qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasd fghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasd fghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq Oogstmethoden wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui Industriële methoden om de nannochloropsis sp. te oogsten opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas Niek van Bruggen

Wat zijn de voor en nadelen van bepaalde methoden van oogsten en wat is de efficiëntie?

Naam: Niek van Bruggen Studentennummer: 40359 Opdrachtgever: Lans C. Van der Lans, E. Bijster Spring, Centrum voor duurzaamheid en water Michiel Michels Datum: 10-2-2010

Samenvatting Het kweken van algen is momenteel erg in trek, echter blijft het niet bij het kweken. De algen zullen ook een keer geoogst moeten worden, in deze paper wordt gekeken naar bepaalde oogst methoden. De oogst methoden moeten aan een bepaald aantal eisen voldoen zodat ze de alg Nannochloropsis kunnen oogsten, deze alg wordt gebruikt bij een tomatenkweker genaamd Lans. Dit bedrijf heeft hulp gevraagd aan de Hogeschool Zeeland om te helpen bij het optimaliseren van de fotobioreactor die daar ligt. De oogst methode moet de Nannochloropsis dus kunnen oogsten, dit dient echter ook continu te gebeuren en zo min mogelijk energie en arbeid. Het eindproduct dient gebruikt te kunnen worden in de biologische sector en als biobrandstof. De methoden die onderzocht zijn, zijn flocculeren, centrifugeren, hydrocycloon, ultrasound en filtratie, voor elk van deze methoden is de bruikbaarheid onderzocht en met elkaar vergeleken. Al snel viel hydrocycloon en filtratie af doordat deze de gewenste algen niet kunnen oogsten, de algen zijn gewoonweg te klein (2,0 – 2,5 µm). Bij de ultrasound techniek is het wel mogelijk om de kleine algen te oogsten, echter kan dit maar in zeer kleine hoeveelheden en zijn hier hoge energiekosten bij betrokken. Aangezien er gestreefd wordt naar een methode op industrieel niveau en met zo min mogelijke energiekosten is de ultrasound geen optie. Bij flocculatie is een hoge efficiëntie te verkrijgen en zijn de energiekosten laag, maar doordat het eindproduct in de biologische sector ook bruikbaar moet zijn. Wanneer er giftige flocculant op de algen zit kan deze dus niet meer gebruikt worden in deze sector. De laatste methode die overblijft is centrifuge, als vergelijking is gekozen voor de decanter centrifuge, dit is een centrifuge die zelf de aangekoekte “cake” verwijdert uit de centrifuge. Hierdoor ontstaat een systeem dat continu kan oogsten en dit met een efficiëntie die kan variëren van 70 tot 90%. De conclusie is dan ook dat de decanter centrifuge vergeleken met de andere oogst-methoden het beste uit de vergelijkingen komt, en dus ook het beste gebruikt kan worden als oogst methode van de Nannochloropsis sp..

Voorwoord Deze paper is gebaseerd op een project die bij een tomatenkweker in Rilland ligt, deze tomatenkweker genaamd Lans heeft de hulp in geroepen van de Hogeschool Zeeland. Vervolgens zijn er een drietal studenten op het project gezet, het project betreft het optimaliseren van een fotobioreactor met Nannochloropsis algen. Er wordt verkozen om de oogsthoeveelheid te optimaliseren, en als paper de nutriënt opname van de algen, optimale lichtintensiteit, optimale en onderzoek naar de oogstmethoden. Deze paper gaat over verschillende soorten oogstmethoden die met elkaar vergeleken worden om vervolgens een aanbeveling te kunnen geven. De uiteindelijke oogstmethode moet echter wel aan een aantal eisen voldoen, zo wil het bedrijf Lans de geoogste algen kunnen gebruiken in de biologische sector. De geoogste algen mogen dus niet toxisch of beschadigt zijn, verder is de rendement van groot belang. Doordat het kweken van algen al veel energie kost moet de oogst methode dan ook zo efficiënt en rendabel mogelijk zijn zodat het uiteindelijke rendement positief is. De oogstmethode moet de Nannochloropsis kunnen oogsten, dit is echter moeilijk te bepalen doordat de exacte algensoort niet bekend is en dus hier geen informatie over te vinden is. Er wordt na onderzoek aangenomen dat de algen tussen de 2,0 en 2,5 µm groot zullen zijn, oogstmethoden die deeltjes kleiner dan 2,5 µm niet kunnen oogsten vallen dus af. Verder moet de methode op industrieel niveau zijn, zodat er grote hoeveelheden tegelijk geoogst kan worden. Het oogst proces moet ook continu gebeuren, doordat de kweekopstelling ook een continu systeem is, is het verstandig de algen ook continu te oogsten. Resultaten van onderzoek staan in de paper verwerkt, iedere gebruikte methode is toegelicht met onderzoeksresultaten erbij waarna er een vergelijking wordt gemaakt met een uiteindelijke conclusie. Dit onderzoek bevat echter niet alle oogst-methoden, er zijn keuzes gemaakt tussen methoden om de paper op deze manier overzichtelijk te houden.

