Published August 18, 2022 | Version v1
Publication Open

Nutrient Removal by Algae-Based Wastewater Treatment

Creators

  • 1. University of Technology Sydney
  • 2. Trường ĐH Nguyễn Tất Thành
  • 3. Poznań University of Technology

Description

Abstract Algae cultivation complements wastewater treatment (WWT) principles as the process uptakes nutrients while assimilates CO 2 into biomass. Thus, the application of algae-based WWT is on the upward trajectory as more attention for recovery nutrients and CO 2 capture while reducing its economic challenge in the circular economy concept. However, the complexity of wastewater and algal ecological characteristics induces techno-economic challenges for industry implementation. Algae-based WWT relies totally on the ability of algae to uptake and store nutrients in the biomass. Therefore, the removal efficiency is proportional to biomass productivity. This removal mechanism limits algae applications to low nutrient concentration wastewater. The hydraulic retention time (HRT) of algae-based WWT is significantly long (i.e. > 10 days), compared to a few hours in bacteria-based process. Phototrophic algae are the most used process in algae-based WWT studies as well as in pilot-scale trials. Application of phototrophic algae in wastewater faces challenges to supply CO 2 and illumination. Collectively, significant landscape is required for illumination. Algae-based WWT has limited organic removals, which require pretreatment of wastewaters before flowing into the algal process. Algae-based WWT can be used in connection with the bacteria-based WWT to remove partial nutrients while capturing CO 2 . Future research should strive to achieve fast and high growth rate, strong environmental tolerance species, and simple downstream processing and high-value biomass. There is also a clear and urgent need for more systematic analysis of biomass for both carbon credit assessment and economic values to facilitate identification and prioritisation of barriers to lower the cost algae-based WWT. Graphical abstract

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تكمل زراعة الطحالب المجردة مبادئ معالجة مياه الصرف الصحي (WWT) حيث تمتص العملية العناصر الغذائية بينما تستوعب ثاني أكسيد الكربون في الكتلة الحيوية. وبالتالي، فإن تطبيق WWT القائم على الطحالب في المسار التصاعدي حيث يزداد الاهتمام بمغذيات الاسترداد والتقاط ثاني أكسيد الكربون مع تقليل التحدي الاقتصادي في مفهوم الاقتصاد الدائري. ومع ذلك، فإن تعقيد الخصائص البيئية لمياه الصرف الصحي والطحالب يؤدي إلى تحديات تقنية واقتصادية لتنفيذ الصناعة. تعتمد WWT القائمة على الطحالب اعتمادًا كليًا على قدرة الطحالب على امتصاص وتخزين العناصر الغذائية في الكتلة الحيوية. لذلك، تتناسب كفاءة الإزالة مع إنتاجية الكتلة الحيوية. تحد آلية الإزالة هذه من تطبيقات الطحالب على المياه العادمة منخفضة التركيز الغذائي. وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) لـ WWT القائم على الطحالب طويل بشكل كبير (أي > 10 أيام)، مقارنة ببضع ساعات في العملية القائمة على البكتيريا. الطحالب الضوئية هي العملية الأكثر استخدامًا في دراسات WWT القائمة على الطحالب وكذلك في التجارب على نطاق تجريبي. يواجه تطبيق الطحالب ذات التغذية الضوئية في مياه الصرف الصحي تحديات لتزويد ثاني أكسيد الكربون والإضاءة. بشكل جماعي، هناك حاجة إلى مناظر طبيعية كبيرة للإضاءة. يحتوي WWT القائم على الطحالب على عمليات إزالة عضوية محدودة، والتي تتطلب معالجة مسبقة لمياه الصرف الصحي قبل التدفق إلى عملية الطحالب. يمكن استخدام WWT القائم على الطحالب فيما يتعلق بـ WWT القائم على البكتيريا لإزالة العناصر الغذائية الجزئية أثناء التقاط ثاني أكسيد الكربون. يجب أن تسعى الأبحاث المستقبلية إلى تحقيق معدل نمو سريع وعالي، وأنواع تحمل بيئية قوية، ومعالجة بسيطة في اتجاه مجرى النهر وكتلة حيوية عالية القيمة. هناك أيضًا حاجة واضحة وعاجلة إلى تحليل أكثر منهجية للكتلة الحيوية لكل من تقييم ائتمان الكربون والقيم الاقتصادية لتسهيل تحديد وترتيب أولويات الحواجز التي تحول دون خفض تكلفة النفايات الصلبة القائمة على الطحالب. ملخص رسومي

