A Novel Bioreaktor für High Density Anbau von Diverse mikrobiellen Gemeinschaften

Das übergeordnete Ziel dieser Bioreaktorkonstruktion und des Experiments besteht darin, den Anbau einer hochdichten, gemischten photosynthetischen Gemeinschaft in einem neuartigen Bioreaktor zur effektiven Behandlung von Abwasser zu demonstrieren. Diese Methode kann verwendet werden, um zentrale Fragen zu beantworten, beispielsweise wie Algen-Bioreaktoren zur Sanierung von Abwasserströmen gestaltet und betrieben werden können sowie wie Algenbiomasse kultiviert werden kann. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt in der Kultivierung hochdichter Algenbiomasse ohne den Einsatz externer Trennverfahren.

Die Idee für diese Anwendung entstand zunächst, als uns bewusst wurde, dass dieses Bioreaktorsystem mit hoher Dichte äußerst erfolgreich beim Anzüchten von heterotrophen Bakterien aus Belebtschlamm zur Behandlung organischer Verbindungen aus Abwasser sowie von autotrophen Nitrofire- und Denitrofire-Bakterien zur Behandlung des stickstoffhaltigen Abwasserkontaminanten Ammoniak ist. Diese Methode demonstriert Thomas Thompson, A-B-S-M-S-Student an der Drexel University, der gleichzeitig auch Werkstudent und Techniker in meinem Labor ist. Um zu beginnen, stellen Sie den Reaktor auf eine Rührplatte und geben einen Rührstab in den Reaktor.

Stellen Sie den Recyclingtank neben das Rührgerät und den Reaktor, sodass der Ablaufhahn des Tanks in Richtung der Labortischecke zeigt. Platzieren Sie den Abfallbehälter unterhalb des Ablaufhahns des Recyclingtanks. Danach stellen Sie den Zulaufbehälter neben den Recyclingtank.

Sichern Sie den Reaktor mit einem passenden Stativ und einer Klemme gegen Umkippen. Führen Sie Neopren-Schlauch der peristaltischen Pumpe in die Rückfühlpumpe und die Zuführpumpe ein. Bringen Sie die Pumpenköpfe mit den mitgelieferten Schrauben an den Pumpenantrieben an.

Verbinden Sie als Nächstes den Schlauch der Pumpe a mit den Anschlüssen am Reaktor und am Recyclingtank. Führen Sie das Ende des Schlauchs der Pumpe B in den Zulaufbehälter und den Recyclingtank ein. Verbinden Sie den oberen Reaktoranschluss mit dem Recyclingtank mithilfe eines Schlauchs.

Schließlich befestigen Sie Schellen an den Schläuchen an den Reaktoranschlüssen. Bereiten Sie fünf Liter Zulauf- oder Zuführlösung vor, um den Reaktor zu starten. Geben Sie zunächst 0,5 Milliliter Mineralslösung pro Liter der herzustellenden Lösung hinzu.

Anschließend verdünnen Sie zwei Milliliter Ammoniak-Stammlösung und zwei Milliliter Nitrat-Stammlösung auf ein Gesamtvolumen von einem Liter. Geben Sie 750 Milliliter der Nährlösung in den Reaktor. Füllen Sie den Recyclingtank mit 500 Milliliter Nährlösung.

Verwenden Sie eine lange Pipette, um vorsichtig eine Inokulum-Suspension mit 1,5 Gramm Algen nahe dem Boden des Reaktors zuzugeben. Lassen Sie das Inokulum unter visueller Kontrolle auf den Reaktorboden absinken, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren. Platzieren Sie den Belüftungsstein im Rezirkulationstank und schalten Sie ihn ein.

Nachdem sich die Zellen abgesetzt haben, entfernen Sie die Schlauchklemmen und schalten Sie Pumpe A auf eine geringe Fließgeschwindigkeit. Fügen Sie mithilfe der Steuerelemente am Pumpenantrieb allmählich die Zufuhrflüssigkeit in den Recyclingtank hinzu, während die Flüssigkeit in den Reaktor gepumpt wird. Setzen Sie die Zugabe fort, bis sowohl der Reaktor als auch der Recyclingtank vollständig gefüllt und im Abfluss betriebsbereit sind.

Beginnt, den Rezyklierbehälter über den oberen Anschluss zu verlassen. Gießen Sie die restliche Zulauflösung in den Zulaufbehälter. Stellen Sie dann Pumpe a auf 19 Umdrehungen pro Minute ein, um einen Rezyklierdurchfluss von 72,5 Millilitern pro Minute einzustellen.

Beobachten Sie mithilfe der Skalierung am Reaktor, wie die Algen beginnen, sich vom Reaktorboden abzuheben. Bestimmen Sie die Höhe der Algen-Biomassezone. Stellen Sie sicher, dass die Höhe konstant ist, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.

