يتم تقديم تصميم مفاعل جديد ، صاغ مفاعل حيوي عالي الكثافة (HDBR) ، لزراعة ودراسة المجتمعات الميكروبية عالية الكثافة. هنا ، يتم تطبيق HDBR بنجاح في تكوين المفاعل الحيوي الضوئي (PBR) لدراسة استقلاب النيتروجين بواسطة مجتمع طحالب مختلط عالي الكثافة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يتم تقديم تصميم مفاعل جديد ، صاغ مفاعل حيوي عالي الكثافة (HDBR) ، لزراعة ودراسة المجتمعات الميكروبية عالية الكثافة. هنا ، يتم تطبيق HDBR بنجاح في تكوين المفاعل الحيوي الضوئي (PBR) لدراسة استقلاب النيتروجين بواسطة مجتمع طحالب مختلط عالي الكثافة.
يتم تقديم تصميم مفاعل جديد ، صاغ مفاعل حيوي عالي الكثافة (HDBR) ، لزراعة ودراسة المجتمعات الميكروبية عالية الكثافة. قيمت الدراسات السابقة أداء المفاعل لإزالة COD1 وأنواع النيتروجين2-4 بواسطة البكتيريا غير المتجانسة والكيميائية ذاتية التغذية ، على التوالي. يلغي تصميم HDBR متطلبات عمليات التلبد / الترسيب الخارجية مع الاستمرار في إنتاج النفايات السائلة التي تحتوي على مواد صلبة منخفضة العالقة. في هذه الدراسة ، يتم تطبيق HDBR كمفاعل ضوئي حيوي (PBR) من أجل توصيف خصائص إزالة النيتروجين لمجتمع ميكروبي ضوئي قائم على الطحالب. كما ورد سابقا في تصميم HDBR هذا ، تم إنشاء منطقة كتلة حيوية مستقرة مع تحديد واضح بين الجزء النشط بيولوجيا من المفاعل وسائل مفاعل إعادة التدوير ، مما أدى إلى انخفاض النفايات السائلة الصلبة العالقة. لوحظ أن مجتمع الطحالب في HDBR يزيل 18.4٪ من إجمالي أنواع النيتروجين في المؤثر. لم يكن لتركيزات NH4+ و NO3- في العلف تأثير على إزالة NH4+ (n = 44 ، p = 0.993 و n = 44 ، p = 0.610 على التوالي) بينما وجد أن تركيز العلف NH4+ مرتبط سلبا بإزالة NO 3 (n = 44 ، p = 0.000) و NO3- وجد أن تركيز العلف يرتبط ارتباطا إيجابيا ب NO3- الإزالة (ن = 44 ، ص = 0.000). تشير الإزالة المتسقة ل NH4 + ، جنبا إلى جنب مع تراكم أنواع النيتروجين المؤكسدة عند تدفقات NH4+ العالية إلى وجود بكتيريا مؤكسدة للأمونيا والنتريت داخل المجتمع الميكروبي.
يتم التعامل مع مياه الصرف الصحي البلدية عادة مع عمليات الحمأة المنشطة من أجل الحد من المواد الصلبة العالقة (SS)، والطلب البيولوجي الأكسجين (BOD) والنيتروجين العضوي وغير العضوي، والفسفور 5،6. عملية الحمأة المنشطة، وسيلة لمعالجة مياه الصرف الصحي الثانوية، يستتبع أكسدة الكربون العضوي في أحواض التهوية مليئة الخمور مختلطة من مياه الصرف الصحي الواردة والمعاد تدويرها الكائنات الحية الدقيقة غيرية (يشار إلى الحمأة المنشطة) 5-7. الخمور مختلطة ثم يدخل الترسيب كبير نسبيا (تسوية خزان) حيث تستقر الحمأة لتسهيل جمع وإما أن يتم التخلص أو إعادة تدويرها مرة أخرى إلى أحواض التهوية، في حين أن ومياه الصرف الصحي المعالجة وأوضح أن يستمر في المعالجة الثلاثية أو التطهير قبل أن يطلق سراحه في المياه المستقبلة 5-7. الفصل الفعال لمياه الصرف الصحي المعالجة والمواد الصلبة (الحمأة) في الترسيب الثانوي ضروري لوظيفة المناسبة من كاننظام معالجة tewater، لأن أي الحمأة المنشطة مستمرة إلى ما بعد الترسيب سيزيد من BOD وSS في النفايات السائلة 5-8.