Inhoudsopgave Samenvatting 1. Inleiding 2. Inhoudelijke oriëntatie Flocculeren Filtreren Centrifugatie Hydrocyclonen Ultrasone afscheiding 3. Methode van onderzoek 4. Resultaten 5. Conclusies 6, Resultaten 7. Discussie 8, Bronnen

Blz. 3 6 7 7 8 9 9 10 12 13 15 16 16 17

1.

Inleiding

Door de zoektocht naar andere bronnen voor brandstof zijn de ogen gericht op algen, algen kunnen gebruikt worden als biobrandstof en vermenigvuldigt zich erg snel. Algen kunnen echter ook voor andere doeleinden gebruikt worden die eerst over het hoofd gezien werden zoals voedsel voor kokkel of zalm kwekers. In alle gevallen is het nodig dat de algen gekweekt en geoogst worden, het kweken is al in een verre stadia van ontwikkeling maar het oogsten is nog een probleem. In deze paper wordt er gekeken naar het oogsten van de Nannochloropsis sp. dit is een zeer kleine alg van ongeveer 2,0 tot 2,5 µm, deze afmetingen maken het oogsten extra moeilijk. De oogstmethode moet aan een aantal eisen voldoen waaronder dat de methode de algen op een zo efficiënt mogelijke manier moet kunnen oogsten waardoor er zo min mogelijk energieverlies ontstaat en dus het rendement zo hoog mogelijk gehouden wordt. Verder moet de alg uiteindelijk kunnen dienen in de biobrandstof sector maar ook in de biologische

sectoren, de algen mogen dus uiteindelijk niet kapot zijn of omringt worden door een giftige stof. De methoden die in deze paper vergeleken worden zijn flocculatie, filtratie, centrifugatie, hydrocycloon en ultrasound. Voor de methoden filtratie en centrifugatie is een keuze gemaakt voor één methode, doordat deze onderdelen uit verschillende methodes bestaan, de methode bij filtratie is filter presses en de methode bij centrifugatie is de decanter centifuge. De vraag die centraal staat in deze paper is: Wat zijn de voor en nadelen van bepaalde methoden van oogsten en wat is de efficiëntie? Hierop wordt antwoord gegeven en een uiteindelijke conclusie getrokken met een daarbij horende aanbeveling. Het doel is dan ook een oogst methode aan te wijzen die uit de vergelijkingen de beste methode blijkt te zijn om de algen te oogsten.

2.

Inhoudelijke oriëntatie

Flocculeren

Figuur 1:: negatief geladen deeltjes in combinatie met polymeertoevoeging.

Algen in water vormen in het algemeen stabiele, microbiële suspensies. In feite vertonen algen overeenkomsten met colloïdale stoffen. De afzonderlijke deeltjes lossen niet op en bezinken niet. Daarnaast bevatten algendeeltjes een netto negatieve oppervlaktelading, waardoor ze elkaar afstoten en geen vlokvorming kan optreden. Polyelektrolyten zijn ijn verbindingen met lange ketens (polymeren), die geïoniseerde groepen kunnen bevatten. Bij flocculatie van algen door deze polymeren, meren, wordt de oppervlaktelading van de algencellen gereduceerd, als dat nog niet gebeurd is door toevoeging van coagulant, en n hechten de polymeren zich (door elektrostatische en/of chemische krachten) aan het oppervlak van de algen op een of meerdere plaatsen. Op deze manier vindt er in feite brugvorming ming plaats tussen de algen en polymeren, waardoor vlokvorming optreedt en de massa neer kan slaan. In de praktijk worden polyelektrolyten vaak gebruikt in combinatie met coagulanten. De positief geladen aluminium- of ijzerionen in de coagulantoplossing reduceren tevens de negatieve oppervlaktelading van algen, waardoor het flocculatie-effect effect wordt versterkt. Bij het onderzoek “Onderzoek Onderzoek naar het opzetten en optimaliseren van algenkweek op laboratoriumschaal” is er gebruik gemaakt van het flocculant ‘Emfloc mfloc B’ de resultaten uit dit onderzoek zijn dat het flocculeren van de zoetwateralg Chlorella erg goed werkt maar dat het geen werking heeft op zoutwater algen. Dit kan natuurlijk aan het flocculant liggen. In het onderzoek “flocculatie en groeimonitoring van Chlorella” is gebleken dat flocculatie van zoutwateralgen of