Beim Einstellen der Geschwindigkeit der Mischplatte ist es wichtig, die Höhe und Stabilität der Algenbiomasse zu überwachen, um Biomasseverluste zu vermeiden. Moderne schrittweise Anpassungen der Geschwindigkeit des Mischstabs helfen, dies zu verhindern. Schalten Sie die Mischplatte mit sehr geringer Geschwindigkeit ein.

Ein Wert von eins oder zwei ist geeignet, um zu beginnen. Der Mischstab trägt zur weiteren Aufwirbelung der Biomasse bei, jedoch kann eine zu starke Durchmischung Algenbildung verursachen. Um den Reaktor zu verlassen, gelangt das Medium in den Rezyklierbehälter und anschließend in den Ablauf.

Schalten Sie die Förderpumpe ein. Nachdem Sie eine klare Grenzfläche zwischen dem Algenpfropfen und der Reaktorflüssigkeit beobachtet haben, stellen Sie die Pumpe auf 25 Umdrehungen pro Minute ein, wodurch eine Durchflussrate von 1,5 Milliliter pro Minute erreicht wird. Beobachten Sie, wie die Reaktorflüssigkeit aufgrund der Schwerkraft und der durch den eintretenden Einflussstrom verursachten Verdrängung über den Ablaufhahn austritt.

Führen Sie die Probenahmetätigkeiten vor der Wartung des Reaktorsystems durch. Sammeln Sie täglich 20 Milliliter Abwasser- und Einflussproben. Nehmen Sie Abwasserproben aus dem Recyclingtank.

Sammeln Sie Einflussproben direkt aus dem Zulaufbehälter. Filtrieren Sie die Proben unter Vakuum, um suspendierte Feststoffe vor der Lagerung und Analyse zu entfernen. Lagern Sie die Einfluss- und Ausflussproben bei minus 20 Grad Celsius, bis sie weiter analysiert werden.

Begrenzen Sie die Anzahl der Einfrier- und Auftauzyklen. Die Proben werden abschließend einer Analyse auf Nitrat, Nitrit und Ammoniak unter Verwendung standardisierter Techniken unterzogen. Eine Ammoniakentfernung wurde über alle Bereiche der Füllstoffzusammensetzung hinweg beobachtet, jedoch wurde die Stärke der Ammoniakentfernung nicht signifikant durch die Zusammensetzung des Ammoniaks beeinflusst.

Ebenso wurde eine Ammoniakentfernung beobachtet, die durch die Zusammensetzung des Nitratzulaufs nicht signifikant beeinflusst wurde, wobei sich Nitrat im Reaktor bei den meisten Zulaufzusammensetzungen anreicherte. Die Nitratentfernung stand in negativer Beziehung zur Ammoniak-Zulaufzusammensetzung, während die Entfernung von Nitrat positiv mit der Nitrat-Zulaufzusammensetzung korrelierte. Die gleichzeitige Entfernung von Ammoniak und Bildung von Nitrat deutet darauf hin, dass sowohl Ammoniak- als auch Nitrit-oxidierende Bakterien in der gemischten Gemeinschaft vorhanden sind und dass diese Organismen zur Umwandlung von Stickstoffverbindungen im Reaktor beitragen.

Der von Ammoniak- und Nitrit-oxidierenden Bakterien benötigte Sauerstoff wird durch Belüftung im Rezirkulationstank bereitgestellt und mittels der Rezirkulationspumpe durch die Biomassezone im Reaktor transportiert. Neben der chemischen Zusammensetzung der Zulauf- und Ablaufströme hat sich der Gehalt an suspendierten Feststoffen im Reaktor als guter Indikator für Populationszusammenbrüche erwiesen. Starke und plötzliche Änderungen in der Zusammensetzung des Futters können negative Auswirkungen auf die mikrobielle Gemeinschaft haben und zu Reaktorzusammenbrüchen führen.

Daher sollten Futterzusammensetzungspläne sorgfältig ausgewählt werden, um solche Zusammenbrüche zu verhindern, sollten So. Obwohl diese Methode Einblicke in die algenbakteriellen Systeme ermöglichen kann, die in diesem Photobioreaktor funktionieren, können wir auch heterotrophe Bakterien aus Belebtschlamm sowie Nitrierer und Denitrierer, Ox-Bakterien und Phosphat-akkumulierende Organismen im System untersuchen. Sobald die Methode beherrscht ist, kann ein Bioreaktor mit hoher Zelldichte innerhalb von zwei Stunden täglich aufgebaut und eingesetzt werden. Tätigkeiten wie Probenentnahme und Verdünnungsreihe-Herstellung sollten etwa eine Stunde in Anspruch nehmen. Wir hoffen, dass diese Demonstration andere Forscher ermutigt, diesen Reaktor zu übernehmen, um andere mikrobielle Systeme zu untersuchen.

Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.