Name: Porównanie skali w systemie reaktora fotosyntetycznego do remediacji ścieków z glonów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 40 s
Description: Poznaj metodę porównania skali reaktorów fotosyntetycznych do remediacji ścieków z glonów. Badanie ocenia wpływ wielkości na wzrost alg i usuwanie azotu z wód ściekowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować składowisku odpadów Sandtown w Felton, DE za podzielenie się swoją wiedzą i odciekami.

1. Konfiguracja systemu
Uwaga: „układ sparowany” odnosi się do jednego zbiornika akwarialnego i jednego kanału recyrkulacyjnego, prowadzonych równolegle.
<ol>
	<li>Dla jednego systemu sparowanego należy użyć jednego akwarium (AT) o pojemności 10 L, z mieszadłem górnym dla naczynia w małej skali, oraz jednego stawu typu raceway (RWP) o pojemności 1 00 L, z mieszadłem kołowym dla naczynia w dużej skali. Naczynia użyte w tym systemie przedstawiono na Rysunku 1.</li>
	<li>Zaszczep wszystkie naczynia tą samą kulturą alg. Należy zastosować wysoką gęstość szczepionki, aby po rozcieńczeniu do pełnej objętości w zbiorniku lub stawie uzyskać gęstość końcową nie mniejszą niż 0,1 g/L 10. Wyhodowanie wystarczającej ilości alg do tego etapu może zająć znaczną ilość czasu (od tygodni do miesięcy).</li>
	<li>Jako źródło składników odżywczych należy wykorzystać nieoczyszczony odciek ze składowiska odpadów. Należy użyć odcieku pobranego ze składowiska, które przyjmuje głównie odpady komunalne i charakteryzuje się niskim poziomem toksyn. Analiza składu odcieku powinna być dostępna z operatora składowiska. Ilość odcieku użyta w każdym zbiorniku lub stawie może się różnić w zależności od stężenia ścieków, jednak końcowe stężenia amoniaku powinny wynosić 5-75 mg NH3-N/L.</li>
	<li>Rozpocząć pracę akwarium 10 L z objętością roboczą 60 L, a stawu typu raceway z objętością roboczą 60 L. W niniejszym badaniu rozpoczęto od około 1 L odcieku w 59 L wody w akwarium oraz 10 L odcieku w 590 L wody w stawie typu raceway. Należy zwiększać stężenie stosowanego odcieku w trakcie trwania badania.</li>
</ol>
<img alt="Układ eksperymentalny do hodowli alg z wykorzystaniem zbiorników; symulacja przepływu wody; badanie uprawy biomasy wodnej." src="/files/ftp_upload/55256/55256fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Przykłady akwarium oraz stawu typu raceway. Przykład akwarium (A) i staw typu raceway (B) są przedstawione. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55256/55256fig1large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
2. Tygodniowa eksploatacja i pobieranie próbek
<ol>
	<li>Eksploatować akwarium oraz kanał recyrkulacyjny jako reaktory półprzerywane z hydraulicznym czasem retencji wynoszącym trzy tygodnie. Każdy okres próbkowania trwa jeden tydzień.</li>
	<li>Pobrać próbkę o objętości 125 mL z każdego naczynia. Jest to próbka pobierana na początku tygodnia. Próbki należy analizować zgodnie z protokołem Analiza próbek w sekcjach 3.1-3.3.</li>
	<li>Na koniec tygodnia pobrać z każdego naczynia próbki o objętości 125 mL do analizy. Po pobraniu próbek końcotygodniowych opróżnić całą zawartość akwarium do kanału recyrkulacyjnego.
	<ol>
		<li>Raz w tygodniu przepompować całą objętość akwarium do kanału recyrkulacyjnego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usunąć jedną trzecią objętości z kanału recyrkulacyjnego (aby uzyskać średni hydrauliczny czas retencji wynoszący 3 tygodnie). Usuniętą objętość zastąpić wodą i nieoczyszczonym odciekiem.</li>
	<li>Przenieść około 60 L z kanału recyrkulacyjnego z powrotem do akwarium. Zapewnia to, że akwarium i kanał recyrkulacyjny rozpoczynają każdy tydzień z tymi samymi warunkami biologicznymi i nutrientowymi.</li>
	<li>Pobrać próbki o objętości 125 mL ze wszystkich naczyń w celu analizy warunków początkowych na następny tydzień.</li>
</ol>
3. Analiza próbek
<ol>
	<li>Wszystkie próbki pobrane na początku i na końcu tygodnia należy przetestować pod kątem zawartości azotu amonowego, azotu azotanowego, azotu azotynowego oraz gęstości biomasy.</li>
	<li>Biomasę należy zmierzyć zgodnie ze standardowym protokołem oznaczania całkowitej zawiesiny (TSS), ASTM-D5907, przy użyciu filtrów 0,45 µm.
	<ol>
		<li>Najpierw należy zważyć papier filtracyjny, a następnie przefiltrować 20-40 mL próbki za pomocą systemu filtracji próżniowej. Biomasę wraz z papierem filtracyjnym należy suszyć w suszarce w temperaturze 105 °C przez jedną godzinę lub do momentu uzyskania stałej masy.</li>
		<li>Należy zważyć biomasę wraz z papierem filtracyjnym i odjąć początkową masę papieru. Masę tę należy podzielić przez objętość przefiltrowanej próbki, aby obliczyć gęstość biomasy. Pomiar należy wykonać w dublecie 1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zawartość amoniaku, azotanów i azotynów należy zmierzyć spektrofotometrycznie przy użyciu spektrofotometru.
	<ol>
		<li>W celu oznaczenia stężenia amoniaku należy użyć 10 µL próbki zgodnie z instrukcją zestawu komercyjnego. Należy postępować zgodnie z protokołem producenta.</li>
		<li>W celu oznaczenia stężenia azotanów należy użyć 1 mL próbki zgodnie z instrukcją zestawu komercyjnego. Należy postępować zgodnie z protokołem producenta.</li>
		<li>W celu oznaczenia stężenia azotynów należy użyć 10 mL próbki zgodnie z instrukcją zestawu komercyjnego. Należy postępować zgodnie z protokołem producenta.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Warunki środowiskowe (temperaturę powietrza, promieniowanie słoneczne, prędkość wiatru) należy monitorować za pomocą komercyjnej stacji pogodowej, a warunki w zbiorniku/stawie (temperaturę wody, pH, tlen rozpuszczony) za pomocą komercyjnych sond i rejestratora danych. Należy postępować zgodnie z protokołem producenta.</li>
</ol>
4. Analiza statystyczna wyników
<ol>
	<li>Oceń, czy zebrane dane wykazują rozkład statystycznie normalny. Wyznacz normalność zbioru danych, wykorzystując wykres Q-Q12.</li>
	<li>Wyznacz korelacje między parametrami, stosując odpowiednio współczynnik korelacji Pearsona r lub Spearmana p dla danych o rozkładzie normalnym i nienormalnym13. Parametry korelacji powinny obejmować co najmniej następujące zmienne: początkowe stężenie amoniaku, początkowe stężenie azotu całkowitego, początkową gęstość biomasy, szybkość usuwania amoniaku, szybkość usuwania azotu całkowitego, szybkość wzrostu biomasy oraz wszystkie warunki środowiskowe.</li>
</ol>

