Name: Quantification des métaux lourds et dautres contaminants inorganiques sur la productivité des microalgues (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 20 s
Description: Découvrez la quantification des métaux lourds sur la productivité de Nannochloropsis salina en photobioréacteur. Cette méthode évalue l'impact des contaminants et leur accumulation dans la biomasse algale.

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Les auteurs tiennent à remercier la National Science Foundation (prix # 1335550), l’Utah Water Research Laboratory, le professeur Joan McLean et Tessa Guy pour leur aide lors de l’analyse des métaux/métalloïdes. Les auteurs remercient également Laura Birkhold pour son soutien dans la collecte de données et Danna Olbright.

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</ol>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Saline microalgues N. salina peuvent être cultivées avec succès dans le système de croissance conçu avec des résultats reproductibles et des rendements élevés de biomasse. Airlift mélange permis pour une culture en suspension bien mélangée avec un tassement minimal ou encrassement biologique au cours des périodes de croissance de 7 jours. La variabilité de la lumière minimale dans la banque de lumière fluorescente est également indiqué pour ne pas produire des différences notables dans la croissance. <p cla...

Par rapport aux cultures traditionnelles terrestres ont été montré microalgues pour atteindre des rendements plus élevés de la biomasse et de lipides en raison de rendements de conversion inhérents solaire élevés 1,2. La culture des micro-algues à des taux de productivité élevés nécessite la fourniture de divers éléments nutritifs comprenant une source de carbone externe. Il est prévu que les installations de croissance à grande échelle seront intégrés aux flux de déchets industriels tels que les gaz de combustion industrielle afin de minimiser les coûts de production et en même temps fournir assainissement de l&#39;environnement. Carbone des déchets industrielle est généralement sous la forme de dioxyde de carbone gazeux et peut contenir des contaminants qui ont le potentiel d&#39;avoir un impact négatif sur la production de microalgues. En particulier, les gaz de combustion provenant de charbon aura une variété de contaminants, y compris mais non limité à des produits de combustion de l&#39;eau et du dioxyde de carbone, ainsi que les oxydes de soufre et d&#39;azote, les poussières fines, les contaminants organiques, tels que les dioxines et les furannes, et con inorganiquecontaminants tels que les métaux lourds. L&#39;impact de la majorité de ces contaminants inorganiques, y compris avec certains d&#39;entre eux connu que les métaux lourds sur la productivité de microalgues ont pas été explorée. Certains de ces éléments peuvent être des éléments nutritifs à des concentrations appropriées, mais à des concentrations plus élevées, ils peuvent produire un dysfonctionnement cellulaire et même la mort 3. L&#39;intégration des micro-algues avec un gaz de combustion industrielle a le potentiel de présenter directement contaminants inorganiques dans un milieu de croissance. gaz de fumée à base de charbon a une variété d&#39;éléments inorganiques (par exemple, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V et Zn) à diverses concentrations dont certains, en bas concentration, représenter nutriments pour la croissance de microalgues. Des contaminants inorganiques ont une haute affinité à se lier à des micro-algues et en outre être adsorbé à l&#39;intérieur à travers les transporteurs de nutriments. Certains contaminants inorganiques (c.-à-Co, Cu, Zn et Mn) sont des nutriments qui font partie des enzymes impliquentd dans la photosynthèse, la respiration et d&#39;autres fonctions 3,4. Cependant, dans les métaux et métalloïdes excès peut être toxique. D&#39;autres éléments, tels que Pb, Cd, Sn, Sb, Se, As et Hg, ne sont pas connus pour soutenir la fonction des cellules dans toute concentration et de représenter les métaux non-nutritifs qui pourraient influer négativement 3,5,6 de croissance de la culture. La présence de l&#39;un de ces contaminants est susceptible de produire des effets négatifs sur la fonction des cellules de micro-algues. En outre, l&#39;interaction de plusieurs métaux avec microalgues complique la dynamique de croissance et a le potentiel d&#39;affecter la croissance. L&#39;économie à grande échelle ont été directement liés à la productivité du système de culture 7-19. En outre, à moyen recyclage dans le système de croissance des microalgues soit pour bassins ouverts de chemin de roulement (ORP) ou photobioréacteurs (PBR) est essentiel car il représente 99,9 et 99,4% de la masse, respectivement 20. La présence de contaminants inorganiques dans les médias pourrait finalement limiter microalgae productivité et le recyclage des médias en raison de l&#39;accumulation de contaminants vers le haut. Cette étude déterminée expérimentalement l&#39;impact de 14 contaminants inorganiques (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V et Zn), à des concentrations attendues de l&#39;intégration de systèmes de culture de microalgues avec du charbon dérivé gaz de combustion, sur la productivité de N. salina cultivé dans PBRs de transport aérien. Les contaminants utilisés dans cette étude ont montré non seulement d&#39;être présent dans à base de charbon de gaz de combustion, mais les gaz de combustion à partir de déchets municipaux, gaz de combustion à base biosolides, les eaux usées municipales, l&#39;eau produite, une altération de l&#39;eau souterraine et l&#39;eau de mer 21-23. Les concentrations utilisées dans cette étude sont basés sur ce qui serait attendu si les systèmes de croissance de microalgues ont été intégrés avec une base de source de CO 2 de charbon avec une efficacité démontrée dans l&#39;absorption des systèmes de PBR commerciales 20. Des calculs détaillés supportant les concentrations des métaux lourds et des contaminants inorganiques sont présentés dans Napanet al. 24 techniques analytiques ont été utilisés pour comprendre la distribution de la plupart des métaux dans la biomasse, des médias et de l&#39;environnement. Les méthodes présentées ont permis l&#39;évaluation du potentiel de productivité de microalgues sous stress polluant minéral et la quantification de leur fin destin.

