Culture de microalgues et quantification de la biomasse dans un photobioréacteur à l'échelle du banc avec des gaz de flue corrosif

La culture halenique à l'échelle du banc facilite la caractérisation microalgale et l'optimisation de la productivité avant l'intensification des processus ultérieurs. Les photobioréacteurs fournissent le contrôle nécessaire pour des expériences microalgal fiables et reproductibles et peuvent être adaptés pour cultiver en toute sécurité des microalgues avec les gaz corrosifs (CO₂, SO₂, NO₂) à partir d'émissions de combustion municipales ou industrielles.

Ce protocole détaille les adaptations de l’équipement photobioréacteur nécessaires à la culture des microalgues à l’aide de gaz corrosifs et traite du fonctionnement et de l’échantillonnage sécuritaires du photobioréacteur. Les photobioréacteurs fournissent le contrôle nécessaire pour des expériences microalgiques fiables et reproductibles. Ce système à l’échelle du banc peut être utilisé pour étudier les caractéristiques et la productivité des microalgues cultivées avec des émissions de combustion simulées.

Cette méthode peut être utilisée avec d’autres bioréacteurs soigneusement adaptés ou pour cultiver d’autres micro-organismes photoautotrophiques. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle parce qu’il s’agit d’un protocole complexe qui empêche l’exposition humaine aux émissions toxiques simulées de combustion utilisées pour la culture des microalgues. Pour commencer, modélisez la concentration accumulée possible de gaz toxiques dans la pièce si le capot de fumée devait tomber en panne.

Utilisez la feuille de calcul mathématique de modélisation IH Mod de l’American Industrial Hygiene Association pour chaque gaz. Du personnel d’entretien du CVC ou du technicien du CVC, obtenez Q, l’alimentation de la pièce ou le taux d’air d’échappement en mètres cubes par minute. Calculer le volume, V, du laboratoire en mètres cubes.

Calculer le taux d’émission de contaminants, G, de chaque type de gaz toxique en milligrammes par minute en utilisant l’équation adaptée de la loi sur le gaz idéal où P est la fraction de la pression exercée par le gaz toxique à un guichet automatique, Q gaz est le débit du gaz en litres par minute, R est la constante de gaz universel, T est la température à Kelvin , et MW est le poids gas’molecular en grammes par taupe. Utilisez les valeurs pour V, Q et G pour chaque gaz dans le modèle de pièce bien mélangée avec option pour cesser la génération et modéliser l’algorithme de purge de la pièce dans la feuille de calcul IH Mod pour calculer les concentrations accumulées de gaz de pièce pour chaque gaz sur une période de simulation de 24 heures. Comparez ces valeurs aux limites d’exposition.

Mettre en place un système de surveillance des gaz toxiques avec des capteurs pour chacun des gaz toxiques utilisés. Calibrer les capteurs selon les instructions du fabricant. Test de bosses fréquemment.

Localisez le moniteur de gaz juste à l’extérieur du capot de fumée. Avant l’expérience, assurez-vous que tout le personnel est informé des réponses appropriées à une alarme de gaz toxique. Maintenant, préparez 100 millilitres chacun d’un hydroxyde normal de sodium et d’un acide chlorhydrique normal dans deux bouteilles de solution d’entrée de 250 millilitres.

Rangez les solutions d’entrée mesurées dans des bouteilles plafonnées autoclavées équipées de tubes à trempette et d’un tube d’aération munis d’un filtre à air stérile en ligne. Connectez les tubes d’immersion à deux des quatre ports d’entrée du photobioréacteur à l’aide de tubes autoclavés. Insérer et vis fermer le doigt froid et condenseur d’échappement sur la plaque de tête photobioréacteur.

Insérez le port d’inoculation et vissez bien en place. Ajouter une longueur de tube autoclavée à la section du port d’inoculation au-dessus de la plaque de tête photobioréacteur. Avant d’autoclaving le bioréacteur, serrez le tube fermé avec une pince autoclaveable d’hôte.

Fixez des tubes recouverts de filtres stériles à tous les ports photobioréacteurs inutilisés. Ajouter 1,5 litres de culture moyenne. Autoclave le réacteur et les solutions d’entrée associées pendant 30 à 45 minutes à 121 degrés Celsius.

Passez le tube autoclaveable de 1,6 millimètre de diamètre entre les solutions d’entrée et leurs ports à l’aide de pompes périssaltiques séparées. Fixez le moteur plus impeller à l’arbre impeller et serrez le raccord. Disposer les panneaux lumineux LED symétriquement à l’extérieur du bioréacteur selon les exigences d’éclairage.

