תכנון כור חדשני, שנטבע ביו-ריאקטור בצפיפות גבוהה (HDBR), מוצג לגידול ומחקר של קהילות מיקרוביאליות בצפיפות גבוהה. כאן, ה-HDBR מיושם בהצלחה בתצורת פוטו-ביו-ריאקטור (PBR) לחקר חילוף החומרים של חנקן על ידי קהילת אצות מעורבת בצפיפות גבוהה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
תכנון כור חדשני, שנטבע ביו-ריאקטור בצפיפות גבוהה (HDBR), מוצג לגידול ומחקר של קהילות מיקרוביאליות בצפיפות גבוהה. כאן, ה-HDBR מיושם בהצלחה בתצורת פוטו-ביו-ריאקטור (PBR) לחקר חילוף החומרים של חנקן על ידי קהילת אצות מעורבת בצפיפות גבוהה.
תכנון כור חדשני, שנטבע ביו-ריאקטור בצפיפות גבוהה (HDBR), מוצג לגידול ומחקר של קהילות מיקרוביאליות בצפיפות גבוהה. מחקרי עבר העריכו את ביצועי הכור להסרת COD1 ומיני חנקן2-4 על ידי חיידקים הטרוטרופיים וכימו-אוטוטרופיים, בהתאמה. תכנון HDBR מבטל את הדרישה לתהליכי פלוקולציה/שקיעה חיצוניים תוך הפקת שפכים המכילים מוצקים מרחפים נמוכים. במחקר זה, ה-HDBR מיושם כפוטו-ביו-ריאקטור (PBR) על מנת לאפיין את מאפייני הסרת החנקן של קהילה מיקרוביאלית פוטוסינתטית מבוססת אצות. כפי שדווח בעבר עבור תכנון HDBR זה, הוקם אזור ביומסה יציב עם תיחום ברור בין החלק הפעיל ביולוגית של הכור לבין נוזל הכור הממוחזר, מה שהביא לשפכים מוצקים מרחפים נמוכים. קהילת האצות ב-HDBR נצפתה כמסירה 18.4% מכלל מיני החנקן בשפעת. ריכוזי NH4+ ו-NO 3- משתנים במזון לא השפיעו על הסרת NH4+ (n=44, p=0.993 ו-n=44, p=0.610 בהתאמה) בעוד שריכוז ההזנה של NH4+ נמצא קשור באופן שלילי להסרת NO3- (n=44, p=0.000) וריכוז ההזנה NO3- נמצא בקורלציה חיובית עם NO3- הסרה (n=44, p=0.000). הסרה עקבית של NH4+, בשילוב עם הצטברות של מיני חנקן מחומצן בשטפים גבוהים של NH4+ מצביעה על נוכחות של חיידקים מחמצנים אמוניה וניטריט בתוך הקהילה המיקרוביאלית.
שפכים עירוניים מטופל בדרך כלל בתהליכי בוצה משופעלת על מנת להפחית את המוצקים מרחפים (SS), ביקוש ביולוגי חמצן (BOD), חנקן אורגני ואי-אורגני, ותוכן זרחן 5,6. תהליך הבוצה משופעלת, אמצעי טיפול בשפכים המשני, כרוך החמצון של פחמן אורגני בטנק אוורור מלא במשקאות מעורבים של שפכים נכנסים ומיקרואורגניזם heterotrophic הממוחזר (המכונה בוצה משופעלת נפוץ) 5-7. המשקאות המעורבים ואז נכנס לטהור גדול יחסית (טנק יישוב) שבו הבוצה מסתפקת באוסף קל יותר, או כדי להיות מסולק או ממוחזר חזרה לטנק האוורור, ואילו בשפכים הבהירו, שטופלו יכולים להמשיך טיפול או חיטוי שיישונים לפני ששוחרר ל מים מקבלים 5-7. הפרדה יעילה של הקולחים ומוצקים (בוצה) בלטהור המשני היא חיונית לתפקוד התקין של היהמערכת טיפול tewater, כמו כל בוצה משופעלת ממשיכה מעבר לclarifiers תגדיל את BOD ואס-האס ב5-8 בשפכים.
