مفاعل حيوي رواية لزراعة ارتفاع كثافة المجتمعات الميكروبية متنوعة

الهدف العام من تصميم هذا المفاعل الحيوي وهذه التجربة هو إثبات إمكانية زراعة مجتمع ضوئي مختلط عالي الكثافة في مفاعل حيوي مبتكر لمعالجة مياه الصرف الصحي بفعالية. يمكن استخدام هذه الطريقة للإجابة على أسئلة رئيسية مثل كيفية تصميم وتشغيل المفاعلات الحيوية الطحلبية من أجل معالجة تدفقات النفايات، بالإضافة إلى كيفية زراعة الكتلة الحيوية الطحلبية. تكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في زراعة كتلة حيوية طحلبية عالية الكثافة في غياب طرق الفصل الخارجية.

لقد خطرت لنا فكرة هذا التطبيق لأول مرة عندما أدركنا أن نظام المفاعل الحيوي عالي الكثافة هذا كان ناجحاً للغاية في تنمية البكتيريا غير ذاتية التغذية من الحمأة المنشطة في معالجة المركبات العضوية من مياه الصرف الصحي، بالإضافة إلى البكتيريا ذاتية التغذية المؤكسدة للنيتروجين والمختزلة للنيتروجين في معالجة ملوثات الأمونيا النيتروجينية في مياه الصرف الصحي. يقوم بتوضيح هذا الإجراء توماس طومسون، طالب A-B-S-M-S في جامعة دريكسل، وهو أيضاً متدرب وفني في مختبري. للبدء، ضع المفاعل على لوحة خلط وأضف قضيب تحريك إلى المفاعل.

ضع خزان إعادة التدوير بجانب لوح التحريك والمفاعل بحيث تكون فتحة التصريف في الخزان موجهة نحو حافة طاولة المختبر. ضع حاوية النفايات أسفل فتحة التصريف الخاصة بخزان إعادة التدوير. ثم ضع خزان التغذية بجانب خزان إعادة التدوير.

قم بتثبيت المفاعل ضد الانقلاب باستخدام حامل ومشبك بحجم مناسب. أدخل أنابيب مضخة تمعجية من النيوبيرين في رؤوس مضخة إعادة التدوير ومضخة التغذية. قم بتركيب رؤوس المضخات على محركات المضخات باستخدام البراغي المرفقة مع محركات المضخات.

بعد ذلك، قم بتوصيل أنابيب المضخة a بالمنافذ الموجودة في المفاعل وخزان إعادة التدوير. أدخل طرف أنابيب المضخة B في خزان التغذية وخزان إعادة التدوير. قم بتوصيل منفذ المفاعل العلوي بخزان إعادة التدوير باستخدام الأنابيب.

أخيراً، قم بتركيب المشابك على الأنابيب عند منافذ المفاعل. قم بتحضير خمسة لترات من المحلول المتدفق أو محلول التغذية لتشغيل المفاعل. أولاً، أضف 0.5 milliliters من المحلول المعدني لكل لتر من المحلول المراد تحضيره.

بعد ذلك، يتم تخفيف 2 mL من المحلول المخزون للأمونيا، و 2 mL من المحلول المخزون للنترات ليصل الحجم الإجمالي إلى 1 L. أضف 750 mL من محلول التغذية إلى المفاعل. املأ خزان إعادة التدوير بـ 500 mL من محلول التغذية.

استخدم ماصة طويلة لإضافة معلق لقاح يحتوي على 1.5 grams من الطحالب برفق بالقرب من قاع المفاعل. اترك اللقاح يترسب في قاع المفاعل مع التأكد من ذلك عن طريق الملاحظة البصرية قبل الانتقال إلى الخطوة التالية. ضع حجر التهوية في خزان التدوير وقم بتشغيله.

بمجرد استقرار الخلايا، قم بإزالة مشابك الأنابيب وتشغيل المضخة A بمعدل تدفق بطيء. باستخدام أدوات التحكم في وحدة تشغيل المضخة، أضف محلول التغذية تدريجيًا إلى خزان إعادة التدوير بينما يتم ضخ المحلول إلى المفاعل. استمر في الإضافة حتى يصل كل من المفاعل وخزان إعادة التدوير إلى سعتهما القصوى ويبدأ التدفق الخارج.

يبدأ السائل بالخروج من خزان التدوير عبر المنفذ العلوي. صبّ ما تبقى من محلول التغذية في خزان التغذية. بعد ذلك، اضبط المضخة a على 19 دورة في الدقيقة، لتحقيق معدل تدفق تدوير يبلغ 72.5 milliliters per minute.

راقب بدء ارتفاع الطحالب من قاع المفاعل باستخدام التدريجات الموجودة على المفاعل. حدد ارتفاع منطقة الكتلة الحيوية للطحالب. تأكد من ثبات الارتفاع قبل الانتقال إلى الخطوة التالية.

