Critical cell density (CCD), the maximum cell concentration without mutual shading in algal cultures, can be used as a new operating parameter for high-density algal cultures and for the application of the flashing light effect on illuminated algal cultures. CCD is a function of average cell volume and light illumination area. The CCD is thus proposed as an index of estimation of mutual shading in algal cultures. Where cell densities are below the CCD, all the cells in photobioreactors can undergo photosysnthesis at their maximum rate. At cell densities over CCD, mutual shading will occur and some cells in the illumination chamber cannot grow photoautotrophically. When the cell concentration is higher than the CCD, specific oxygen production rates under flashing light were higher than those under continuous light. The CCD was found to be a useful engineering parameter for the application of flashing light, particularly in high-density algal cultures.
Light penetration depth in high-density Chlorella cultures can be successfully estimated by Beer-Lambert's law. The efficiency of light energy absorption algal cultures was so high that algal cells near the illuminating surface shade the cells deep in the culture. To exploit the potential of high-density algal cultures, this mutual shading should be eliminated or minimized. However, providing more light energy will not ease the situation and it will simply drop the overall light utilization efficiency.
This review summarizes the recent advances in high-density algal cultures in the field of algal biotechnology. Photobioreactor engineering for economical and effective utilization of algae and its products has made impressive and promising progress. Bioprocess engineers have expedited the design and the operation of algal cultivation systems. Many of them in use today are open systems due to cost considerations, and closed photobioreactors have recently attracted a considerable attention for the production of valuable biochemicals or for special applications. For high-density cultures, the optimization of environmental factors in the photobioreactors have been explored, including light delivery, CO$_2$and O$_2$gas transfer, medium supply, mixing and temperature. It is expected that further advanced photobioreactor engineering will enable the commercialization of noble algal products within the next decade.
Seasonal variation in the biomass of eelgrass (Zostera marina) and epiphytic algae in two eelgrass beds (Dongdae and Aenggang Bay) around Namhae Island was investigated throughout 2005. Shoot density and eelgrass biomass differed across months and locations. Peak shoot density occurred from April to August 2005, whereas eelgrass biomass was higher in July and August 2005. Shoot density as well as eelgrass biomass were higher in Dongdae Bay compared to Aenggang Bay. A total of 21 epiphytic algal species (4 Chlorophyta, 2 Phaeophyta, and 15 Rhodophyta) were collected, and dominant species included Polysiphonia japonica, Lomentaria hakodantensis, Symphyocladia latiuscula, Champia sp., and Heterosiphonia japonica. Seasonal variation in both the species composition and biomass of epiphytic algae was substantial: peak epiphytic algal biomass occurred in January and December 2005. We also observed high epiphytic algal biomass in the eelgrass bed of Dongdae Bay. Seasonal changes in the biomass of eelgrass and epiphytic algae were primarily influenced by water temperature, whereas those of the epiphytic algal community were also correlated with eelgrass (substrate) morphology and growth, the life cycle of epiphytic algae, and physical characteristics within eelgrass beds. The spatial variation of eelgrass density and biomass were also limited by sediment characteristics.
It have been investigated how algal and bacterial symbiotic reaction influences on removal of organic carbon in river ecosystem. And artificial experimentation apparatus was made for algae'and bacteia'culture as lab scale. Investigating and researching minutely the change of concentration of organic carbon substrate and the change of population density of algae'and of bacteria'with this artificial experimentation apparatus, the next results could be obtained. 1. Successful decrease of DOC(dissolved organic carbon) could not be expected unless algal and bacterial biomass floe was nut formed effectively and unless biosorption was not proceeded effectively in the very culture system in which artificial synthetic wastewater was supplied continuously at constant rate. 2. In conditions of culture liquid of 1335 glucnse mg/L(type 1) and of 267 glucose mg:L(type 2), the algal dominant species was always Chlorella vulgaris in both types in which artificial synthetic wastewater were supplied continuously at constant rate and algae population density was around maximum 107 cells/mL. 3. It was around 108 ~ 107 cells/mL that the population density of heterotrophic bacterium. In culture medium systems type 1 and type 2 in which artificial wastewater were supplied continuously at constant rate, the same density appeared initially when using the population density of Escherichia coli w 3110 as indirect indicator. And this density decreased rapidly till the culturing date 35 days were passed away, while this density increased with gentle slope after same date and then the trend of change at type 2 was more severe than one at type 1. 4. When seeing such a change of population density of Escherichia coli w 3110, the growth of heterotrophic bacterium appeared as survival instinct pattern of broader requirement of nutrient at condition of low concentration of organic carbon substrate than condition of high concentration of same substrate.
It has been reported that flashing light enhances microalgal biomass productivity and overall photosynthetic efficiency. The algal growth kinetics and oxygen production rates under flashing light with various flashing frequencies (5Hz-37 kHz) were compared with those under equivalent continuous light in photobioreactors. A positive flashing light effect was observed with flashing frequencies over 1kHz. The oxygen production rate under conditions of flashing light was slightly higher than that under continuius ligth. The cells under the hight, particularly at higher cell concentrations. When 37kHz flashing light was applied to an LED-based photobioreactor, the concentration was higher than that obtained under continuous light by about 20%. Flashing light may be a reasonable solution to overcome mutual shading, particularly in high-density algal cultures.
