Multistage continuous cultivation of blue-green alga spirulina maxima in the flat tank photobioreactors with recycle

Authors

  • Réjean Samson,

    1. Department of Chemical Engineering, Laval University, Sainte-Foy, Québec, Canada G1K 7P4
    Current affiliation:
    1. National Research Council of Canada, Biotechnology Research Institute, Ottawa, Canada K1A OR6
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  • Anh Leduy

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, Laval University, Sainte-Foy, Québec, Canada G1K 7P4
    • Department of Chemical Engineering, Laval University, Sainte-Foy, Québec, Canada G1K 7P4
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  • NRCC No.: 23666.

Abstract

Spirulina maxima was continuously cultivated in four 64-liter flat tank photobioreactors in cascade, under continuous 30 klx fluorescent light and nonaseptic condition, in an industrial grade synthetic medium which bubbled with atmospheric air. The increase in the number of stages resulted in the higher biomass concentration and allowed operation with a dilution rate D higher than the alga specific growth rate μ. However, multistage operation does not permit a significant increase in productivity. The recycling of the all culture medium with biomass increased the net productivity of the first two stages of the multistage system. The flat tank design offered great advantages over other geometrical configurations by occupying less space for indoor cultivation, minimizing the water loss by evaporation, and permitting a greater flexibility in construction, installation, and operation. This system was operating continuously for two years in our laboratory for indoor mass production of S. maxima biomass. The flat tank configuration gave the highest areal productivity Pa = 60.5 g/m2·d and highest volumetric productivity Pv = 1.17 g/L·d when operated as a single stage continuous cultivation with high solid recycle. These values are the highest ever reported for any indoor or outdoor mass production system for S. maxima.

Abstract

On a cultivé en continu la micro-algue Spirulina maxima, dans quatre photobior%éacteurs à cuves plates de 64 L disposés en cascade sous I'éclairage continu d'une lampe fluorescente de 30 klx et dans des conditions non aseptiques dans un milieu synthétique de type industriel avec barbotage d'air atmosphérique. L'accroissement du nombre d'étages a comme résultat une plus grande concentration de la biomasse et permet de fonctionner a une vitesse de dilution D plus élevée que la vitesse de croissance sp%écifique de I'algue u. Toutefois, le fonctionnement multi-étagé ne permet pas d'obtenir un accroissement significatif de la productivité. Le recyclage, avec la biomasse, de tout le milieu de culture augmente la productivité nette des deux premiéres Ctapes du système. Le concept des cuves plates présente de grands avantages sur d'autres formes géométriques en exigeant moins d'espace pour la culture intérieure, en minimisant la perte d'eau par évaporation et en permettant une plus grande flexibilité dans la construction, I'installation et le fonctionnement. On a employé ce système au laboratoire continuellement pendant deux ans, pour la production intérieure massive de biomasse, en employant la micro-algue Spirulina maxima. La forme des cuves plates a permis I'obtention de la productivité la plus élevée par unité de surface, soit Pa = 60, 5 g/m2 d et de la productivité la plus élevée par unité de volume à savoir Pv = I. 17 g/L.d, pour un fonctionnement en culture continue à un seulétage et avec un recyclage important de solides. Ces valeurs sont les plus élevées qui aient jamais été rapportees pour un systkme de production massive, à I'intérieur ou I'extérieur, impliquant la micro-algue Spirulina maxima.

Ancillary