<table><tbody><tr><td>Produits chimiques</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de sodium</td><td>Fisher Scientific</td><td>S271-3</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de calcium dihydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>C79-500</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de potassium</td><td>Fisher Scientific</td><td>P217-500</td><td></td></tr><tr><td>Méta-silicate de sodium non hydraté.</td><td>Fisher Scientific</td><td>S408-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfate de magnésium heptahydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>M63-500</td><td></td></tr><tr><td>Nitrate</td><td>de potassium EMD Chemical</td><td>PX1520-5</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate de potassium monobasique</td><td>Fisher Scientific</td><td>P285-500</td><td></td></tr><tr><td>Citrate ferrique d’ammonium</td><td>Fisher Scientific</td><td>I72-500</td><td></td></tr><tr><td>Acide borique</td><td>Fisher Scientific</td><td>A73-500</td><td></td></tr><tr><td>Molybdate de sodium dihydraté</td><td>EMD Chemical</td><td>SX0650-2</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de manganèse tétrahydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfate de zinc heptahydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>Z68-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfate de cuivre pentahydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>C489-500</td><td></td></tr><tr><td>Biotine.</td><td>Acros Organics</td><td>230090010</td><td></td></tr><tr><td>Thiamine&nbsp ;</td><td>Acros Organics</td><td>148990100</td><td></td></tr><tr><td>Vitamine B12</td><td>Acros Organics</td><td>405920010</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de cuivre (II) dihydraté</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221783-100G</td><td>Irritant, dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Chlorure de plomb (II)&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>268690-250G</td><td>Toxique, dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Dichromate de sodium dihydraté.</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>398063-100G</td><td>Oxydant, hautement toxique, dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Chlorure de cobalt (II) hexahydraté</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>255599-100G</td><td>Toxique, dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Chlorure de nickel (II) hexahydraté</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223387-500G</td><td>Toxique, dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>(méta) arsénite de sodium.</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71287</td><td>Toxique, dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Chlorure de cadmium&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202908-10G</td><td>Hautement toxique et dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Chlorure de mercure (II)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>215465-100G</td><td>Toxique, dangereux pour l’environnement,</td></tr><tr><td>chlorure d’étain (II) dihydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>T142-500</td><td>Corrosif. Convient pour l’analyse du mercure. Très dangereux.