brakwateralgen ateralgen met kationische polyelektrolyten minder effectief zijn. De reden hiervan is de hoge saliniteit van brak tot zout water, die op kan lopen tot 36 gram per liter. De ionische sterkte van het water heeft een negatief effect op de moleculaire configur configuratie van het polyelektrolyt. Effectieve flocculatie van algen met kationische polyelektrolyten wordt bereikt in media met een saliniteit, lager dan 5 gram per liter. Bij afnemende mediumsaliniteit neemt het maximale verwijderingrendement van algen toe. De oorzaak van slechte flocculatie met kationische polyelektrolyten in medium met een hoge saliniteit, is dat de geladen groepen van het polyelektrolyt door de ionen als het ware gemaskeerd worden, waardoor de ladingsterkte van het polymeer afneemt. Daarnaastt kan de moleculaire configuratie veranderen, de polymeren kunnen bijvoorbeeld oprollen en krimpen, waardoor brugvorming tussen algencellen onmogelijk wordt. Door deze verschijnselen is het effect van de flocculant op de alg minder in sterk ionisch medium.. Het negatieve effect van hoge saliniteit op kationische polyelektrolyten is minder groot, wanneer de polyelektrolytmoleculen star zijn. Hierdoor wordt de moleculaire configuratie minder snel veranderd, wat het geval is bij Chitosan. Chitosan an is een natuurlijk voorkomende lineaire polysacharide en biopolymeer met positieve aminogroepen, dat verkregen wordt uit chitine. Chitine komt voor in de exoskeletten van schaaldieren. Chitosan wordt onder andere gebruikt als bindingsmiddel op waterzuiveringgebied. ringgebied. Al met al wordt gesteld, dat kationische polyelektrolyten, die uit starre moleculen met een hoge moleculaire massa en een grote ladingsterkte bestaan, het meest effectief zijn in de flocculatie van brakwater brakwater- en zoutwateralgensoorten. Flocculatie tie van zoutwateralgen (Isochrysis galbana) Knelpunten voor flocculatie van de zoutwateralg Isochrysis galbana zijn, dat hoge saliniteit van de leefomgeving en de potentiële

mobiliteit van de algen (flagellaten) flocculatie bemoeilijken. Stabiele vlokvorming komt moeilijker tot stand, wanneer de algen zich kunnen voortbewegen. Isochrysis galbana kan

niet flocculeren door toevoeging van alleen organische, kationische polyelektrolyten, maar flocculatie is wel mogelijk met anorganische coagulanten. Deze coagulanten bestaan uit

aluminium- of ijzer(III)ionen. Echter treedt pas flocculatie op bij hoge doseringen aluminiumof ijzerflocculant, respectievelijk 200-250 mg/l (pH 5.5) en 100-135 mg/l (pH 5.0). Deze concentraties kunnen verlaagd worden, door toevoeging in combinatie met organische, kationische polyelektrolyten of oxidanten, zoals ozon.

gevolgd door ijzer(III)chloride, dan is de algenverwijdering optimaal (95 % met 2,5 mg/l Chitosan en 50 mg/l FeCl3). Wanneer eerst ijzer(III)chloride toegevoegd wordt, resulteert Chitosan-additie niet in toegenomen algenverwijdering. Dit suggereert dat polymeren, die niet op eigen kracht effectief zijn als algenflocculant in zout water, belangrijk kunnen zijn als hulpflocculanten. Chitosan kan kennelijk geen bruggen vormen tussen deeltjes in een oplossing met hoge saliniteit. Waarschijnlijk hecht het aan de algenceloppervlakte en wordt zo de oppervlaktelading gereduceerd, waardoor de effectieve dosis ijzer(III)chloride voor flocculatie verlaagd wordt.

