Insights into bioflocculation of filamentous cyanobacteria, microalgae and their mixture for a low-cost biomass harvesting system

Cyanobacteria and microalgae are considered as interesting feedstocks for either the production of high value bio-based compounds and biofuels or wastewater treatment. Nevertheless, the high costs of production, mainly due to the harvesting process, hamper a wide commercialization of industrial cyanobacteria and microalgae based products. Recent studies have found in autoflocculation and bioflocculation promising spontaneous processes for a low-cost and environmentally sustainable cyanobacteria and microalgae biomass harvesting process. In the present work, bioflocculation process has been studied for three different inocula: filamentous cyanobacteria, microalgae and their mixture. Their cultivation has been conducted in batch mode using two different cultivation media: synthetic aqueous solution and urban wastewater. The removal of nutrients and flocculation process performance were monitored during the entire cultivation time. Results have proved that bioflocculation and sedimentation processes occur efficiently for filamentous cyanobacteria cultivated in synthetic aqueous solution, whereas such processes are less efficient in urban wastewater due to the specific characteristics of this medium that prevent bioflocculation to occur. Besides different efficiencies associated to cultivation media, this work highlighted that bioflocculation of sole microalgae is not as effective as when they are cultivated together with filamentous cyanobacteria.

I cianobatteri e le microalghe sono considerati materie prime interessanti sia per la produzione di composti e biocarburanti di alto valore, sia per il trattamento delle acque reflue. Tuttavia, gli alti costi di produzione, dovuti principalmente al processo di raccolta, ostacolano un'ampia commercializzazione di cianobatteri industriali e prodotti a base di microalghe. Recenti studi hanno trovato nell'autoflocculazione e nella bioflocculazione processi spontanei promettenti per un processo di raccolta di biomassa di microalghe e cianobatteri a basso costo ed ecosostenibile. Nel presente lavoro, il processo di bioflocculazione è stato studiato per tre diversi inoculi: cianobatteri filamentosi, microalghe e loro miscela. La loro coltivazione è stata condotta in modalità batch utilizzando due diversi mezzi di coltivazione: soluzione acquosa sintetica e acque reflue urbane. La rimozione dei nutrienti e il processo di flocculazione sono state monitorate durante l'intero periodo di coltivazione. I risultati hanno dimostrato che i processi di bioflocculazione e sedimentazione avvengono in modo efficiente per i cianobatteri filamentosi coltivati ​​in soluzione acquosa, mentre tali processi sono meno efficienti nelle acque reflue urbane a causa delle caratteristiche specifiche di questo mezzo che impediscono la bioflocculazione. Oltre alle diverse efficienze nei diversi terreni di coltura, questo lavoro ha evidenziato che la bioflocculazione delle sole microalghe non è così efficace come quando vengono coltivate insieme a cianobatteri filamentosi.