</td></tr><tr><td>Chlorure de manganèse tétrahydraté</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Oxyde de vanadium (V)</td><td>Acros Organics</td><td>206422500</td><td>dangereux pour l’environnement</td></tr><tr><td>Dioxyde de carbone&nbsp ;</td><td>Air Liquide</td><td>I2301S-1</td><td></td></tr><tr><td>Peroxyde d’hydrogène</td> comprimé <td>H325-500</td><td>Fisher Scientific</td><td>30 % dans l’eau</td></tr><tr><td>Norme ICP-MS</td><td>ICP-MS-6020</td> Normes <td></td><td>de haute pureté</td></tr><tr><td>Norme de mercure</td><td>CGHG1-1</td><td>Inorganic Ventures</td><td>1000&plusmn ; 6 et micro ; g/mL dans de l’acide nitrique à 5 %</td></tr><tr><td>Argon</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Hélium comprimé</td></tr><tr><td></td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Comprimé, ultra haute pureté</td></tr><tr><td>Hydrogène</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Comprimé, ultra haute pureté</td></tr><tr><td>Acide nitrique</td><td>Fisher Scientific</td><td>A509-P212</td><td>Acide nitrique à 67-70 %, qualité oligo-métallos. Attention : manipuler sous hotte.</td></tr><tr><td>Acide chlorhydrique</td><td>Fisher Scientific</td><td>A508-P212</td><td>Acide chlorhydrique à 35 %, qualité métal trace. Attention : manipuler sous hotte.</td></tr><tr><td>Équipement</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stérilisateur pré-vide scientifique</td><td>Steris</td><td>31626A</td><td>SV-120</td></tr><tr><td>Centrifugeuse</td><td>Thermo Fisher</td><td>46910</td><td>RC-6 Plus</td></tr><tr><td>Spectrophotomètre</td><td>Shimadzu</td><td>1867</td><td>UV-1800</td></tr><tr><td>Régulateur de pH</td><td>Hanna</td><td>BL981411</td><td>X4</td></tr><tr><td>Rotomètre, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-151-SSV</td><td>T31Y</td></tr><tr><td>Rotomètre, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-26-SSV</td><td>T35Y</td></tr><tr><td>Circulateur à bain d’eau</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-873-45A</td><td></td></tr><tr><td>Refroidisseur compact</td><td>VWR</td><td>13270-120</td><td></td></tr><tr><td>Lyophilisateur</td><td>Labconco</td><td>7752020</td><td></td></tr><tr><td>Plaque d’agitation</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-100-49S</td><td></td></tr><tr><td>Électrode de laboratoire de pH</td><td>Phidgets Inc</td><td>3550</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre de masse à plasma à couplage inductif</td><td>Agilent Technologies</td><td>7700 Series ICP-MS</td><td>Fixé à un échantillonneur automatique CETAC ASX-520</td></tr><tr><td>FIAS 100</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B0506520</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre d’absorption atomique</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>AAnalyst 800</td><td></td></tr><tr><td>Chauffage de cellule (quartz)</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B3120397</td><td></td></tr><tr><td>Micro-ondes</td><td>Milestone</td><td></td><td>Programmable, puissance maximale 1 200 W</td></tr><tr><td>Rotor micro-ondes</td><td>Milestone</td><td></td><td>Rotor avec récipients en téflon de 24 à 75 ml pour une digestion assistée par micro-ondes en récipient fermé.</td></tr><tr><td>Matériaux</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0,2 &#956 ; filtre à seringue Whatman</td><td></td><td>6713-0425</td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956 ; m filtre seringue</td><td>Whatman</td><td>6713-1650</td><td></td></tr><tr><td>0.45 &#956 ; m filtre à seringue</td><td>Thermo Fisher</td><td>F2500-3</td><td></td></tr><tr><td>Tubes en polystyrène</td><td>Evergreen</td><td>222-2094-050</td><td>17 x 100 mm avec bouchon, 16 ml, polystyrène</td></tr><tr><td>Octogonal magnétique&nbsp ; remuer&nbsp ; barres</td><td>Fisher scientific</td><td>14-513-60</td><td>Aimants enrobés de fluoropolymère PTFE</td></tr></tbody></table>

