Mikroalgen-Anbau und Biomasse-Quantifizierung in einem Bench-Scale Photobioreaktor mit ätzenden Rauchgasen

Dieses Protokoll beschreibt die Anpassungen der Photobioreaktor-Ausrüstung, die für die Kultivierung von Mikroalgen mit korrosiven Gasen erforderlich sind, und erörtert den sicheren Betrieb und die Probenahme des Photobioreaktors. Photobioreaktoren bieten die notwendige Kontrolle für zuverlässige und reproduzierbare Mikroalgenexperimente. Mit diesem Tischsystem können die Eigenschaften und die Produktivität von Mikroalgen untersucht werden, die mit simulierten Verbrennungsemissionen kultiviert werden.

Diese Methode kann mit anderen sorgfältig angepassten Bioreaktoren oder zur Kultivierung anderer photoautotropher Mikroorganismen verwendet werden. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da es sich um ein komplexes Protokoll handelt, das die Exposition des Menschen gegenüber den toxischen simulierten Verbrennungsemissionen für den Anbau von Mikroalgen verhindert. Zunächst soll die mögliche angesammelte Konzentration giftiger Gase im Raum modelliert werden, wenn die Dunstabzugshaube ausfallen sollte.

Verwenden Sie die mathematische Modellierungstabelle IH Mod der American Industrial Hygiene Association für jedes Gas. Vom HlK-Wartungspersonal oder HLK-Techniker erhalten Sie Q, die Raumzufuhr oder die Abluftrate in Kubikmetern pro Minute. Berechnen Sie das Volumen, V, des Labors in Kubikmetern.

Berechnen Sie die Schadstoff-Emissionsrate, G, jeder Art von toxischem Gas in Milligramm pro Minute mit der Gleichung, die aus dem Idealgasgesetz angepasst wurde, wobei P der Anteil des Drucks ist, der durch das giftige Gas an einem Geldautomaten ausgeübt wird, Q-Gas ist die Durchflussrate des Gases in Litern pro Minute, R ist die universelle Gaskonstante, T ist Temperatur in Kelvin , und MW ist das Gas'molekulare Gewicht in Gramm pro Maulwurf. Verwenden Sie die Werte für V, Q und G für jedes Gas im gut gemischten Raummodell mit der Option, den Generierungs- und Modellraumbereinigungsalgorithmus in der IH Mod-Tabelle einzustellen, um die akkumulierten Raumgaskonzentrationen für jedes Gas über einen 24-Stunden-Simulationszeitraum zu berechnen. Vergleichen Sie diese Werte mit den Expositionsgrenzwerten.

Einrichtung eines Toxischen Gasüberwachungssystems mit Sensoren für jedes der eingesetzten toxischen Gase. Kalibrieren Sie die Sensoren gemäß den Anweisungen des Herstellers. Bump-Test häufig.

Suchen Sie den Gasmonitor direkt außerhalb der Dunstabzugshaube. Stellen Sie vor dem Experiment sicher, dass alle Mitarbeiter über die entsprechenden Reaktionen auf einen Giftgasalarm informiert werden. Bereiten Sie nun jeweils 100 Milliliter eines normalen Natriumhydroxids und einer normalen Salzsäure in zwei 250-Milliliter-Eingangslösungsflaschen zu.

Bewahren Sie dosierte Eingangslösungen in autoklavierbaren Flaschen auf, die mit Tauchrohren und einem Entlüftungsrohr mit einem sterilen Inline-Luftfilter ausgestattet sind. Schließen Sie die Tauchrohre mit autoklavierbaren Schläuchen an zwei der vier Eingangsanschlüsse des Photobioreaktors an. Legen Sie den kalten Finger und den Auspuffkondensator auf der Photobioreaktorkopfplatte ein und schrauben Sie sie.

Setzen Sie den Impfanschluss ein und schrauben Sie fest an Ort und Stelle. Fügen Sie dem Abschnitt des Impfanschlusses oberhalb der Photobioreaktorkopfplatte eine Länge autoklavierbarer Schläuche hinzu. Vor dem Autoklavieren des Bioreaktors klemmen Sie die Schläuche mit einer autoklavierbaren Wirtsklemme.

Befestigen Sie Schläuche, die mit sterilen Filtern verkappt sind, an allen nicht verwendeten Photobioreaktor-Ports. Fügen Sie 1,5 Liter Kulturmedium hinzu. Autoklavden Sie den Reaktor und die zugehörigen Eingangslösungen für 30 bis 45 Minuten bei 121 Grad Celsius.

Passieren Sie die autoklavierbaren Schläuche mit einem Innendurchmesser von 1,6 Millimetern zwischen den Eingangslösungen und ihren Anschlüssen durch separate peristaltische Pumpen. Befestigen Sie den Laufradmotor an der Laufradwelle und ziehen Sie die Armatur fest. Richten Sie LED-Lichtpanels symmetrisch außerhalb des Bioreaktors nach Beleuchtungsanforderungen an.