Translated Description (French)

La culture d'algues abstraites complète les principes du traitement des eaux usées (WWT) car le processus absorbe les nutriments tout en assimilant le CO 2 dans la biomasse. Ainsi, l'application de WWT à base d'algues est sur la trajectoire ascendante en tant que plus d'attention pour les nutriments de récupération et la capture de CO 2 tout en réduisant son défi économique dans le concept d'économie circulaire. Cependant, la complexité des caractéristiques écologiques des eaux usées et des algues induit des défis technico-économiques pour la mise en œuvre de l'industrie. Le WWT à base d'algues repose totalement sur la capacité des algues à absorber et à stocker les nutriments dans la biomasse. Par conséquent, l'efficacité d'élimination est proportionnelle à la productivité de la biomasse. Ce mécanisme d'élimination limite les applications d'algues aux eaux usées à faible concentration en nutriments. Le temps de rétention hydraulique (HRT) du WWT à base d'algues est significativement long (c'est-à-dire > 10 jours), comparé à quelques heures dans le processus à base de bactéries. Les algues phototrophes sont le procédé le plus utilisé dans les études WWT basées sur les algues ainsi que dans les essais à l'échelle pilote. L'application d'algues phototrophes dans les eaux usées est confrontée à des défis d'approvisionnement en CO 2 et d'éclairage. Collectivement, un paysage significatif est nécessaire pour l'éclairage. Le WWT à base d'algues a des absorptions organiques limitées, qui nécessitent un prétraitement des eaux usées avant de s'écouler dans le processus algal. Le WWT à base d'algues peut être utilisé en relation avec le WWT à base de bactéries pour éliminer les nutriments partiels tout en capturant le CO 2 . Les recherches futures devraient s'efforcer d'atteindre un taux de croissance rapide et élevé, de fortes espèces tolérantes à l'environnement, un traitement en aval simple et une biomasse de grande valeur. Il existe également un besoin clair et urgent d'une analyse plus systématique de la biomasse pour l'évaluation du crédit carbone et des valeurs économiques afin de faciliter l'identification et la hiérarchisation des obstacles à la réduction du coût du WWT à base d'algues. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen El cultivo de algas complementa los principios del tratamiento de aguas residuales (WWT), ya que el proceso absorbe nutrientes mientras que asimila el CO 2 en la biomasa. Por lo tanto, la aplicación de WWT a base de algas está en una trayectoria ascendente a medida que se presta más atención a los nutrientes de recuperación y la captura de CO 2, al tiempo que se reduce su desafío económico en el concepto de economía circular. Sin embargo, la complejidad de las características ecológicas de las aguas residuales y las algas induce desafíos tecnoeconómicos para la implementación de la industria. El WWT a base de algas depende totalmente de la capacidad de las algas para absorber y almacenar nutrientes en la biomasa. Por lo tanto, la eficiencia de eliminación es proporcional a la productividad de la biomasa. Este mecanismo de eliminación limita las aplicaciones de algas a aguas residuales de baja concentración de nutrientes. El tiempo de retención hidráulica (HRT) de la WWT basada en algas es significativamente largo (es decir, > 10 días), en comparación con unas pocas horas en el proceso basado en bacterias. Las algas fototróficas son el proceso más utilizado en los estudios de WWT basados en algas, así como en ensayos a escala piloto. La aplicación de algas fototróficas en aguas residuales enfrenta desafíos para suministrar CO 2 e iluminación. Colectivamente, se requiere un paisaje significativo para la iluminación. El WWT a base de algas tiene eliminaciones orgánicas limitadas, que requieren un pretratamiento de las aguas residuales antes de fluir hacia el proceso de las algas. El WWT a base de algas se puede utilizar en relación con el WWT a base de bacterias para eliminar nutrientes parciales mientras se captura CO 2 . La investigación futura debe esforzarse por lograr una tasa de crecimiento rápida y alta, especies de fuerte tolerancia ambiental y un procesamiento aguas abajo simple y biomasa de alto valor. También existe una necesidad clara y urgente de un análisis más sistemático de la biomasa tanto para la evaluación del crédito de carbono como para los valores económicos para facilitar la identificación y priorización de barreras para reducir el costo del WWT basado en algas. Resumen gráfico