<ol><li>Janssen, M., Tramper, J., Mur, L. R., Wijffels, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enclosed+outdoor+photobioreactors%3A+light+regime%2C+photosynthetic+efficiency%2C+scale-up%2C+and+future+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Enclosed outdoor photobioreactors: light regime, photosynthetic efficiency, scale-up, and future prospects.</a> Biotechnol. Bioeng. 81 (2), 193-210 (2003).</li>
<li>Takors, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scale-up+of+microbial+processes%3A+impacts%2C+tools+and+open+questions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Scale-up of microbial processes: impacts, tools and open questions.</a> J. Biotechnol. 160 (1), 3-9 (2012).</li>
<li>Sauer, M., Porro, D., Mattanovich, D., Branduardi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+production+of+organic+acids%3A+expanding+the+markets%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Microbial production of organic acids: expanding the markets.</a> Trends in Biotechnol. 26 (2), 100-108 (2008).</li>
<li>Junker, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scale-up+methodologies+for+Escherichia+coli+and+yeast+fermentation+processes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biosci.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Scale-up methodologies for Escherichia coli and yeast fermentation processes.</a> J. Biosci. Bioeng. 97 (6), 347-364 (2004).</li>
<li>Brennan, L., Owende, P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032109002408">Biofuels from microalgae-a review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products.</a> Renewable Sustainable Energy Rev. 14 (2), 557-577 (2010).</li>
<li>Van Den Hende, S., Beelen, V., Bore, G., Boon, N., Vervaeren, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Up-scaling+aquaculture+wastewater+treatment+by+microalgal+bacterial+flocs%3A+from+lab+reactors+to+an+outdoor+raceway+pond%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">Up-scaling aquaculture wastewater treatment by microalgal bacterial flocs: from lab reactors to an outdoor raceway pond.</a> Bioresour. Technol. 159, 342-354 (2014).</li>
<li>Hewitt, C. J., Nienow, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Scale-Up+of+Microbial+Batch+and+Fed-Batch+Fermentation+Processes%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Appl+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The Scale-Up of Microbial Batch and Fed-Batch Fermentation Processes.</a> Adv Appl Microbiol. 62, 105-135 (2007).</li>
<li>Downton, W., Bishop, D., Larkum, A., Osmond, C. <a target="_blank" href="http://www.publish.csiro.au/fp/pdf/PP9760073">Oxygen Inhibition of Photosynthetic Oxygen Evolution in Marine Plants.</a> Funct Plant Biol. 3 (1), 73-79 (1976).</li>
<li>Pholchan, M. K., Baptista, J. dC., Davenport, R. J., Curtis, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+study+of+the+effect+of+operating+variables+on+reactor+performance+and+microbial+diversity+in+laboratory-scale+activated+sludge+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Systematic study of the effect of operating variables on reactor performance and microbial diversity in laboratory-scale activated sludge reactors.</a> Water Res. 44 (5), 1341-1352 (2010).</li>
<li>Richmond, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRichmond%2C+A+%22Handbook+of+microalgal+culture%3A+biotechnology+and+applied+phycology%22">Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology</a>. , John Wiley & Sons. (2008).</li>
<li>Clesceri, L. S., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aClesceri%2C+LS+%22Standard+Methods+for+the+Examination+of+Water+and+Wastewater%22">Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater</a>. , American Public Health Association. (1998).</li>
<li><a target="_blank" href="NULL">Statistics for Macintosh v.23.0</a>. , IBM Corp. Armonk, NY. (2015).</li>
<li>Devore, J. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDevore%2C+JL+%22Probability+and+Statistics+for+Engineering+and+the+Sciences%22">Probability and Statistics for Engineering and the Sciences</a>. , Cengage Learning. (2015).</li>