عند ضبط سرعة صفيحة الخلط، من الضروري مراقبة ارتفاع واستقرار الكتلة الحيوية للطحالب لمنع فقدانها. وتساعد التغييرات التدريجية الحديثة في سرعة قضيب الخلط على منع حدوث ذلك. قم بتشغيل صفيحة الخلط بسرعة منخفضة جداً.

يعد ضبط الإعداد على واحد أو اثنين مناسباً للبدء. س يساعد قضيب الخلط في رفع الكتلة الحيوية بشكل أكبر، إلا أن الخلط الشديد سيؤدي إلى نمو الطحالب. للخروج من المفاعل، ادخل إلى خزان إعادة التدوير واتركه في التدفق الخارج.

قم بتشغيل مضخة التغذية. بعد ملاحظة وجود حد فاصل واضح بين السدادة الطحلبية وسائل المفاعل، اضبط المضخة على 25 دورة في الدقيقة، لتحقيق معدل تدفق قدره 1.5 milliliters per minute. لاحظ خروج سائل المفاعل من منفذ التصريف بفعل الجاذبية والإزاحة الناتجة عن تيار التدفق الوارد.

قم بتنفيذ أنشطة جمع العينات قبل إجراء أعمال الصيانة على نظام المفاعل. اجمع 20 milliliters من عينات التدفق الخارج والتدفق الداخل يومياً. اجمع عينات التدفق الخارج من داخل خزان إعادة التدوير.

اجمع عينات التدفق مباشرة من خزان التغذية. قم بترشيح العينات باستخدام المكنسة الكهربائية (Vacuum Filter) لإزالة المواد الصلبة العالقة قبل التخزين والتحليل. خزّن عينات التدفق والتدفق الخارج عند درجة حرارة -20 °C حتى إجراء المزيد من التحليلات.

قلل من عدد دورات التجميد والإذابة. تخضع العينات في النهاية لإجراء تحليل لنترات النيتريت والأمونيا باستخدام تقنيات قياسية. لوحظ إزالة الأمونيا عبر جميع نطاقات تركيب التغذية، ولكن مقدار إزالة الأمونيا لم يتأثر بشكل كبير بتأثير تركيب الأمونيا.

وبالمثل، لوحظ أن إزالة الأمونيا لم تتأثر بشكل كبير بتكوين النترات، حيث تراكمت النترات داخل المفاعل خلال معظم تركيبات التدفق الداخلي. وكانت إزالة النترات مرتبطة سلبًا بتركيبة تغذية الأمونيا، بينما ارتبطت إزالة النترات إيجابيًا بتركيبة تغذية النترات. ويشير تزامن إزالة الأمونيا مع تكوين النترات إلى وجود بكتيريا مؤكسدة للأمونيا والنترات ضمن المجتمع المختلط، وأن هذه الكائنات تساهم في تحويل أنواع النيتروجين داخل المفاعل.

يتم توفير الأكسجين اللازم للبكتيريا المؤكسدة للأمونيا والنيتريت عن طريق التهوية داخل خزان إعادة التدوير، ويُنقل عبر منطقة الكتلة الحيوية داخل المفاعل بواسطة مضخة إعادة التدوير. بالإضافة إلى مراقبة التركيب الكيميائي للتدفقات الداخلة والخارجة، وُجد أن محتوى المواد الصلبة العالقة داخل المفاعل يعد مؤشراً جيداً للتنبؤ بانهيار المجتمعات البكتيرية. كما يمكن أن تؤدي التغييرات الكبيرة والمفاجئة في تكوين التغذية إلى آثار سلبية على المجتمع الميكروبي وقد تؤدي إلى انهيار المفاعل.

وبناءً على ذلك، يجب اختيار جداول تكوين الأعلاف بعناية لمنع حدوث مثل هذه الانهيارات. ورغم أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة حول الأنظمة البكتيرية الطحلبية التي تعمل في هذا المفاعل الحيوي الضوئي، إلا أنه يمكننا أيضاً دراسة البكتيريا غير ذاتية التغذية من الحمأة المنشطة في النظام، بالإضافة إلى البكتيريا المختزلة للنترات والبكتيريا المزيلة للنترات، وبكتيريا الأكسدة والكائنات الممتصة للفوسفات. وبمجرد إتقان هذه الطريقة، يمكن تجميع مفاعل حيوي عالي الكثافة وتشغيله في أقل من ساعتين يومياً. كما يجب أن تستغرق الأنشطة مثل جمع العينات وتحضير المزارع حوالي ساعة واحدة. نأمل أن يشجع هذا العرض الباحثين الآخرين على اعتماد هذا المفاعل من أجل دراسة أنظمة ميكروبية أخرى.

شكراً للمتابعة ونتمنى لكم التوفيق في تجاربكم.