Files

s40726-022-00230-x.pdf.pdf

Files (1.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f33b89eb806a0442dddcf8697bedbbe1
1.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إزالة المغذيات عن طريق معالجة مياه الصرف الصحي القائمة على الطحالب
Translated title (French)
Élimination des nutriments par traitement des eaux usées à base d'algues
Translated title (Spanish)
Eliminación de nutrientes mediante tratamiento de aguas residuales a base de algas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4292482259
DOI
10.1007/s40726-022-00230-x

Is supplement to
https://openalex.org/W4388943160 (Other)
https://openalex.org/W4379988150 (Other)
https://openalex.org/W4362470469 (Other)
https://openalex.org/W4224324761 (Other)
https://openalex.org/W4200469958 (Other)
https://openalex.org/W3111315037 (Other)
https://openalex.org/W3033710666 (Other)
https://openalex.org/W2739351539 (Other)
https://openalex.org/W2392480823 (Other)
https://openalex.org/W2064727257 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1968749365
  • https://openalex.org/W1983750763
  • https://openalex.org/W1984547373
  • https://openalex.org/W1984735052
  • https://openalex.org/W1985061459
  • https://openalex.org/W1997018572
  • https://openalex.org/W2003143766
  • https://openalex.org/W2004394344
  • https://openalex.org/W2008063391
  • https://openalex.org/W2008821734
  • https://openalex.org/W2022092920
  • https://openalex.org/W2025378878
  • https://openalex.org/W2029335088
  • https://openalex.org/W2032592188
  • https://openalex.org/W2042773156
  • https://openalex.org/W2043249811
  • https://openalex.org/W2053520477
  • https://openalex.org/W2057916570
  • https://openalex.org/W2059811407
  • https://openalex.org/W2080104610
  • https://openalex.org/W2082138688
  • https://openalex.org/W2086715399
  • https://openalex.org/W2095804901
  • https://openalex.org/W2122983404
  • https://openalex.org/W2181452399
  • https://openalex.org/W2212397375
  • https://openalex.org/W2213663858
  • https://openalex.org/W2288870092
  • https://openalex.org/W2336781975
  • https://openalex.org/W2527834917
  • https://openalex.org/W2551284596
  • https://openalex.org/W2551885547
  • https://openalex.org/W2563630874
  • https://openalex.org/W2588288581
  • https://openalex.org/W2590388258
  • https://openalex.org/W2602474534
  • https://openalex.org/W2617279881
  • https://openalex.org/W2725140130
  • https://openalex.org/W2756579398
  • https://openalex.org/W2791350900
  • https://openalex.org/W2886038808
  • https://openalex.org/W2896262652
  • https://openalex.org/W2899197740
  • https://openalex.org/W2904878507
  • https://openalex.org/W2914547376
  • https://openalex.org/W2951953295
  • https://openalex.org/W2955516745
  • https://openalex.org/W2963865895
  • https://openalex.org/W2964852287
  • https://openalex.org/W2965744022
  • https://openalex.org/W2966599559
  • https://openalex.org/W2967883758
  • https://openalex.org/W2970475086
  • https://openalex.org/W2972916876
  • https://openalex.org/W2984768942
  • https://openalex.org/W2989594588
  • https://openalex.org/W2990912063
  • https://openalex.org/W2993481275
  • https://openalex.org/W2994126126
  • https://openalex.org/W2996658160
  • https://openalex.org/W2998300889
  • https://openalex.org/W3009704522
  • https://openalex.org/W3082865927
  • https://openalex.org/W3086772438
  • https://openalex.org/W3087911075
  • https://openalex.org/W3092472249
  • https://openalex.org/W3112308509
  • https://openalex.org/W3113381819
  • https://openalex.org/W3127970557
  • https://openalex.org/W3127985780
  • https://openalex.org/W3152623495
  • https://openalex.org/W3157969083
  • https://openalex.org/W3167652504
  • https://openalex.org/W3186833390
  • https://openalex.org/W3189121499
  • https://openalex.org/W3189227620
  • https://openalex.org/W3192575241
  • https://openalex.org/W3200710985
  • https://openalex.org/W3203848326
  • https://openalex.org/W3213683139
  • https://openalex.org/W3215309667
  • https://openalex.org/W3216620743
  • https://openalex.org/W4205115194
  • https://openalex.org/W4206977743
  • https://openalex.org/W4212859855
  • https://openalex.org/W4212983667
  • https://openalex.org/W4220766874
  • https://openalex.org/W4221060230
  • https://openalex.org/W4221110136
  • https://openalex.org/W4223983724
  • https://openalex.org/W4231396128
  • https://openalex.org/W4280615863