<li>Sniffen, K. D., Sales, C. M., Olson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen+removal+from+raw+landfill+leachate+by+an+algae-bacteria+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Nitrogen removal from raw landfill leachate by an algae-bacteria consortium.</a> Water Sci. Technol. 73 (3), 479-485 (2015).</li>
<li>Paerl, H. W., Fulton, R., Moisander, P. H., Dyble, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harmful+freshwater+algal+blooms%2C+with+an+emphasis+on+cyanobacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+World+J%22%5BJournal%5D)">Harmful freshwater algal blooms, with an emphasis on cyanobacteria.</a> Scientific World J. 1, 76-113 (2001).</li>
<li>Abeliovich, A., Azov, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toxicity+of+Ammonia+to+Algae+in+Sewage+Oxidation+Ponds%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Toxicity of Ammonia to Algae in Sewage Oxidation Ponds.</a> Appl. Environ. Microbiol. 31 (6), 801-806 (1976).</li>
<li>Azov, Y., Goldman, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free+ammonia+inhibition+of+algal+photosynthesis+in+intensive+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Free ammonia inhibition of algal photosynthesis in intensive cultures.</a> Appl. Environ. Microbiol. 43 (4), 735-739 (1982).</li>
<li>Adamsson, M., Dave, G., Forsberg, L., Guterstam, B. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273122398004594">Toxicity identification evaluation of ammonia, nitrite and heavy metals at the Stensund Wastewater Aquaculture Plant, Sweden.</a> Water Sci. Technol. 38 (3), 151-157 (1998).</li>
<li>Quinn, J. C., Davis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+potentials+and+challenges+of+algae+based+biofuels%3A+a+review+of+the+techno-economic%2C+life+cycle%2C+and+resource+assessment+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">The potentials and challenges of algae based biofuels: a review of the techno-economic, life cycle, and resource assessment modeling.</a> Bioresour. Technol. 184, 444-452 (2015).</li>
<li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pilot-scale+data+provide+enhanced+estimates+of+the+life+cycle+energy+and+emissions+profile+of+algae+biofuels+produced+via+hydrothermal+liquefaction%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">Pilot-scale data provide enhanced estimates of the life cycle energy and emissions profile of algae biofuels produced via hydrothermal liquefaction.</a> Bioresour. Technol. 148, 163-171 (2013).</li>
<li>Van Den Hende, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Treatment+of+industrial+wastewaters+by+microalgal+bacterial+flocs+in+sequencing+batch+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">Treatment of industrial wastewaters by microalgal bacterial flocs in sequencing batch reactors.</a> Bioresour. Technol. 161, 245-254 (2014).</li>
<li>Rawat, I., Kumar, R. R., Mutanda, T., Bux, F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261912007088">Biodiesel from microalgae: A critical evaluation from laboratory to large scale production.</a> Appl. Energy. 103, 444-467 (2013).</li>
<li>Cloern, J. E. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1023/A:1009952125558">The relative importance of light and nutrient limitation of phytoplankton growth: a simple index of coastal ecosystem sensitivity to nutrient enrichment.</a> Aquat Ecol. 33 (1), 3-15 (1999).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wydajność systemu:
W trakcie 8-tygodniowego badania porównano produktywność małych i dużych statków w systemie. W tym badaniu wykorzystano wskaźniki usuwania azotu i amoniaku oraz tempo wzrostu biomasy jako miary wydajności systemu oczyszczania. System był eksploatowany jako reaktor półokresowy, w którym każdy tydzień był eksploatowany w dyskretnych warunkach. Reprezentatywne wyniki obejmują pierwsze 8 tygodni działania systemu, jednak pełne badanie obejmowałoby znacznie dłuższe okresy, aby uwzgl...