Befestigen Sie geeignete Regler, die einen Ausgangsdruck von 20 PSI an den Gasflaschen haben. Befestigen Sie druckfeste Schläuche mit einem Innendurchmesser an der Reglerauslassschlauchleiste und sichern Sie sie mit einer Schlauchklemme. Befestigen Sie das andere Ende des druckfesten Rohres mit einem Schlauchstab an einem sechs Millimeter langen, mit einer Schlauchklemme gesicherten Vorbau-Schnellanschlussanschluss an den gasregulierenden Turmgaseinlass.

Schließen Sie 3,2 Millimeter Innendurchmesser Rohre mit dem Gasregelturm Gasaustritt mit sechs Millimeter nschnellverbindenden Fitting und verbinden Sie das andere Ende des Auslassrohres mit dem Sparging Ring Port an der Photobioreaktor-Kopfplatte. Stellen Sie den Auslassdruck auf 20 PSI auf jeden Gasregler ein. Legen Sie auf der Bioreaktorschnittstelle die experimentellen Gasdurchflussraten fest.

Verwenden Sie die STIRR-Funktion, um eine Laufradrotationsrate einzustellen, die schnell genug ist, damit das Kulturmedium die spärlichen Gasblasen assimiliert. Nach dem Autoklavieren montieren Sie den Photobioreaktor und die Gasflaschen in einer begehbaren Dunstabzugshaube. Legen Sie den Photobioreaktor auf einen Tisch in einen Sekundärbehälter und legen Sie Gasflaschen in freistehende Zylinderkolander oder ein Zylindergestell.

Nach dem Beginn des Gasflusses verwenden Sie eine Waschflasche, die mit einer 1:100 Verdünnung der Spülseife zu Wasser gefüllt ist, um die Verbindungen zwischen den Gasflaschen und dem Bioreaktor mit einem kleinen Strom von Seifenlösung abzudecken. Prüfen Sie, ob Gaslecks durch Blasen angezeigt werden. Wenn Sie die Mikroalgenexperimente starten, beginnen Sie mit der Verzierung des Gases und passen Sie dann den pH-Wert vor der Impfung an.

Impfen Sie den Photobioreaktor, indem Sie das vorbereitete Mikroalgen-Inokulum in eine sterile Spritze zersiedeln, die Spritze an den Schlauch an den Impfanschluss anbringen, die Impfschlauchklemme öffnen und die Spritze deprimieren. Überprüfen Sie den Gasmonitor, den Druck der Gasflaschen und den Photobioreaktor zweimal täglich auf erhöhte Konzentrationen von giftigem Gas oder hinweise auf Leckagen. Beschränken Sie die Öffnung der Dunstabzugshaubenöffnung auf eine Breite, die es ermöglicht, die Regler für Bioreaktor und Gasflaschen zu erreichen.

Drehen Sie bei der Probenahme die Gasflaschenregler in die geschlossene Position, um den Gasstrom zum Reaktor zu stoppen. Schließen Sie die Dunstabzugshaube und lassen Sie fünf Minuten für die Haube, um die korrosiven Gase zu evakuieren. Probe innerhalb der Dunstabzugshaube entweder durch Öffnen eines Kopfplattenanschlusses und Verwendung einer sterilen serologischen Pipette oder Zeichnungskultur in eine Spritze durch den Impf- oder Probenahmeanschluss.

In dieser Studie wurde eine Kalibrierkurve für die in der Exponentialphase geernteten Grünmikroalgen Scenedesmus obliquus mit OD750-Messungen und getrockneten Biomassekonzentrationen ermittelt. Die Biomassekonzentrationen wurden aus der Kalibrierkurve berechnet und dann mit einer logistischen Kurve modelliert, wobei L die maximale Biomassekonzentration ist, k die relative Steilheit der Exponentialphase, x0 die Zeit des Mittelpunkts der Kurve und x die Zeit ist. Eine vielversprechende Vorstudie mit einem simulierten Rauchgas erreichte eine maximale Mikroalgenbiomasse-Produktivitätsrate von 690 Milligramm pro Liter pro Tag, die größer war als die von 12% Kohlendioxid und Ultra-Null-Luft bei 510 Milligramm pro Liter pro Tag.

Die korrekte Montage des Systems ist für das Verfahren für den Mikroalgenanbau und für die menschliche Sicherheit von größter Bedeutung. Das System muss ständig mit Gassensoren überwacht werden. Transferleitungen müssen gasdicht sein und die Dunstabzugshaube muss entsprechend verwendet werden.

Druckzylinder, die giftige Gase enthalten, sind gefährlich. Stellen Sie immer sicher, dass die Zylinder gesichert sind und nur in einer Dunstabzugshaube verwendet werden, nachdem ein Giftgasüberwachungssystem errichtet wurde.