מספר התהליכים ביולוגיים חלופיים קיימים לטיפול שניוני בשפכים, אשר להפחית או לבטל את הצורך בטנקי הבהרה גדולים, כוללים מצורף צמיחה כורים (biofilm), bioreactors הקרום (MBRs), וכורים גרעיניים בוצה. בכורים biofilm, ההיווצרות של biofilms, שבו מיקרואורגניזמים באופן טבעי הכולל ולצרף כשכבת על משטח מוצק, מאפשר לשימור ביומסה והצטברות ללא הצורך בטנק הבהרה. כורי biofilm ניתן לסווג לשלושה סוגים: כורי מיטה ארוזה, כורי מיטה מרחף, ומסתובבים קבלנים ביולוגיים. כורי מיטה ארוזים, כגון מסננים מטפטפים ומגדלים ביולוגיים, לנצל משטח מוצק צמיחה נייחת 5,6. כורי מיטה מרחף (FBRs) תלויים בקובץ המצורף של מיקרואורגניזמים לחלקיקים,כגון חול, גרגירי פחם פעילים (GAC), או חרוזי זכוכית, אשר נשמרים בהשעיה על ידי קצב זרימה כלפי מעלה גבוה 9,10. כורים ביולוגיים מסתובבים תלויים בbiofilms נוצר על התקשורת מחוברת לפיר מסתובב המאפשרת biofilm להיחשף לסירוגין לאוויר ומטופלת הנוזל 5,6. MBRs להשתמש ביחידות סינון קרום, או בתוך (התצורה השקועה) bioreactor או חיצוני באמצעות מחזור (תצורת צד-זרם) 5,11. הקרומים לשמש כדי להשיג הפרדה טובה של ביומסה וחלקיקים מוצקים מ11,12 הנוזל שטופל. כורים גרעיניים הם בוצת כורי upflow בי ההיווצרות של גרגרים מאוד צפופים ויישוב היטב של מיקרואורגניזמים מתרחשת כאשר הם נחשפים לאוויר upflow השטחי גבוה מהירויות 13.
כחלופה נוספת לתהליך הבוצה משופעלת, מערכת כור upflow רומן, התקשר עכשיו bioreactor צפיפות גבוהה (HDBR), היה designeד ונבנה על ידי מכירות וShieh (2006) ללמוד הסרת COD על ידי בוצה משופעלת מזרמים פסולת סינתטיות בתנאי F / M נמוכים שידועים כי הם גורמים להיווצרות בוצת יישוב עניה (כלומר, בוצת bulking) 1,7,14. מערכת HDBR מנוצלת שונה כורי מיטה מרחף, כי בדרך כלל מורכב מכור upflow ומכל מחזור חיצוני. כורי מיטה מרחף מופעלים בדרך כלל עם ספיקות זרם מחזור גבוהות מספיק כדי לשמור על תשתית צמיחת biofilm המושעית אבל נמוכות מספיק כדי שהמצע מכוסה biofilm נשמר. שלא כמו כורי מיטה מרחף, HDBR מתואר במכירות וShieh (2006) המשמש ספיקות זרם מחזור נמוכות יחסית אשר, יחד עם אוורור חיצוני, מנעו שיבוש אזור ביומסה נוצר בתוך הכור 1. מחקרים נוספים הראו את יכולתו של עיצוב כור זה לטפל בהצלחה במגוון רחב של נתיבי חנקן באמצעות ניטיריפיקציה / denitrifying חיידקי 3,4. בכל העגילIES ההיווצרות של אזור יציב, צפוף ביומסה בHDBR ביטלה את הצורך בתהליך / שקיעה חיצונית הפתתה 1-4.