Przeniesienie danych laboratoryjnych do zastosowań na większą skalę jest kluczowym krokiem w komercjalizacji bioprocesów. Wykazano, że wydajność produkcji w systemach reaktorów na małą skalę, szczególnie tych koncentrujących się na wykorzystaniu mikroorganizmów, konsekwentnie przewyższa przewidywania wydajności występującej w systemach na skalę komercyjną 1,2,3,4. Istnieją również wyzwania związane ze zwiększeniem skali hodowli glonów i sinic z poziomu laboratoryjnego do większych systemów w celu wytwarzania produktów o wysokiej wartości, takich jak kosmetyki i farmaceutyki, do produkcji biopaliw oraz do oczyszczania ścieków. Zapotrzebowanie na produkcję biomasy glonów na dużą skalę rośnie wraz z rozwijającym się przemysłem alg w biopaliwach, farmaceutykach/nutraceutykach i paszach dla zwierząt gospodarskich 5. Metodologia opisana w niniejszym artykule ma na celu ocenę wpływu rosnącej skali systemu reaktora fotosyntetycznego na tempo wzrostu biomasy i usuwanie składników pokarmowych. Prezentowany tutaj system wykorzystuje algi do remediacji odcieków ze składowisk odpadów, ale może być dostosowany do różnych zastosowań.
Wydajność produkcji systemów na dużą skalę jest często przewidywana za pomocą eksperymentów na mniejszą skalę; jednak kilka czynników musi być wziętych pod uwagę, aby określić dokładność tych przewidywań, ponieważ wykazano, że skala wpływa na wydajność procesów biologicznych. Na przykład Junker (2004) przedstawił wyniki porównania ośmiu reaktorów fermentacyjnych o różnych rozmiarach, od 30 l do 19 000 l, które wykazały, że rzeczywista wydajność w skali pilotażowej lub komercyjnej była prawie zawsze niższa niż wartości przewidywane przy użyciu badań na małą skalę 4. Przewiduje się, że główne przyczyny spadku produktywności ><będą nierówności w wymiarach zbiornika, sile mieszania, rodzaju mieszania, jakości składników odżywczych i transferze gazów. Podobnie, wykazano w reaktorach do wzrostu glonów, że wzrost biomasy i produkty związane z biomasą są prawie zawsze zmniejszone, gdy zwiększa się skalę 6.
Czynniki biologiczne, fizyczne i chemiczne zmieniają się wraz z wielkością reaktora, przy czym wiele z tych czynników wpływa na aktywność mikrobiologiczną na małych skalach inaczej niż na większych skalach 2,7. Ponieważ większość pełnowymiarowych systemów dla glonów, takich jak stawy z bieżniami, istnieje na zewnątrz, jednym z czynników biologicznych, które należy wziąć pod uwagę, jest to, że gatunki drobnoustrojów i bakteriofagi mogą być wprowadzane z otaczającego środowiska, co może zmienić obecne gatunki drobnoustrojów, a tym samym funkcję mikrobiologiczną systemu. Aktywność społeczności mikrobiologicznej będzie również wrażliwa na czynniki środowiskowe, takie jak światło i temperatura. Transfery masy gazów i ruch płynów to przykłady czynników fizycznych, na które wpływa skalowanie procesów mikrobiologicznych. Osiągnięcie idealnego mieszania w małych reaktorach jest łatwe; Jednak wraz ze wzrostem skali wyzwaniem staje się zaprojektowanie idealnych warunków mieszania. W większych skalach reaktory częściej mają martwe strefy, nieidealne mieszanie i zmniejszoną wydajność transferu masy 2. Ponieważ glony są organizmami fotosyntetyzującymi, wzrost komercyjny musi uwzględniać zmiany ekspozycji na światło spowodowane zmianami głębokości i powierzchni wody przy zwiększaniu objętości. Wysoka gęstość biomasy i/lub niskie prędkości transferu masy mogą powodować zmniejszenie stężenia CO2 i zwiększenie stężeniaO2, co może skutkować zahamowaniem wzrostu biomasy 8. Czynniki chemiczne w systemie wzrostu glonów są napędzane przez dynamikę pH środowiska wodnego 2, na które w konsekwencji wpływają zmiany w związkach buforujących pH, takich jak rozpuszczone gatunki CO2 i węglany. Czynniki te są potęgowane przez złożone interakcje między czynnikami biologicznymi, fizycznymi i chemicznymi, często w nieprzewidywalny sposób 9.
To badanie przedstawia system reaktorów par zaprojektowanych do regulowania i porównywania warunków wzrostu w naczyniach o dwóch różnych skalach. Protokół eksperymentalny koncentruje się na ilościowym określeniu leczenia odcieków i wzrostu glonów; Można go jednak dostosować do monitorowania innych wskaźników, takich jak zmiany w społeczności mikrobiologicznej w czasie lub potencjał sekwestracji CO2 przez glony. Przedstawiony tutaj protokół ma na celu ocenę wpływu kamienia na wzrost glonów i usuwanie azotu w systemie oczyszczania odcieków.

