Microalgen teelt en biomassa kwantificering in een Fotobioreactor met een tafel schaal met corrosieve rookgas

Dit protocol beschrijft de aanpassingen van de fotobioreactorapparatuur die nodig zijn om microalgen te kweken met bijtende gassen en bespreekt een veilige werking en bemonstering van de fotobioreactor. Fotobioreactoren bieden de nodige controle voor betrouwbare en reproduceerbare microalgenexperimenten. Dit bankschaalsysteem kan worden gebruikt om de kenmerken en productiviteit van microalgen te bestuderen die met gesimuleerde verbrandingsemissies worden gecultiveerd.

Deze methode kan worden gebruikt met andere zorgvuldig aangepaste bioreactoren of om andere fotoautotrofe micro-organismen te cultiveren. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang omdat het een complex protocol is dat blootstelling van de mens aan de toxische gesimuleerde verbrandingsemissies voor de teelt van microalgen voorkomt. Om te beginnen, model de mogelijke geaccumuleerde concentratie van giftige gassen in de kamer als de rookkap zou mislukken.

Gebruik de wiskundige modelleringspreadsheet IH Mod van de American Industrial Hygiene Association voor elk gas. Van het bouwen van HVAC onderhoudspersoneel of HVAC technicus, verkrijgen Q, de kamer levering of uitlaat lucht tarief in kubieke meter per minuut. Bereken het volume, V, van het laboratorium in kubieke meter.

Bereken de verontreinigingsemissiesnelheid, G, van elk type giftig gas in milligram per minuut met behulp van de vergelijking aangepast aan de ideale gaswet, waarbij P de fractie van de druk is die wordt uitgeoefend door het toxische gas bij één geldautomaat, Q-gas is de stroomsnelheid van het gas in liters per minuut, R is de universele gasconstante, T is temperatuur in Kelvin , en MW is het gas'moleculaire gewicht in gram per mol. Gebruik de waarden voor V, Q en G voor elk gas in het goed gemengde ruimtemodel met de optie om te stoppen met het genereren en het algoritme voor het zuiveren van de modelruimte in de IH Mod-spreadsheet om de geaccumuleerde ruimtegasconcentraties voor elk gas te berekenen gedurende een simulatieperiode van 24 uur. Vergelijk deze waarden met de belichtingslimieten.

Zet een toxisch gasbewakingssysteem op met sensoren voor elk van de gebruikte giftige gassen. Kalibreer de sensoren volgens de instructies van de fabrikant. Bump test vaak.

Zoek de gasmonitor net buiten de rookkap. Zorg er voorafgaand aan het experiment voor dat al het personeel wordt geïnstrueerd over de juiste reacties op een giftig gasalarm. Nu, bereid 100 milliliter elk van een normale natriumhydroxide en een normale zoutzuur in twee 250 milliliter input oplossing flessen.

Bewaar gemeten invoeroplossingen in autoclaveable afgetopte flessen uitgerust met dipbuizen en een ventilatiebuis met een steriel in-line luchtfilter. Sluit de dipbuizen aan op twee van de vier ingangspoorten van de fotobioreactor met behulp van autoclaveable buizen. Plaats en schroef sluit de koude vinger en uitlaatcondensor op de hoofdplaat van de fotobioreactor.

Plaats de inentingspoort en schroef stevig op zijn plaats. Voeg een lengte van autoclaveable buizen toe aan het gedeelte van de inentingspoort boven de hoofdplaat van de fotobioreactor. Voorafgaand aan autoclaving de bioreactor, klem de slang gesloten met een autoclaveable gastheer klem.

Bevestig buizen afgetopt met steriele filters aan ongebruikte fotobioreactor poorten. Voeg 1,5 liter cultuurmedium toe. Autoclave de reactor en de bijbehorende input oplossingen voor 30 tot 45 minuten op 121 graden Celsius.

Passeer de 1,6 millimeter in diameter autoclaveable buizen tussen de input oplossingen en hun poorten door middel van aparte peristaltische pompen. Bevestig de waaiermotor aan de waaieras en draai de montage aan. Schik LED-lichtpanelen symmetrisch buiten de bioreactor volgens de verlichtingsvereisten.