In order to understand the impact for decomposition of blue-green algae Microcystis on water quality, the algae were cultivated with collection of natural population during approximately one month, when water-bloom of Microcystis dominated at August 31, 1999 in the lower part of the Okchon Stream. The enrichment of inorganic NㆍP nutrients didn't in algal assay and the effect of Microcystis on water duality was assessed from the variation of nutrients by algal senescence. Microcystis population seemed to play a temporary role of sink for nutrients in the water body. Initial algal density of Microcystis was 2.3×10/sup 6/ cells/㎖. When Microcystis population died out under light condition, algal NㆍP nutrients between 9∼12 days affected to increase of biomass after reuse by other algal growth as soon as release to the ambient water. However, cellular nutrients under dark condition were almost moved into the water during algal cultivation. NH₄, NO₃ and SRP concentration were highly increased with 160, 17 and 79 folds, respectively relative to the early. As a result, the senescence of Microcystis population seemed to be an important biological factor in which cause more eutrophy and increase of explosive algal development by a lot of nutrients transfer to water body. There are significantly observed an effort of reduce for production of inner organic matters such a phytoplankton as well as load pollutants from watershed in side of the water quality management of reservoir.
Kim Chang Sook;Bae Heon Meen;Yun Seong Jong;Cho Yong Chul;Kim Hak Gyoon
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.3
no.2
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pp.111-117
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2000
To clarify the ichthyotoxic mechanisms of a harmful dinoflagellate Cochlodinium polykrikoides, hematological responses of the flounder Paralichthys olivaceus and red sea bream Pagrus major exposed to this algal bloom were investigated. The mortality of red sea bream was considerably larger than that of flounder, and the threshold lethal density of C. polykrikoides to the test fish was approximately 3,000 cells/ml. Blood $PO_2$declined in proportion to the increasing density of algal cells. The blood $PO_2$ of moribund fish was about $40-60\% of control test fish. Particularly, the fishes began to be killed when the blood $PO_2$ fell below 30-40 mmHg. However, the blood pH dropped almost 1.0 unit just before fish kill. Hemoglobin and hematocrit levels of fish exposed to C. polykrikoides of 5,000 cells/ml for 24 h and of moribund fish did not show great difference. The concentrations of plasma $Na^+$, $K^+$ and $Cl^-$ were slightly elevated to different magnitudes except $Ca^{2+}$ and plasma osmolality was also increased in Cochlodinium-exposed fish. In the plasma cortisol level, these values of moribund flounder and red sea bream were 4- 5 times higher than those of control fish. These results suggest that the drop of blood $PO_2$ was may be one of the principal causes of fish kill by C. polykrikoides, and the changes of other hematological parameters were secondary responses elicited by the decrease in blood $PO_2$.
Nguyen Thi Kim Lien;Phan Thi Cam Tu;Vo Nam Son;Huynh Truong Giang
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.26
no.8
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pp.470-481
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2023
Algal overgrowth in shrimp culture ponds can affect the quality of the aquatic environment, thereby adversely affecting the shrimp and causing economic losses. The objective of this study was to evaluate the variation in phytoplankton composition in intensive shrimp ponds in Bac Lieu province, Vietnam. Phytoplankton samples were collected in three black tiger shrimp (Penaeus monodon) ponds and three whiteleg shrimp (Litopenaeus vannamei) ponds. The collected data were analyzed using SPSS and canonical correlation analysis softwares. In total, 75 species of phytoplankton were recorded in black tiger shrimp ponds and 64 species in whiteleg shrimp ponds. Diatoms had the highest species diversity with 29-30 species (39%-47%), followed by green algae with 9-19 species (14%-25%); species numbers of other phyla varied from 5-12 (8%-16%). The total number of phytoplankton species throughout the study varied from 34-50 species. Algal density was relatively high and ranged from 497,091-2,229,500 ind./L and 1,301,134-2,237,758 ind./L in black tiger shrimp and whiteleg shrimp ponds, respectively. The diatom density tended to increase during the final stage of the production cycle in black tiger shrimp ponds. Blue-green algae and dinoflagellates also increased in abundance at the end of the cycle, which can affect shrimp growth. Diatoms were significantly positively correlated with pH, salinity, total ammonia nitrogen, and nitrate (NO3-) concentrations (p < 0.05). Blue-green algae and dinoflagellates were positively correlated with salinity, phosphate (PO43-), and NO3-. Algal species diversity was lower in the whiteleg shrimp ponds than in the black tiger shrimp ponds. Several dominant algal genera were recorded in the shrimp ponds, including Nannochloropsis, Gyrosigma, Chaetoceros, Alexandrium, and Microcystis. The results of this study provide basic data for further investigations, and they contribute to the management of algae in brackish-water shrimp ponds.
Because algal cells are so efficient at absorbing incoming light energy, providing more light energy to photobioreactors would simply decrease energy conversion efficiency. Furthermore, the algal biomass productivity in photobioreactor is always proportional to the total photosynthetic rate. In order to optimize the productivity of algal photobioreactors (PBRs), the oxygen production rate should be estimated. Based on a simple model of light penetration depth and algal photosynthesis, the oxygen production rate in high-density microalgal cultures could be calculated. The estimated values and profiles of oxygen production rate by this model were found to be in accordance with the experimental data. Optimal parameters for PBR operations were also calculated using the model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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