Fixez les régulateurs appropriés capables de 20 psi pression de sortie aux bouteilles de gaz. Fixez six millimètres à l’intérieur du tube résistant à la pression du diamètre au tuyau de sortie régulateur barb et fixez-le à l’intérieur d’une pince de tuyau. Fixez l’autre extrémité du tube résistant à la pression à l’entrée de gaz de la tour régulant le gaz à l’aide d’une barbe de tuyau à un raccord de raccord rapide de tige de six millimètres fixé avec une pince de tuyau.

Connectez un tube de 3,2 millimètres de diamètre intérieur à la prise de gaz de la tour régulatrice à l’aide d’un raccord de raccord rapide de six millimètres et connectez l’autre extrémité du tube de sortie au port d’anneau de longeron à la plaque principale du photobioréacteur. Réglez la pression de sortie à 20 PSI sur chaque régulateur de gaz. Sur l’interface bioréacteur, définissez les débits de gaz expérimentaux.

Utilisez la fonction STIRR pour définir un taux de rotation plus rapide pour que le milieu de culture assimile les bulles de gaz sparged. Après l’autoclaving, assemblez le photobioréacteur et les bouteilles de gaz à l’intérieur d’un capot de fumée sans marche. Placez le photobioréacteur sur une table à l’intérieur d’un récipient secondaire et placez des bouteilles de gaz dans des passoires de cylindre autonomes ou un support à cylindres.

Après avoir commencé le flux de gaz, utilisez une bouteille de lavage remplie d’une dilution de 1:100 de savon à vaisselle à l’eau pour couvrir les connexions entre les bouteilles de gaz et le bioréacteur avec un petit jet de solution de savon. Vérifiez s’il y a des fuites de gaz indiquées par le bouillonnement. Lors de l’initiation des expériences microalgiques, commencer le sparging du gaz, puis ajuster le pH avant l’inoculation.

Inoculer le photobioréacteur en aspirant l’inoculum microalgal préparé dans une seringue stérile, en ajustant la seringue au tube fixé au port d’inoculation, en ouvrant la pince à tubes d’inoculation et en déprimant la seringue. Vérifiez le moniteur de gaz, les pressions des bouteilles de gaz et le photobioréacteur deux fois par jour pour obtenir des niveaux élevés de gaz toxique ou une indication de fuites. Limitez l’ouverture de la cagoule des vapeurs à une largeur qui permet d’atteindre les régulateurs du bioréacteur et des bouteilles de gaz.

Lors de l’échantillonnage, tournez les régulateurs des bouteilles de gaz vers la position fermée pour cesser le flux de gaz vers le réacteur. Fermez la ceinture du capot de fumée et prévoyez cinq minutes pour que le capot évacue les gaz corrosifs. Échantillonner à l’intérieur du capot de fumée soit en ouvrant un port de plaque de tête et en utilisant une pipette sérologique stérile ou en attirant la culture dans une seringue par le port d’inoculation ou d’échantillonnage.

Dans cette étude, une courbe d’étalonnage pour les microalgues vertes Scenedesmus obliquus récoltées dans la phase exponentielle a été établie avec des mesures OD750 et des concentrations de biomasse séchée. Les concentrations de biomasse ont été calculées à partir de la courbe d’étalonnage, puis modélisées avec une courbe logistique où L est la concentration maximale de biomasse, k est la pente relative de la phase exponentielle, x0 est le moment du point médian de la courbe, et x est le temps. Un essai préliminaire prometteur avec un gaz de combustion simulé a atteint un taux maximal de productivité de la biomasse microalgale à 690 milligrammes par litre par jour, ce qui était supérieur à celui de 12% de dioxyde de carbone et d’air ultra-zéro à 510 milligrammes par litre par jour.

L’assemblage correct du système est le plus important pour la procédure de culture microalgale et pour la sécurité humaine. Le système doit être constamment surveillé à l’aide de capteurs de gaz. Les lignes de transfert doivent être étanches au gaz et le capot de fumée doit être utilisé de façon appropriée.

Les cylindres pressurisés contenant des gaz toxiques sont dangereux. Assurez-vous toujours que les cylindres sont fixés et utilisés uniquement à l’intérieur d’un capot de fumée après avoir établi un système de surveillance des gaz toxiques.