<table><tbody><tr>Zbiornik <td></td><td></td><td>akwariowy</td><td>Można użyć dowolnego zbiornika akwariowego o pojemności 100+ litrów z optycznie przezroczystym szkłem</td></tr><tr><td>RW 3.5</td><td>MicroBio Engineering</td><td></td><td>Raceway Pond Eurostar</td></tr><tr><td>100 cyfrowe</td><td>IKA</td><td>4238101</td><td>Mieszalniki górne</td></tr> Butelki do pobierania próbek <tr>na wysypisku<td>śmieci Leachate</td><td>Sandtown Nalgene</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>Plastik lub szkło, klasa laboratoryjna, 125-200&nbsp; </td></tr><tr><td>Pompy transferowe ml Pompa</td><td></td><td></td><td>ogrodowa z wężami o jakości wody pitnej będzie odpowiednia</td></tr><tr><td>AmVer Salicylate Test 'N Tube</td><td>Hach</td><td>2606945</td><td>Wysokiej klasy testy amoniaku</td></tr><tr><td>NitraVer X Zestaw odczynników azot - azotany&nbsp;</td><td>Wysokiej klasy testy azotanów</td> <td>firmy Hach</td><td>2605345</td></tr><tr><td>Poduszki odczynnika azotynowego w proszku NitriVer 2</td><td></td><td>Wysokiej klasy testy azotynów</td><td>Hach</td></tr><tr><td>2107569 Spektrometr Hach DR2400 Firma Hach</td><td></td><td></td><td>DR2400 została wycofana z produkcji, ale w tej aplikacji można użyć dowolnego spektrofotometru Hach serii DR.&nbsp;</td></tr><tr><td>Analiza mikrobiologiczna EMD Filtry membranowe</td><td>Millipore</td><td>HAWG047S6</td><td>0,45 i mikro; m filtrów</td></tr></tbody></table>

