Min, Kyung-Jin;Lee, Jongkeun;Cha, Ho-Young;Park, Ki Young
Membrane and Water Treatment
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v.10
no.3
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pp.191-199
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2019
In this study, we investigated the cultivation possibility using Hydrodictyon reticulatum in a continuous raceway pond as a tertiary sewage treatment plant. The cultivation possibility was evaluated by varying the light quantity, wavelength, and hydraulic retention time (HRT). Experimental results showed that the growth rates of algae and the removal efficiencies of nutrients increased as the light quantity increased, and the maximum photosynthetic rate was maintained at $100{\mu}mol/m^2{\cdot}s$ or higher. When wavelength was varied, nutrient removal efficiency and growth rate increased in the following order: green light, red light, white light, and blue light. The nutrient removal efficiencies and algae productivity in HRT 4 d were better than in HRT 8 d. We conclude that if Hydrodictyon reticulatum is cultivated in a raceway pond and used as a tertiary treatment facility in a sewage treatment plant, nutrients can be effectively removed, and production costs can be reduced.
This study involves a blending of intensive and extensive shrimp culture techniques for a hypothetical shrimp farm which uses a combination of heated raceway nurseries and extensive grow-out ponds per year. The present value method of economic analysis is used to determine economic feasibility. The biological data in this reports were obtained from published or personal communications from leaders in the field of shrimp aquaculture. The proposed system showed economic feasibility using the present value method with discount rates of 10% and 12%. The most profitable scenario, the culture of three crops of Penaeus vannamei showed a 1.26 year payback period and 120% annual average rate of return. The breakeven price was $1.25/1b., which is $1.52 less than the market price of $2.77. Breakeven production was 724 1bs/acre, which is 8761bs. less than the assumed 1,600 1bs/acre. All other scenarios 1.2 and 3 crops for P. stylirostris and P. setiferus showed economic feasibility also.
A concerted effort to develop alternative forms of energy is underway due to fossil fuel shortages and its deleterious effects. Recently, bioenergy from microalgae has gained prominence and the use of municipal wastewater as a low cost alternative for a nutrient source has significant advantages. In this study, we have employed municipal wastewater directly after primary treatment (primary settling basin) in a small scale raceway pond (SSRP) for microalgal growth. Indigenous microalgae in the wastewater were encouraged to grow in the SSRP under optimal conditions. The mean removal efficiencies of TN, TP, and $NH_3-N$ after 6 days were 77.77%, 63.55%, and 89.02%, respectively. The average lipid content of the microalgae was 19.51% of dry cell weight, and linolenate and linoleate (18:n) were the predominant fatty acids. The 18S rRNA gene analysis and microscopic observations of the indigenous microalgae community revealed the presence of Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus as the dominant microalgae. These results indicate that untreated municipal wastewater, serving as an excellent nitrogen and phosphate source for microalgal growth, could be treated using microalgae in open raceway ponds. Moreover, microalgal biomass could be further profitable by the extraction of biodiesel.
Microalgal biotechnology has gained prominence because of the ability of microalgae to produce value-added products including biodiesel through photosynthesis. However, carbon and nutrient source is often a limiting factor for microalgal growth leading to higher input costs for sufficient biomass production. Use of municipal wastewater as a low cost alternative to grow microalgae as well as to treat the same has been demonstrated in this study using mini raceway open ponds. Municipal wastewater was collected after primary treatment and microalgae indigenous in the wastewater were encouraged to grow in open raceways under optimum conditions. The mean removal efficiencies of TN, TP, COD-$_{Mn}$, $NH_3$-N after 6 days of retention time was 80.18%, 63.56%, 76.34%, and 96.74% respectively. The 18S rRNA gene analysis of the community revealed the presence of Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus as the dominant microalgae. In addition, 16S rRNA gene analysis demonstrated that Rhodobacter, Luteimonas, Porphyrobacter, Agrobacterium, and Thauera were present along with the microalgae. From these results, it is concluded that microalgae could be used to effectively treat municipal wastewater without aerobic treatment, which incurs additional energy costs. In addition, municipal wastewater shall also serve as an excellent carbon and nitrogen source for microalgal growth. Moreover, the microalgal biomass shall be utilized for commercial purposes.
Open raceway ponds are cost-efficient for mass cultivation of microalgae compared with photobioreactors. Although low-cost options like wastewater as nutrient source is studied to overcome the commercialization threshold for biodiesel production from microalgae, a cost analysis on the use of wastewater and other incremental increases in productivity has not been elucidated. We determined the effect of using wastewater and wavelength filters on microalgal productivity. Experimental results were then fitted into a model, and cost analysis was performed in comparison with control raceways. Three different microalgal strains, Chlorella vulgaris AG10032, Chlorella sp. JK2, and Scenedesmus sp. JK10, were tested for nutrient removal under different light wavelengths (blue, green, red, and white) using filters in batch cultivation. Blue wavelength showed an average of 27% higher nutrient removal and at least 42% higher chemical oxygen demand removal compared with white light. Naturally, the specific growth rate of microalgae cultivated under blue wavelength was on average 10.8% higher than white wavelength. Similarly, lipid productivity was highest in blue wavelength, at least 46.8% higher than white wavelength, whereas FAME composition revealed a mild increase in oleic and palmitic acid levels. Cost analysis reveals that raceways treating wastewater and using monochromatic wavelength would decrease costs from 2.71 to 0.73 $/kg biomass. We prove that increasing both biomass and lipid productivity is possible through cost-effective approaches, thereby accelerating the commercialization of low-value products from microalgae, like biodiesel.
Shrimp farming which is entirely conducted in outdoor ponds in the west coast of Korea has been suffered from mass mortality due to viral epizootics. Intensive indoor shrimp culture under limited water exchange can solve these problems of outdoor ponds including viral transmission from environment, pollution due to discharge of rearing water, low productivity and limited culture period. In this study, juvenile L. vannamei (B.W. 0.08-0.09 g) was stocked with $3,000-5,455/m^3$ in density in four raceway tanks (two $12.9\;m^2$, two $18\;m^2$ tanks) and cultured for 42 days with 2.7-3.4% of daily water exchange. Results from four tanks showed FCR of 0.79-1.29, survival of 38.2-48.0%, and yields of $2.49-4.22\;kg/m^3$ which is consistent with 12-20 and 8-14 times higher than those of commercial shrimp hatchery and outdoor pond in Korea, respectively. Concentrations of total ammonia nitrogen in all four tanks were 1.11-1.42 ppm in mean level and did not exceed 6.0 ppm (0.096 ppm of $NH_3$) which is still acceptable levels for shrimp growth. During the culture trial, concentration of $NO_2$-N rapidly increased from stocking, resulting in mean concentration of 18.45-22.07 ppm. It also exceeded 10 ppm over four weeks and maintained at 35-45 ppm for four days in all tanks, accounting for low survival of shrimp due to long-term exposure to high concentration of $NO_2$-N. Nevertheless, the results with survival rate over 38% from raceways which experienced the extreme $NO_2$-N levels suggests that under "biofloc system" white shrimp can acclimate to high $NO_2$-N concentration to some degree.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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