כפי שאנו מדווחים כאן, השימוש בHDBR לגדול תרבויות צפופות גם נבדק בתצורת photobioreactor (PBR) לגידול של אצות. אנו דנים את היתרונות וחסרונות של מערכת כור הרומן הזה לטיפוח אצות והפוטנציאל שלה להתגבר על מכשול גדול במסחור של דלק ביולוגי אצות הקשורים קציר ביומסה (כלומר, הפרדה מוצקה נוזל טוב 15,16). הפרוטוקול הבא מתאר את הצעדים הדרושים כדי להרכיב, הפעלה, מדגם מ, ולשמור על HDBR עם אצות כקהילת החיידקים של עניין. שינויים בפרוטוקול ההפעלה ותפעול של תרבויות heterotrophic וניטיריפיקציה / denitrifying יהיו גם ציינו. לבסוף, יתרונות כלליים, חסרונות, ונעלמים של עיצוב כור הרומן הזה יהיו מודגשים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. אסיפת כור
2. הכנת פתרונות מניות, פתרונות influent / הזנה, ואצות Inoculant
3. זריעה והחל הכור
אוסף דוגמאות 4. וניתוח
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
HDBR שימש לטפח אצות על פני כמה יחסים של ריכוזי האמוניה influent וחנק, תוך שמירה על תוכן חנקן כללי בהזנה ב 40 מ"ג -NL -1. Influent ודגימות שפכים נלקחו יומית; דגימות צפיפות ביומסה נלקחו בתחילת וסוף כל מצב. הכור לקח על 3-5 ימים בממוצע להגיע לשיווי משקל מצב יציב לאחר התנאים השתנו. על פני טווח רחב של מצבי influent אזור ביומסה נפרד הוקם, כפי שנצפה במחקרים קודמים (איור 2). התרבות של אצות בHDBR נמצאה להסיר ממוצע של 18.4% בסך הכל מיני חנקן בהזנה (n = 44). ב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
סעיף זה יתחיל בדיון על וריאציות פרוטוקול הדרושות כדי לטפל בבעיות תפעוליות אפשריות, כמו גם שימוש בקהילות חיידקים שונות. נקודות החוזק של עיצוב כור זה יידון, כולל היכולת למשול שליטה של שטף חמצן ויצירת flocs צפיפות הגבוהה בתוך הכור. אתגרים נוכחיים ואפיקים אפשריים של חקירה יהיו גם ציינו.
הניואנסים פרוטוקול ווריאציות
הפעולה של HDBRs לטיפוח סוגים שונים של תרבויות של דורשת שינויים קלים בפרוטוקול תפעולי,...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף ולהצהיר שאין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
המחברים מבקשים להודות לאספן ווקר מאוניברסיטת פנסילבניה על עזרתה בתחזוקת הכורים ואיסוף הדגימות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אבן אוורור | אליטה | AS-3015C | |
| מאוורר | Top Fin | Air-1000 | |
| אמוניום כלוריד | סיגמא אולדריץ' | A9434 | |
| עמודת ניתוח אניון | Shodex | IC SI-52 4E | |
| (600 מ"ל) | קורנינג פיירקס | 1000-600 | משמש ככלי ערבוב (MV). תוספת דוקרני צינור בתחתית ורמות 500 מ"ל. קוטר חיצוני של דוקרני צינור 3/8 אינץ'. |
| סידן כלוריד | סיגמא אולדריץ' | C5670 | |
| טור ניתוח קטיון | Shodex | IC YS-50 | |
| קובלט כלוריד הקסהידרט | סיגמא אולדריץ' | C8661 | |
| נחושת כלוריד | סיגמא אולדריץ' | 222011 | |
| כלוריד ברזל | סיגמא אולדריץ' | 157740 | |
| מסנן (ואקום) | פישרברנד | 09-719-2E | 0.45 μ מסנן ממברנה m, MCE, 47 צילינדר מדורג בקוטר מ"מ |
| (1,000 מ"ל) | קורנינג פיירקס | 3025-1L | משמש ככלי כור (R). תוספת דוקרני צינור בתחתית, 500 מ"ל ורמות 1 ליטר. קוטר חיצוני של דוקרני צינור 3/8 אינץ'. |
| HPLC / IC | Shimadzu | בולטות | |
| מגנזיום גופרתי | סיגמא אולדריץ' | M2643 | |
| Masterflex L / S כונן במהירות משתנה | Masterflex | 07553-50 | כונן למשאבות מיחזור והזנה (2 דרושים) |
| ניקל כלוריד הקסהידרט | סיגמא אולדריץ' | N6136 | |
| אשלגן חנקתי | סיגמא אולדריץ' | P8291 | |
| (מונובסיסי) אשלגן פוספט | סיגמא אולדריץ' | P5655 | |
| ראש משאבה | Masterflex | 07018-20 | ראש משאבת מיחזור |
| ראש משאבה | Masterflex | 07013-20 | ראש משאבת הזנה |
| צינורות משאבה | Masterflex | 6404-18 | מיחזור צינורות משאבת |
| משאבה | Masterflex | 6404-13 | צינורות משאבת הזנה |
| נתרן ביקרבונט | Sigma Aldrich | S5761 | |
| אבץ גופרתי heptahydrate | Sigma Aldrich | Z0251 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.