwyższeniu pH proporcje grup bakteryjnych uległy zmianie: niektóre spadły, podczas gdy inne, preferujące alkaliczne i bogate w składniki odżywcze środowiska, stały się bardziej powszechne. Pewne bakterie wydawały się wyspecjalizowane w rozkładzie złożonej materii organicznej, inne pomagały usuwać azot i fosfor lub udostępniały te składniki algom. Ogólna wydajność wynikała z działania tej mieszanej, współpracującej społeczności, a nie tylko samych alg.

Z zanieczyszczonego odpływu do czystszych obiegów

Mówiąc prościej, badanie pokazuje, że pozwolenie mieszaninie alg–bakterii „robić swoje” nie wystarcza: kluczowa jest staranna kontrola pH, by uwolnić ich pełny potencjał oczyszczający. W odpowiednich warunkach dzikie zielone mikroalgi współżyjące z bakteriami mogą usunąć większość nadmiaru azotu i fosforu z płynnego pofermentu przy umiarkowanym rozcieńczeniu i bez sterylizacji. Dzięki temu przetworzony płyn jest bezpieczniejszy do ponownego użycia w biogazowniach lub ewentualnego wprowadzenia do środowiska, a powstała biomasa algowa może stać się produktem ubocznym. Takie systemy mogą pomóc zamykać obiegi składników odżywczych, redukować odpady i zwiększać zrównoważenie produkcji biogazu.

Cytowanie: Sobolewska, E., Borowski, S. & Nowicka-Krawczyk, P. Liquid digestate treatment potential of five green microalgae in non-axenic cultures. Sci Rep 16, 14589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45636-5

Słowa kluczowe: mikroalgi, poferment anaerobowy, usuwanie składników odżywczych, biogaz, oczyszczanie ścieków