Chitosan met anorganische coagulant Wanneer lage concentraties Chitosan, in combinatie met anorganische coagulant (ijzer(III)chloride of aluminiumion) aan Isochrysis galbana worden toegevoegd, heeft dit betere flocculatie tot gevolg en kan de concentratie anorganisch coagulant gehalveerd worden. Met een Chitosanconcentratie van 2,5 mg/l kan de concentratie ijzer(III)chloride van 100 mg/l naar 50 mg/l gereduceerd worden (pH 5.0 en 85 % algenverwijdering), in vergelijking met alleen toevoeging van ijzer(III)chloride. Een hogere Chitosan-concentratie (tot 10 mg/l), in combinatie met ijzer(III)chloride, heeft slechtere flocculatie tot gevolg. Daarnaast is de volgorde van toevoeging van groot belang voor het flocculatie-effect. Ten eerste dient het polyelektrolyt Chitosan toegevoegd te worden, a) ozon reduceert de algenmobiliteit (I. galbana is een flagellaat), waardoor relatief stabiele vlokvorming plaats kan vinden; b) ozon bevordert flocculatie door eigenschappen van de algenceloppervlakte te veranderen

Filtreren Omdat er veel verschillende soorten filter methoden bestaan is hier gekozen voor de filter presses. Dit systeem maakt gebruik van

Anorganische coagulant met oxidatieve voorbehandeling Wanneer Isochrysis galbana voorbehandeld wordt met het oxidant ozon, kan de effectieve dosis ijzer(III)chloride tevens verlaagd worden. Lage ozonconcentraties (2,5 – 4,5 mg/l) reduceren de optimale dosering ijzer(III)chloride met 75 % voor flocculatie van Isoschrysis galbana (pH 7.0). Het effect van ozon in deze situatie kan als volgt omschreven worden: een filter en een pers, als eerst wordt het algenwater op de onderste filter gedeponeert waarna het op de filter wordt vervoerd, verderop komt er een tweede filter boven te liggen en wordt de druk steeds verder opgebouwd tot 16 bar. Hierdoor wordt het water verwijdert waarna er lucht door de ontstane cake geblazen wordt dit gebeurt zodat de cake verder kan drogen. Waarna de twee filters weer van elkaar worden verwijdert en de cake naar beneden valt en opgevangen kan worden. Vervolgens worden de filters schoongeblazen of gewassen en komen weer bij het begin terecht. Het voordeel van dit systeem is dat het een continu systeem betreft, er kan continu geoogst worden. Echter is er wel een groot nadeel, het systeem werkt pas echt goed wanneer er voor behandeling flocculant bij het

algenwater is toegevoegd. Wanneer er flocculant toegevoegd is wordt er een efficiëntie van 85% bereikt, zonder flocculant is dit veel lager. Verder is het een proces dat veel tijd in beslag neemt, vanaf begin tot het eind kan het wel 3 tot 4 uur duren.

Centrifugatie Omdat er veel diverse centrifuge methoden bestaan, is er voor dit onderzoek gekozen om de decanter centrifuge te onderzoeken. Een decanter centrifuge is de enige sedimentatie centrifuge die vanaf het begin ontworpen is om significant hoge concentraties te produceren. Hoewel het een ingewikkelde machine betreft, berust het op een eenvoudige principe. De decanter centrifuge bestaat uit een horizontale cilindrische kom (1) die bij een hoge snelheid, met een spiraalvormige coaxiaal geplaatste extractieschroef (rol)(2) roteert. De schroef past precies in de binnenkant van de kom, waarbij net genoeg ruimte is overgelaten tussen de kom en de rol. De differentiële snelheid snelheid tussen de schroef en de rol versterkt de vervoerende motie om om het sediment te verzamelen en te verwijderen, die bij de kom wat wordt verzameld.

draaien van de wanden van de kom en de rol wordt gevormd. Hierdoor ontstaan er twee lagen, een laag met een hoge dichtheid en een vloeibare laag. Deze lagen worden in het cylindrische deel van de kom gevormd, vervolgens wordt het gevormde sediment door de rol naar de uitgang geduwt. Naarmate dit sediment dichter bij de uitgang komt droogt het nog verder, doordat het sediment uit het vloeibare niveau wordt getilt. Het overtollige vloeistof wordt via de andere kant van de decanter geloost en kan hier opgevangen worden. De decanter maakt hoofdzakelijk gebruik van sedimentatie waarbij de vaste delen die een grotere dichtheid hebben dan het water worden gesedimenteerd. Wanneer het verschil groot is zal het proces snel verlopen, maar wanneer dit verschil erg klein is en de vaste delen erg klein zijn zal de centrifuge op een hoger tempo moeten draaien, en zal het oogsten een langere tijd in beslag nemen. Deze manier van centrifugeren bereikt een efficiëntie van 70-90%, dit wordt bereikt bij gkrachten van tussen de 2000 en 4000 g.

