Bioremediering av alkalisk majsavloppsvatten med Haematococcus pluvialis under laboratorie- och 100 L raceway-dammar

Att förvandla tortillavatten till en resurs

Varje dag i Mexiko tillverkas miljontals tortillas med en uråldrig tillagningsmetod som kallas nixtamalisation. Denna process ger upphov till ett kraftigt alkalisk avloppsvatten kallat nejayote. Vanligtvis betraktat som svårhanterligt avfall som kan förorena floder och sjöar, är nejayote också rikt på näringsämnen. Denna studie undersöker hur en mikroskopisk sötvattensorganism, den gröna mikroalgen Haematococcus pluvialis, kan förvandla problemet till en möjlighet: rengöra vattnet samtidigt som den producerar en näringsrik biomassa som kan användas som gödsel eller djurfoder.

Varför majsavloppsvatten är ett dolt problem

Nixtamalisation förbättrar majsens smak och näringsinnehåll, men lämnar efter sig stora volymer avloppsvatten—över 14 miljoner kubikmeter per år enbart i Mexiko. Denna vätska är starkt alkalisk, grumlig och full av organiskt material, kväve, fosfor och suspenderade fasta ämnen. När den släpps obehandlad i avlopp eller vattendrag driver den algblomningar, sänker syrehalter och skadar vattenlevande organismer. Stora industriella producenter har börjat använda filter och avancerade reningssystem, men små och medelstora tortillaföretag har ofta inte råd med sådan teknik. Som ett resultat lämnar det mesta av nejayote fortfarande fabriker utan behandling, vilket skapar en utbredd men till stora delar osynlig miljöbelastning.

Att använda små alger som naturliga saneringsgrupper

Forskargruppen vände sig till mikroalger, som kan trivas i näringsrika vatten samtidigt som de upptar överskott av kväve, fosfor och organiskt kol. Av fem kandidatarter utmärkte sig Haematococcus pluvialis för sin förmåga att överleva och prestera väl i odiminerad nejayote. För att hjälpa denna alg att klara av en så extrem vätska ”härdade” forskarna först upp kulturen genom att kort utsätta den för UV-C-ljus, vilket dödade de flesta celler och selekterade de tåligaste överlevarna. De ökade därefter gradvis andelen nejayote i odlingsmediet—från 15 % upp till 100 %—tills algerna var helt acklimatiserade. Denna försiktiga förberedelse gjorde det möjligt för mikroalgerna att använda nejayote inte som ett gift, utan som näring.

Från laboratoriekolvar till en damm i växthus

Att skala upp från en liten laboratoriekolv till en 100-liters raceway-damm är inte bara en fråga om att göra allt större. Algerna behöver tillräckligt gasutbyte—särskilt för att avge syre och få koldioxid—för att växa stabilt och fortsätta behandla avloppsvattnet. Forskarna använde en praktisk ingenjörsparameter kallad "apparenta kLa", som speglar hur effektivt gaser rör sig mellan luft och vätska. Genom att mäta detta värde i en liten kolv och sedan justera omrörnings- och paddelhjulshastigheter i en 5-liters bioreaktor och en 100-liters öppen damm, strävade de efter att bibehålla jämförbara gasöverföringsförhållanden i varje skala. Mätningar i dammen visade att omrörningen var starkast nära paddelhjulet och svagare längre bort, vilket avslöjar att verkliga dammar beter sig mer som strömmande kanaler än som perfekt omrörda kärl.

Hur rent blir vattnet?

Under kontrollerade laboratorieförhållanden presterade de anpassade algerna imponerande. De avlägsnade cirka 96 % av totalt kväve, i praktiken 100 % av fosfor och mer än 92 % av kemiskt syrebehov (COD), ett mått på organisk förorening. När processen fördes över till den 100-liters utomhusdammens raceway höll avskiljningen sig hög men sjönk något: cirka 87 % för kväve, 99 % för fosfor och 90 % för COD. Minskningen var huvudsakligen kopplad till avdunstning som koncentrerade kvarvarande föroreningar samt varierande utomhusljus och temperatur. Medan kväve och fosfor låg under Mexikos utsläppsgränser, överskred COD fortfarande de reglerande trösklarna. Författarna föreslår att man lägger till enkla efterföljande steg, såsom flockning med naturliga flokkulanter eller aktivt kol-filtrering, för att polera vattnet så att det uppfyller standarder.

Från avloppsvatten till användbar biomassa

Förutom att rena vattnet producerade processen en betydande mängd mikroalgbiomassa. Analys visade att detta torkade material var rikt på protein och mineraler, särskilt kalcium, vilket gör det till en potentiell ingrediens för biofertiliser eller djurfoder. I laboratoriet innehöll algerna nästan 39 % protein, vilket sjönk till cirka 27 % i den större utomhusdammen, medan mineralinnehållet (mätt som aska) ökade från ungefär 31 % till 47 %. Ökningen av mineraler återspeglar nejayotes naturligt höga kalciuminnehåll och avdunstningens koncentrationseffekt. Även om spårmetaller fanns närvarande var deras nivåer låga, och författarna noterar att enkel tvätt eller andra efterbehandlingar ytterligare skulle kunna förbättra säkerheten och kvaliteten.

En praktisk väg mot renare tortillaproduktion

För en icke-specialist är huvudslutsatsen att en mikroskopisk växt kan förvandla ett problematiskt avloppsvatten från livsmedelsindustrin till renare vatten och en användbar biprodukt. Genom att noggrant träna och skala upp Haematococcus pluvialis visade forskarna att små och medelstora tortillaproducenter i princip skulle kunna anta ett relativt enkelt dammbaserat system som passar inom en cirkulär bioekonomi. Även om ett extra poleringssteg fortfarande krävs för att helt uppfylla utsläppsstandarder, demonstrerar studien en robust, skalbar grund för grönare tortillaproduktion som skyddar vattendrag samtidigt som den skapar värde av det som tidigare bara var avfall.

Citering: 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

Nyckelord: nejayote-avloppsvatten, mikroalger bioremediering, Haematococcus pluvialis, cirkulär bioekonomi, majsbearbetning