quantification des métaux lourds et d&#39;autres contaminants inorganiques sur la productivité des microalgues

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

Augmentation de la demande pour les carburants renouvelables a chercheurs qui étudient la faisabilité de matières premières alternatives, telles que les microalgues. Avantages inhérents comprennent haut rendement potentiel, l&#39;utilisation des terres non arables et l&#39;intégration avec les flux de déchets. Les besoins nutritionnels d&#39;un système de production de micro-algues à grande échelle, il faudra le couplage de systèmes de culture avec des ressources de déchets industriels, tels que le dioxyde de carbone du gaz et des nutriments provenant des eaux usées fumée. Contaminants inorganiques présents dans ces déchets peuvent potentiellement conduire à la bioaccumulation dans la biomasse de microalgues un impact négatif sur la productivité et de limiter l&#39;utilisation finale. Cette étude porte sur l&#39;évaluation expérimentale de l&#39;impact et le sort de 14 contaminants inorganiques (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V et Zn) sur Nannochloropsis croissance salina . Les microalgues sont cultivées dans des photobioréacteurs illuminés à 984 pmol m -2 s -1 et maintenu à pH 7 dans une m de croissanceedia polluée par des contaminants inorganiques à des niveaux prévus en fonction de la composition trouvé dans les systèmes de gaz de charbon de combustion commerciaux. Les contaminants présents dans la biomasse et le milieu à la fin d&#39;une période de croissance de 7 jours ont été analytiquement quantifiés par vapeur froide spectrométrie d&#39;absorption atomique pour le mercure et par couplage inductif spectrométrie de masse à plasma pour As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V et Zn. Les résultats montrent N. salina est une souche sensible à l&#39;environnement multi-métal avec une baisse statistique de la biomasse yieldwith l&#39;introduction de ces contaminants. Les techniques présentées ici sont suffisantes pour quantifier la croissance des algues et de déterminer le sort des contaminants inorganiques.

Les rendements de la biomasse La production de N. salina PBR dans le système utilisé dans cette étude est passé de 1 g / L -1 à 8,5 ± 0,19 g / L -1 (n = 12) pour les réacteurs de commande et de 4,0 ± 0,3 g / L -1 (n = 12) pour le multi-métal contaminé en 7 jours. Les expériences ont produit des données reproductibles dans des réacteurs en triple et plusieurs lots. Figure 2A montre la densité de culture moyenne à très petite erreur st...

L’intégration de la culture de microalgues avec les gaz de combustion industriels introduira finalement des métaux lourds et d’autres composés inorganiques dans le milieu de croissance. Cette étude présente une procédure utilisée pour déterminer le devenir final et l’impact des métaux lourds et des contaminants inorganiques sur la croissance de Nannochloropsis salina cultivé dans des photobioréacteurs.

Quantification des métaux lourds et d&#39;autres contaminants inorganiques sur la productivité des microalgues

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

L'objectif général de cette procédure est de quantifier l'impact et le sort final des métaux lourds introduits dans les systèmes de croissance de microalgues en raison de l'utilisation du dioxyde de carbone provenant des centrales électriques au charbon comme source de carbone pour la croissance. Cela est réalisé en premier lieu en comprenant les niveaux de contamination potentiels, basés sur l'intégration du charbon et du gaz de combustion. Dans la culture des microalgues, ces niveaux servent de contamination de référence et permettent la préparation de stocks.Ensuite, l'inoculum requis est cultivé et la plateforme de culture à grande échelle est mise en place. Puis, le système est ensemencé et des échantillons sont prélevés périodiquement pour traitement. Enfin, la biomasse est isolée et le devenir final des contaminants est quantifié.En fin de compte, la spectrométrie de masse avec plasma induit par couplage inductif, ou ICP-MS, est utilisée pour déterminer les métaux absorbés par la biomasse, et combinée à des mesures de densité optique, elle permet de comprendre l'impact des contaminants sur le système. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existant

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Environment

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Procédé pour la détermination de la teneur en acides gras et de la composition en micro-algues sur la base de la rupture mécanique des cellules, le solvant d'extraction à base de lipide, de transestérification, et la quantification et l'identification des acides gras par chromatographie en phase gazeuse est décrit. Un étalon interne tripentadecanoin est utilisé pour compenser les pertes possibles lors de l'extraction et de transestérification incomplète.

Analyse de la teneur en acide gras et de la composition en microalgues

Une méthode expérimentale est présentée pour comparer les performances de la petite (100 L) et de grande taille (1000 L) échelle des réacteurs conçus pour les algues d'assainissement de la décharge des eaux usées. Les caractéristiques du système, y compris la surface au rapport de volume, temps de rétention, la densité de la biomasse, et les concentrations d'alimentation des eaux usées, peuvent être ajustées en fonction de l'application.