Hydrocyclonen Uit onderzoek van IVAM BV en ECN Biomassa is gebleken dat hydrocyclonen ongeschikt zijn om algen < 5 µm te concentreren vanwege het (te) geringe dichtheidsverschil t.o.v. water.

Figuur 3. Decanter centrifuge

1. Karaf vormige kom 2. Spiraalvormige extractieschroef (rol) 3. inflow 4. Verdeler 5. De ruimte van de ring 6. ontstane product 7. Vloeibaar niveau 8. Het droge niveau 9. (gecentrifugeerde) vloeistof 10. Regelbare thresholds De inflow (3) wordt voor behandeling midden in de kom gebracht doormiddel van de verdeler (4). Het algenwater wordt in de ringruimte (5) aangedreven door de krachten die door het

Ultrasone afscheiding Deze methode maakt gebruik van ultrasound in combinatie met sedimentatie techniek. De algen worden continu in een ruimte gepompt waarin een transducer en een reflector bevind. De grootte van de ruimte en de frequentie van het ultrasound zijn precies berekend Figuur 4. Resonator chamber zodat het een golf bevat. Wanneer het apparaat aangezet wordt creeërt het een veld van maximale potentiële energie (bellies) en velden van minimale

Wanneer de ultrasound gebruikt wordt om de algen te oogsten ondergaan de algen geen shear-stress door de hoge frequenty (uitgedrukt in Mhz) en de lage geluidsdruk van de ultrasound. Verder is het acoustische veld exact aangepast aan de vorm van de geluidsgolf. In dit veld bewegen de algen zich bijna onmiddelijk vanaf het veld met de bellies naar de nodes en blijven daar tot het veld is verdwenen. In deze nodes, zijn de amplitudes van de geluidsgolf bijna nul, wat betekend dat de alg geen shear stress ondervind. Zelfs shear stress gevoelige soorten zoals mammalian en hybridoma cellen hebbenn bijna geen last van deze manier van oogsten.

potentiële energie (nodes). De primary radiation force welke op de algen worden blootgesteld trekken de algen naar de nodes. Er kunnen vertikale lijnen van algen gezien worden in het veld van de nodes. Het totale ultrasonische veld die elke individuele alg ondergaat, is de primaire veld van zichzelf en de samengevoegde velden van de andere algen. Deze interactie tussen de algen heeft als resultaat een aantrekkings veld tussen de algen waardoor de algen langzaam bij elkaar getrokken worden in het midden van de ultrasonische golf.

verschil. Om de gegevens van de Monodus subterraneus te vergelijken met wat er met de nannochloropsis zou gebeuren is door het verschil in grootte lastig, wel kan er verondersteld worden dat wanneer bij het oogsten van de Monodus subterraneus veel energie nodig zal zijn en maar kleine hoeveelheden en dichtheden geoogst kunnen worden dit ook voor de nannochloropsis zal gelden en misschien wel in negatievere zin. De nannochloropsis is kleiner en dus zitten er in een ml al snel meer algen, dit is moeilijker om te oogsten en zal misschien lijden tot een verlaging van de maximum hoeveelheid dat in een keer geoogst kan worden.

Wanneer dit is gebeurt wordt de ultrasound utigezet en sedimenteren de algen door de zwaartekracht. Wanneer de algen gesedimenteerd zijn begint het hele proces opnieuw. In het kort, het ultrasonische veld concentreert de algen doormiddel van acoustische krachten, maar de uiteindelijke methode is sedimentatie doormiddel van de zwaartekracht.

In een onderzoek is gebruik gemaakt van de alg Monodus subterraneus, deze alg is 5 µm groot en vergeleken met de nannochloropsis die 2 tot 2,5 µm groot is, is dat een aardig

Tijdens het experiment met de Monodus subterraneus is een maximale efficiëntie behaalt van 85% dit werdt behaalt in experiment 18 en 29 in artikel “Ultrasound, a new separation technique to harvest -1 microalgae”. Bij een lage inflow van 2L dag

schommelde de frequentie steeds, bij stromingen van 10 L dag-1 het gebied stortte ongeveer een keer per 180-300 seconden in maar dit heeft geen nadelige gevolgen gehad voor het scheidingsproces doordat het zich snel weer herstelde. Bij een stroming van 18L dag-1 was het veld continu stabiel. wanneer het ultrasonische oogst proces wordt vergeleken met andere methoden zoals continue centrifugatie en membraan filtratie, is een ding wat vast staat is dat de energie verbruik er hoog ligt vergeleken met deze twee processen. Ook de concentratie factor (tot 20) is lager dan de andere methoden (tot 50 keer).