ويوجد عدد من العمليات البيولوجية بديلة عن المعالجة الثانوية للمياه العادمة، والتي تقلل أو تلغي الحاجة إلى توضيح الدبابات الكبيرة، بما في ذلك المرفق النمو (بيوفيلم) المفاعلات، المفاعلات الحيوية الغشائية (MBRs)، ومفاعلات الحمأة الحبيبية. في المفاعلات بيوفيلم، وتشكيل الأغشية الحيوية، التي الميكروبات بشكل طبيعي مجموع المباراتين ونعلق على شكل طبقة على سطح صلب، ويسمح للاحتفاظ الكتلة الحيوية وتراكم دون الحاجة لخزان توضيح. ويمكن تصنيف المفاعلات بيوفيلم إلى ثلاثة أنواع: مفاعل معبأة، المفاعلات مميعة، وتدور الملامسات البيولوجية. مفاعل معبأة، مثل خرير الفلاتر وأبراج البيولوجية، والاستفادة من الثابت سطح نموا قويا 5،6. المفاعلات مميعة (FBRs) تعتمد على المرفق من الكائنات الحية الدقيقة إلى جزيئات،مثل الرمل وتنشيط الحبيبية الكربون (GAC)، أو الخرز الزجاجي، التي يتم الاحتفاظ بها في التعليق من ارتفاع معدل التدفق الصاعد 9،10. الدورية المفاعلات البيولوجية تعتمد على الأغشية الحيوية التي شكلت في وسائل الإعلام تعلق على رمح الدورية السماح للبيوفيلم أن تتعرض بالتناوب في الهواء والسائل يعالجون 5،6. MBRs تستخدم وحدات الترشيح الغشائي، سواء داخل (التكوين المغمورة) مفاعل حيوي أو خارجيا عن طريق إعادة تدوير (التكوين الجانب تيار) 5،11. الأغشية تعمل على تحقيق فصل جيد من الكتلة الحيوية والجسيمات الصلبة من السائل تعامل 11،12. مفاعلات الحمأة الحبيبية هي مفاعلات upflow التي يحدث فيها تشكيل حبيبات كثيفة للغاية وتسوية جيدا من الكائنات الدقيقة عندما يتعرضون لارتفاع upflow الهواء السطحي سرعات 13.
كما بديل آخر لعملية الحمأة المنشطة، ونظام مفاعل upflow الرواية، التي تسمى الآن مفاعل حيوي عالي الكثافة (HDBR)، وكان المصممد وبناها المبيعات وShieh (2006) لدراسة إزالة COD قبل الحمأة المنشطة من مجاري النفايات الصناعية في ظروف F / M المنخفضة التي يعرف عنها التسبب في تشكيل الفقيرة الحمأة تصفية (أي يستكثر الحمأة) 1،7،14. نظام HDBR الاستفادة تعديل مفاعل المميعة التي تتكون عادة من مفاعل upflow ودبابة سلة الخارجي. عادة يتم تشغيل المفاعلات قاعدة مميعة مع تيار سلة معدلات تدفق عالية بما فيه الكفاية للحفاظ على قوام نمو بيوفيلم مع وقف التنفيذ ولكن منخفضة بما فيه الكفاية بحيث يتم الاحتفاظ الركيزة المغطاة بيوفيلم. على عكس المفاعلات مميعة، وصفت HDBR في المبيعات وShieh (2006) المستخدمة منخفضة نسبيا معدلات تدفق تيار سلة التي، جنبا إلى جنب مع التهوية الخارجية، منع اختلال المنطقة الكتلة الحيوية شكلت داخل المفاعل 1. وقد أثبتت الدراسات اللاحقة قدرة هذا التصميم المفاعل لعلاج بنجاح مجموعة من تدفقات النيتروجين باستخدام الآزوتية / نازع للنترات البكتيريا 3،4. في كل مسمارالمنشأ تشكيل مستقرة، منطقة كثيفة الكتلة الحيوية داخل HDBR القضاء على الحاجة إلى التلبد عملية / الترسيب الخارجية 1-4.