Comparaison de l&#39;échelle dans un système de réacteur photosynthétique pour algales assainissement des eaux usées

La culture halenique à l'échelle du banc facilite la caractérisation microalgale et l'optimisation de la productivité avant l'intensification des processus ultérieurs. Les photobioréacteurs fournissent le contrôle nécessaire pour des expériences microalgal fiables et reproductibles et peuvent être adaptés pour cultiver en toute sécurité des microalgues avec les gaz corrosifs (CO2, SO2, NO2) à partir d'émissions de combustion municipales ou industrielles.

Culture de microalgues et quantification de la biomasse dans un photobioréacteur à l'échelle du banc avec des gaz de flue corrosif

Nous démontrons des tests de toxicité des algues pour des substances difficiles (p. ex., substances colorées ou nanomatériaux) à l’aide d’une configuration éclairée verticalement par une LED.

Une configuration à petite échelle pour l’essai de toxicité des algues des nanomatériaux et autres substances difficiles

Un protocole est décrit pour utiliser le dioxyde de carbone dans les gaz de combustion des centrales électriques au gaz naturel pour cultiver des microalgues dans des étangs ouverts. L’injection de gaz de combustion est contrôlée à l’aide d’un capteur de pH et la croissance des microalgues est surveillée avec des mesures en temps réel de la densité optique.

Couplage de la capture du carbone d’une centrale électrique avec des étangs ouverts semi-automatisés pour la culture de microalgues

Ce protocole démontre l’utilisation d’une plate-forme technologique de microréseau phénotype (PM) pour définir les besoins métaboliques de Chlamydomonas reinhardtii, une microalgue verte, et affiner un modèle de réseau métabolique existant.

Profilage métabolique à haut débit pour les raffinements de modèles de microalgues

Cette publication décrit la conception de photobioréacteurs de laboratoire (PBR) avec des régimes lumineux personnalisables. La croissance des cyanobactéries ou des microalgues, utilisant le bicarbonate comme source de carbone, est surveillée en permanence en mesurant la production volumétrique d’oxygène. Ces PBR facilitent des comparaisons rapides et répliquées de la croissance en laboratoire avec peu d’intervention de l’utilisateur pendant les expériences.

Fonctionnement de photobioréacteurs de laboratoire avec mesures de croissance en ligne et régimes de lumière personnalisables

La pollution de l’air a un impact sur la qualité de vie de tous les organismes. Nous décrivons ici l’utilisation de la biotechnologie des microalgues pour le traitement du biogaz (élimination simultanée du dioxyde de carbone et du sulfure d’hydrogène) et la production de biométhane par le biais de bassins d’algues semi-industriels ouverts à haut débit et l’analyse ultérieure de l’efficacité du traitement, du pH, de l’oxygène dissous et de la croissance des microalgues.

Purification du biogaz par l’utilisation d’un système microalgue-bactérien dans des étangs semi-industriels à haute teneur en algues

La présente étude met en évidence les avantages de l’utilisation de la méthode développée par Jeffrey et Humphrey pour extraire et quantifier les pigments liposolubles des microalgues. Cette méthode constitue un outil précieux pour évaluer l’influence des facteurs de croissance sur la production de chlorophylle et le contenu cellulaire de ces organismes.

Évaluation de l’effet des facteurs de croissance sur la production de chlorophylles A et B à partir de microalgues

Les gaz de combustion des centrales est une source de CO 2 pas cher pour la croissance des algues. Nous avons construit "gaz de combustion à des algues de culture" prototype systèmes et décrit comment redimensionner le processus de culture des algues. Nous avons démontré l'utilisation d'un modèle bio-réaction de transfert de masse afin de simuler et de concevoir le fonctionnement optimal du gaz de fumée pour la croissance de la Chlorella sp. en algues photobioréacteurs.

Optimiser les réglages des gaz de combustion pour la promotion de la croissance des microalgues en photobioréacteurs via des simulations informatiques

Découvrez la quantification des métaux lourds sur la productivité de Nannochloropsis salina en photobioréacteur. Cette méthode évalue l'impact des contaminants et leur accumulation dans la biomasse algale.

Quantification des métaux lourds et d'autres contaminants inorganiques sur la productivité des microalgues

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