De energie consumptie van het ultrasonische proces met een energie input van 4W, samen met de energie kosten die verbruikt worden bij he t koelen, is samen zo’n 345 kW dag-1. Vandaag de dag zijn er grote systemen die -1 een stroming van zo’n 1000 L dag aankunnen. Deze grote apparaten bestaan uit zes separation ruimtes die gekoeld worden door een water batch. Maar gekeken naar het noodzakelijke coolings systeem zijn de kosten van op grote schaal ultrasonisch oogsten erg hoog. Dit betekend dat op industriele schaal de ultrasonische methode geen goede kandidaat is.

3.

Methode van onderzoek

Er is aller eerst begonnen met een globale oriëntatie op verschillende oogst technieken, wat is er allemaal op de markt en wat is er allemaal getest. Naarmate de oriëntatie vorderde zijn een aantal methoden naar voren gekomen waarna hier steeds gerichter op gezocht werd. Waarna er een lijstje met methoden ontstond , deze lijst is de uiteindelijke lijst methoden geworden waarna er zoveel mogelijk wetenschappelijke informatie hierover verzameld worden. De wetenschappelijke informatie is via scholar.google.nl, ScienceDirect.com en elsevier.com gevonden, door deze informatie grondig door te lezen ontstaat er een globaal beeld. Hieruit kwam de conclusie dat er van filtratie en centrifugatie teveel methoden bestaan om allemaal te gebruiken, hieruit zijn van ieder één methode gekozen waar die voor de uiteindelijke doeleinden gebruikt kunnen worden en waar wetenschappelijke artikelen over te vinden zijn. Natuurlijk zijn niet alle artikelen speciaal gericht op de

Nannochloropsis sp., de Nannochloropsis is zelf ook een richtlijn doordat de soort niet bekend is, om de artikelen toch te kunenn gebruiken is een afweging gemaakt. Er is uitgegaan van dat de Nannochloropsis sp. 2,0 tot 2,5 µm groot zal zijn, en dat wanneer een methode bij grotere deeltjes een hogere efficiëntie bevat deze lager zal zijn wanneer de deeltjes kleiner zullen zijn. Dit komt doordat kleine deeltjes een dichtheid hebben die dichter bij die van water ligt en hierdoor moeilijker zijn om van het water te scheiden. Van de gevonden artikelen is de bruikbare informatie samengesteld en met elkaar vergeleken, hierbij is in het achterhoofd gehouden dat de methode efficiënt, energiezuinig, alg vriendelijk, zout water algen moet kunnen oogsten en het product niet schadelijk mag zijn in de biologische sector. Door al deze eisen na te streven blijven er al snel niet veel methoden over, eigenlijk blijft er maar één over.

4.

Resultaten

Flocculeren Wanneer lage concentraties Chitosan, in combinatie met anorganische coagulant (ijzer(III)chloride of aluminiumion) aan Isochrysis galbana worden toegevoegd, heeft dit betere flocculatie tot gevolg en kan de concentratie anorganisch coagulant gehalveerd worden. Met een Chitosanconcentratie van 2,5 mg/l kan de concentratie ijzer(III)chloride van 100 mg/l naar 50 mg/l gereduceerd worden (pH 5.0 en 85 % efficiëntie), in vergelijking met alleen toevoeging van ijzer(III)chloride.

Filtreren Wanneer er flocculant toegevoegd is wordt er een efficiëntie van 85% bereikt, zonder flocculant is dit echter veel lager. Verder is het een proces dat veel tijd in beslag neemt, vanaf begin tot het eind kan het wel 3 tot 4 uur duren.

Centrifugatie Centrifugeren met een decanter centrifuge geeft een efficiëntie van 70-90% bij g-krachten tussen de 2000 en 4000 g.

Hydrocyclonen Hierbij is de efficiëntie ontzettend laag doordat de algen te klein zijn.