Bevestig de juiste regelaars die 20 PSI-uitlaatdruk aan de gasflessen kunnen koppelen. Bevestig zes millimeter drukbestendige buizen met een binnendiameter aan de afweershaas van de regelaar en bevestig met een slangklem. Bevestig het andere uiteinde van de drukbestendige slang aan de gasregulerende torengasinlaat met behulp van een slanghaak aan een zes millimeter sterke band snel vast te stellen met een slangklem.

Sluit 3,2 millimeter binnendiameterbuizen aan op de gasregulerende torengasuitlaat met behulp van zes millimeter snelaansluitende montage en sluit het andere uiteinde van de uitlaatbuizen aan op de spaarende ringpoort bij de hoofdplaat van de fotobioreactor. Stel de uitlaatdruk in op 20 PSI op elke gasregelaar. Stel op de bioreactorinterface de experimentele gasstroomtarieven in.

Gebruik de STIRR-functie om een waaierrotatiesnelheid in te stellen die snel genoeg is voor het kweekmedium om de sparged gasbellen te assimileren. Na autoclaving, monteer de fotobioreactor en gasflessen in een walk-in rookkap. Plaats de fotobioreactor op een tafel in een secundaire container en plaats gasflessen in vrijstaande cilindervergieten of een cilinderrek.

Na het initiëren van de gasstroom, gebruik maken van een wasfles gevuld met een 1:100 verdunning van afwasmiddel om water om de verbindingen tussen de gasflessen en bioreactor te dekken met een kleine stroom van zeep oplossing. Controleer op gaslekken aangegeven door borrelen. Bij het starten van de microalgal experimenten, beginnen met sparen van het gas en vervolgens aanpassen pH voor inenting.

Inenting van de fotobioreactor door het voorbereide microalgaleninenvorm in een steriele spuit te pireren, de spuit aan de slang aan de inentingspoort te plaatsen, de inentingsbuisklem te openen en de spuit te deprimeren. Controleer de gasmonitor, gascilinderdruk en fotobioreactor tweemaal per dag op verhoogde niveaus van giftig gas of indicatie van lekken. Beperk de rookkap sjerp opening tot een breedte die het mogelijk maakt de bioreactor en gas cilinder regelgevers worden bereikt.

Draai bij de bemonstering de gascilinderregelaars naar de gesloten positie om de gasstroom naar de reactor te staken. Sluit de rookkap sjerp en laat vijf minuten voor de kap om de bijtende gassen te evacueren. Monster in de rookkap door een kopplaatpoort te openen en een steriele serologische pipet te gebruiken of cultuur in een spuit te tekenen via de inentings- of bemonsteringspoort.

In deze studie werd een kalibratiecurve voor de groene microalgen Scenedesmus obliquus geoogst in de exponentiële fase vastgesteld met OD750 metingen en gedroogde biomassa concentraties. De biomassaconcentraties werden berekend op basis van de kalibratiecurve en vervolgens gemodelleerd met een logistieke curve waarbij L de maximale biomassaconcentratie is, k is de relatieve steilheid van de exponentiële fase, x0 is de tijd van het middelpunt van de curve, en x is de tijd. Een veelbelovende voorlopige studie met een gesimuleerd rookgas bereikte een maximale microalgal biomassa productiviteit met 690 milligram per liter per dag die groter was dan die van 12%kooldioxide en ultra-nul lucht op 510 milligram per liter per dag.

Een correcte montage van het systeem is het belangrijkst voor de procedure voor microalgalenteelt en voor de menselijke veiligheid. Het systeem moet voortdurend worden bewaakt met gassensoren. De overslagleidingen moeten gasdicht zijn en de rookkap moet op de juiste manier worden gebruikt.

Onder druk staande cilinders die giftige gassen bevatten, zijn gevaarlijk. Zorg er altijd voor dat de cilinders worden vastgezet en alleen in een rookkap worden gebruikt na het opzetten van een giftig gasbewakingssysteem.