ونحن هنا التقرير، كما تم اختبار استخدام HDBR أن تنمو الثقافات كثيفة في photobioreactor (PBR) تكوين لزراعة الطحالب. ونحن نناقش مزايا وعيوب هذا النظام مفاعل رواية لزراعة الطحالب وقدرته على التغلب على عقبة كبيرة في تسويق الوقود الحيوي الطحالب المرتبطة حصاد الكتلة الحيوية (أي جيدة فصل الصلبة والسائلة 15،16). يحدد البروتوكول باتباع الخطوات اللازمة لتجميع وبدء التشغيل، عينة من، والحفاظ على HDBR مع الطحالب المجتمع الميكروبي من الفائدة. كما سيتم ذكر الاختلافات في بدء التشغيل وتشغيل بروتوكول الثقافات متغايرة والآزوتية / نازع للنترات. وأخيرا، سيتم تسليط الضوء المزايا العامة والمساوئ، والمجاهيل هذا التصميم مفاعل الرواية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. الجمعية مفاعل
2. إعداد حلول الأوراق المالية، حلول مؤثر / تغذية، والطحالب قيحة
3. البذر وبدء المفاعل
4. جمع العينات وتحليل
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم استخدام HDBR لزراعة الطحالب على مدى عدة نسب تركيزات الأمونيا ونترات مؤثر، مع الحفاظ على نسبة النيتروجين الكلي في تغذية في 40 ملغ -NL -1. اتخذت مؤثر وعينات النفايات السائلة يوميا؛ تم أخذ عينات كثافة الكتلة الحيوية في بداية ونهاية كل حالة. استغرق المفاعل في المتوسط 3-5 أيام للوصول إلى التوازن حالة مستقرة بعد أن تغيرت الظروف. على نطاق واسع من الظروف مؤثر تأسست منطقة الكتلة الحيوية متميزة، كما لوحظ من الدراسات السابقة (الشكل 2). تم العثور على الثقافة ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وسيبدأ هذا القسم بمناقشة الاختلافات بروتوكول اللازمة لمعالجة القضايا التشغيلية الممكنة فضلا عن استخدام المجتمعات الميكروبية المختلفة. وسيتم مناقشة نقاط القوة في هذا التصميم المفاعل، بما في ذلك القدرة على الحكم السيطرة على تدفق الأكسجين وتشكيل ندف عالية الكثافة داخل المفاعل. كما سيتم ذكرها التحديات الحالية والسبل الممكنة التحقيق.
الفروق والاختلافات بروتوكول
تشغيل HDBRs لزراعة أنواع مختلفة من الثقاف...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه ويعلنون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.
يود المؤلفون أن يعرب عن تقديرهم لأسبن ووكر في جامعة بنسلفانيا لمساعدتها في صيانة المفاعل وجمع العينات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| حجر التهوية | Alita | AS-3015C | |
| مهوية | أعلى زعنفة الهواء | -1000 | |
| كلوريد الأمونيوم | Sigma Aldrich | A9434 | |
| عمود تحليل الأنيون | Shodex | IC SI-52 4E | |
| دورق (600 مل) | كورنينج بيركس | 1000-600 | تستخدم كوعاء خلط (MV). إضافة أشواك خرطوم في الأسفل و 500 مل المستويات. القطر الخارجي لانتقادات لاذعة الخرطوم 3/8 بوصة. |
| كلوريد الكالسيوم | Sigma Aldrich | C5670 | |
| عمود تحليل الكاتيون | Shodex | IC YS-50 | |
| سداسي هيدرات كلوريد الكوبالت | Sigma Aldrich | C8661 | |
| كلوريد النحاس | Sigma Aldrich | 222011 | |
| كلوريد الحديديك | Sigma Aldrich | 157740 | |
| مرشح (فراغ) | Fisherbrand | 09-719-2E | 0.45 &# 956 ؛ مرشح غشاء م ، MCE ، 47 & nbsp ؛ قطر مم |
| أسطوانة متدرجة (1،000 مل) Corning | Pyrex | 3025-1L | تستخدم كوعاء مفاعل (R). إضافة أشواك الخرطوم في القاع ، 500 مل ، و 1 لتر مستويات. القطر الخارجي لانتقادات لاذعة الخرطوم 3/8 بوصة. |
| HPLC / IC | Shimadzu | Prominence | |
| كبريتات المغنيسيوم | Sigma Aldrich | M2643 | |
| Masterflex L / S محرك متغير السرعة | Masterflex | 07553-50 | محرك لمضخات إعادة التدوير والتغذية (2 مطلوب) |
| سداسي هيدرات كلوريد النيكل | Sigma Aldrich | N6136 | |
| نترات البوتاسيوم | Sigma Aldrich | P8291 | |
| (أحادي الأساسي) فوسفات البوتاسيوم | Sigma Aldrich | P5655 | |
| رأس المضخة | Masterflex | 07018-20 | تدوير رأس |
| المضخة رأس المضخة | Masterflex | 07013-20 | رأس مضخة التغذية |
| أنبوب مضخة | Masterflex | 6404-18 | تدوير مضخة الأنابيب |
| مضخة | Masterflex | 6404-13 | مضخة التغذية |
| الصوديوم بيكربونات | سيجما ألدريتش | S5761 | |
| كبريتات الزنك سباعي هيدرات | سيجما ألدريتش | Z0251 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.