Ultrasone afscheiding Tijdens het experiment met de Monodus subterraneus is een maximum efficiëntie behaalt van 85% deze efficiëntie werd echter behaalt bij een zeer lage hoeveelheid inflow.

Flocculeren

Flocculeren

Centrifugeren

Filtreren

Hydrocycloon

Ultrasonar

X

Sedimentatie ruimtes hebben veel ruimte nodig. Echter geen aanschaf van dure machines of falen van techniek.

Door alleen flocculant toe te voegen wordt de alg al geoogst.

Flocculatie kan de algen oogsten.

Flocculeren kan op grote schaal gebeuren.

Centrifugeren

De decanter is een geheel continu proces. Geen chemicalien. Decanter heeft kans op mechanische problemen en hoge energiekosten.

X

Filtreren

Voor het filtreren is in het geval van de filter presses nogsteeds flocculant nodig voor een goed resultaat.

Beide hebben bewegende delen die kunnen falen, en hoge gebruikskosten.

Hydrocycloon

Ultrasonar

Hydrocycloon kan Hydrocycloon kan de alg niet oogsten. de alg niet oogsten. Ultrasonar is een duurdere manier van oogsten. Dit is echter wel een continu systeem.

Er treedt bij ultrasonar geen shear-stress op. Klein risico op mechanisch falen.

Bij de decanter is geen extra flocculant nodig om te kunnen oogsten. Heeft echter wel hoge energiekosten en kans op mechanische problemen.

X

De decanter kan grotere hoeveelheden tegelijk oogsten, Hogere concentratie vaste stof, Drogere vaste stof Hebben beide hoge gebruikskosten en kans op mechanische problemen. Filter heeft flocculant nodig om te oogsten, wanneer dit flocculant bij hydrocycloon wordt gebruikt zal deze ook kunnen oogsten.

De decanter kan groter hoeveelheden tegelijk oogsten, Heeft in vergelijking met ultrasonar minder gebruikskosten.

Doordat er flocculant nodig is bij filtratie hebben beide relatief hoge gebruikskosten.

Hydrocycloon kan de alg niet oogsten.

X

Hydrocycloon kan de alg niet oogsten.

Er treedt bij ultrasonar geen shear-stress op. Klein risico op mechanisch falen.

De ultrasonar kan de alg wel oogsten maar in zeer kleine hoeveelheden.

X

5.

Conclusies

Flocculeren

Hydrocyclonen

De efficiëntie bij flocculatie met Chitosan en ijzer(III)chloride is 85%, deze methode behoeft geen dure aanschaf van apparaten. Echter is er wel een continue aanschaf van flocculant nodig.

De methode is geheel onbruikbaar om algen te oogsten, tenzij er natuurlijk flocculant gebruikt wordt maar dit maakt de methode inprincipe nutteloos doordat er ook gewoon iets meer flocculant toegevoegd kan worden waarna de algen zullen neerslaan.

Het flocculant is echter giftig voor de biologische sector en zal dus met oog op deze sector geen goede optie zijn.

Filtreren Filtreren is een zeer goede kandidaat om redelijk grote deeltjes uit water te halen, zoals zand of zelfs grotere dingen. Echter zijn algen en voornamelijk de nannochloropsis sp. te klein, om een echt goede efficiëntie van 85% te halen zal er flocculant toegevoegd moeten worden. Het feit dat hier flocculant bij toegevoegd zal moeten worden maakt het gebruik van deze methode duurder dan alleen de aanschaf van de filter machine en de energiekosten, er zal ook continu flocculant bij de inflow toegevoegd moeten worden maakt maakt hierdoor deze methode minder aantrekkelijk.

Centrifugatie Bij de centrifugatie ligt de efficiëntie bij de 70 tot 90%, deze efficiëntie moet het echter wel opnemen tegen hoge aanschafkosten van de machine en energieprijzen. Ook is de machine gevoelig voor mankementen doordat alles goed uitgebalanceerd moet zijn en er veel bewegende delen zijn.

Ultrasone afscheiding Ultrasone afscheiding is zeer duur, en eigenlijk alleen nog maar op kleine schaal productief. Mogelijk dat deze methode na verder ontwikkelingen beter bruikbaar zal zijn maar momenteel valt deze af doordat gebruikskosten en efficiëntie niet tegen elkaar opwegen op industriële schaal.

6.

Aanbevelingen

De oogstmethode voor de Nannochloropsis sp. vanuit een industriële oogpunt dient aan een aantal eisen te moeten voldoen. Allereerst moet het de Nannochloropsis sp. kunnen oogsten, deze opgave is echter niet de makkelijkste doordat de Nannochloropsis sp. erg klein is, 2,0 tot 2,5 µm, is het erg moeilijk om dit van het water te onttrekken. Verder moet de methode een zo hoog mogelijke efficiëntie bereiken, zodat er zo min mogelijk energie oftewel geld verloren gaat, de kosten van het oogsten dienen ook zo minimaal mogelijk gehouden te worden om zo het rendement hoog te houden. Door alle oogstmethode met deze eisen te benaderen zijn er al snel een aantal uit te sluiten, de eerste die afvalt is de hydrocycloon en de filtratie methode. Deze methoden kunnen gewoonweg zonder hulp van andere oogstmethoden de algen niet oogsten. Ook de

7.

ultrasone afscheiding valt al snel af, deze methode is niet geschikt om op industriële wijze te oogsten. Centrifugatie en flocculatie blijft over, omdat het eind product bedoelt moet zijn voor de biologische sector valt ook flocculatie af. Er blijft alleen nog maar centrifugatie over, deze methode is dan ook het meest geschikt om te gebruiken voor de algen oogst, de methode die in deze paper is besproken is de decanter centrifuge. De decanter centrifuge is zeer geschikt doordat het continu kan draaien, vergelekken met andere centrifuges is het nodig dat deze stop gezet moet worden en leeggeschept moet worden. Deze op onthoud is arbeidsintensief en tijdrovend, de decanter schept zichzelf continu leeg en vraag alleen aandacht bij een technisch mankement die aanwezig zullen zijn doordat het veel draaiende delen bevat.

Discussie

Een van de grootste discussie punten is dat de algen-soort niet geheel bekend is. Er is bekend dat het de Nannochlorella betreft maar welke hiervan is niet bekend, hierdoor zijn de gedetailleerde kenmerken van de alg niet te achterhalen en zullen deze gegokt moeten worden. Vandaar dat er aangenomen wordt dat de alg zo’n 2,0 tot 2,5 µm groot zouden zijn, het is echte zeker dat het zoutwater algen zijn. De paper bevat niet alle methoden, er zijn keuzes gemaakt om de paper overzichtelijk en presentatief te houden. De paper is onder voorbehoud (conclusies van heden bevatten geen garanties voor de toekomst), door de ontwikkeling van de methoden ontstaan er steeds nieuwe en beter methoden. Geen van onderzochte wetenschappelijke artikelen betroffen de gewenste oogst van de

Nannochloropsis, er is zijn aannemingen gedaan met waardoor de gegevens te vergelijken zijn.

8.

Bronnen

Rouke Bosma, Wim A. Van Spronsen, Johannes Tramper and Renè H. Wijffel 2003 Ultrasound, a new separation technique to harvest microalgae.Journal of Applied Phycology 15: 143-153 R.H.C. de Groot, M.E. Schiphouwer 2008 Onderzoek naar het opzetten en optimaliseren van algenkweek op laboratoriumschaal. Richard M. Knuckey, Malcom R. Brown, René Robert, Dion M.F. Frampton 2006 Production of microalgal concentrates by flocculation and their assessment as aquaculture feeds. Aquacultural engineering 35: 300-313 Wallace W. –F. Leung, Acher H. Shapiro 1999 Dewatering of Fine-Particle Slurries using a Compound-Beach Decanter with Cake-Flow Control. Improvements in Decanter Centrifuge performance Richard J. Wakeman 2007 Separation technologies for sludge dewatering. Journal of Hazardous Material 144: 614-619 Yu. D. Golovoko and V.A. Zubkov 1968 Effect of tubular bowl centrifuge three-wing on separation of emulsion. Khimicheskoe i neftyanoe mashinostroenie 3: 21-22 M. de Hoop, M. Ten Napel, M. Weeber 2008 Flocculatie en groei-monitoring van Chlorella vulgaris in batchcultuur. Water treatment & air purfication Holding B.V. 2008 Centrifugation and centrifuges. Lenntech N. Corner-Walker 2000 The Dry Solids Decanter Centrifuge: Conveyer Torque and Differential. Takaaki tanase, yasunori ikeda, kiyoshi iwama, akira hahimoto, tsunehiko kataoka, yasuo tokushima en takeshi kobayashi 1997, Comparison of Micro-filtration Hollow fiber bioreactors for mammalian cell culture. Journal of fermentation an bio-engineering Vol 83, No. 5: 499-501