porównanie skali w systemie reaktora fotosyntetycznego do remediacji ścieków z glonów

Comparison of Scale in a Photosynthetic Reactor System for Algal Remediation of Wastewater

Przedstawiono eksperymentalną metodologię porównywania wydajności dwóch różnych rozmiarów reaktorów przeznaczonych do oczyszczania ścieków. W tym badaniu usuwanie amoniaku, usuwanie azotu i wzrost glonów są porównywane w okresie 8 tygodni w sparowanych zestawach małych (100 l) i dużych (1000 l) reaktorów przeznaczonych do remediacji glonów ścieków ze składowisk odpadów. Zawartość małych i dużych reaktorów mieszano przed rozpoczęciem każdego tygodniowego interwału testowego w celu utrzymania równoważnych warunków początkowych w obu skalach. Charakterystykę systemu, w tym stosunek powierzchni do objętości, czas retencji, gęstość biomasy i stężenie ścieków, można dostosować w celu lepszego wyrównania warunków występujących w obu skalach. W krótkim, 8-tygodniowym okresie reprezentatywnym początkowe stężenia amoniaku i azotu całkowitego wahały się odpowiednio od 3,1 do 14 mg NH3-N/L i 8,1-20,1 mg N/L. Wydajność systemu uzdatniania oceniono na podstawie jego zdolności do usuwania amoniaku i azotu ogólnego oraz do produkcji biomasy glonów. Średnie odchylenie standardowe ± usuwania amoniaku, całkowitego usuwania azotu i tempa wzrostu biomasy wynosiły odpowiednio 0,95±0,3 mg NH3-N/L/dzień, 0,89±0,3 mg N/L/dzień i 0,02±0,03 g biomasy/L/dzień. Wszystkie naczynia wykazały dodatnią zależność między początkowym stężeniem amoniaku a szybkością usuwania amoniaku (R2 = 0,76). Porównanie wydajności procesu i wartości produkcyjnych mierzonych w reaktorach o różnej skali może być przydatne w określaniu, czy dane eksperymentalne w skali laboratoryjnej są odpowiednie do przewidywania wartości produkcji na skalę komercyjną.

Celem niniejszego badania jest porównanie wzrostu biomasy oraz zdolności do usuwania składników odżywczych w kulturach glonów hodowanych w reaktorach o małej i dużej skali. W badaniu wykorzystano dwa pary systemów, określone jako System 1 i System 2, w celu powtórzenia wyników. Te reprezentatywne wyniki pochodzą z 8-tygodniowego okresu od lutego do kwietnia 2016 roku. Pierwszy staw typu raceway został zaszczepiony glonami pochodzącymi pierwotnie ze stawu zewnętrznego w Filadelfii, PA <sup...

Przedstawiono eksperymentalną metodologię porównywania wydajności małych (100 L) i dużych (1000 L) reaktorów przeznaczonych do remediacji glonów w ściekach składowiskowych. Charakterystykę systemu, w tym stosunek powierzchni do objętości, czas retencji, gęstość biomasy i stężenie ścieków, można dostosować w zależności od zastosowania.

Porównanie skali w systemie reaktora fotosyntetycznego do remediacji ścieków z glonów

An experimental methodology is presented to compare the performance of two different sized reactors designed for wastewater treatment. In this study, ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ocena wpływu skali na wzrost glonów oraz usuwanie azotu w systemie oczyszczania odcieków. Metoda ta może pomóc w określeniu, w jaki sposób zwiększenie skali systemu wpłynie na efektywność oczyszczania. Główną zaletą tej techniki jest możliwość jej adaptacji do różnych systemów mikrobowych oraz systemów oczyszczania ścieków.W tym protokole system sparowany odnosi się do jednego 100 litrowego akwarium i jednego 1 000 litrowego stawu typu raceway prowadzonego równolegle. Należy rozpocząć od wysokiego stężenia inokulum, którego namnożenie do odpowiedniej ilości alg może zająć od kilku tygodni do kilku miesięcy. Wszystkie naczynia należy zaszczepić tą samą kulturą alg, zapewniając, że końcowe stężenie po rozcieńczeniu do pełnej objętości zbiornika lub stawu nie będzie mniejsze niż 0,1 g/L.Niewyczerpany odciek ze składowiska odpadów służy jako źródło składników odżywczych dla tego systemu. Należy użyć odcieku pobranego ze składowiska, które przyjmuje głównie odpady komunalne i charakteryzuje się niskim poziomem toksyn. Ilość odcieku wykorzystywana w każdym zbiorniku lub stawie może się różnić w zależności od stężenia zanieczyszczeń w ściekach.Napełnij akwarium jednym litrem odcieku w 59 litrach wody, aby uzyskać objętość roboczą 60 litrów. Analogicznie, napełnij staw typu raceway 10 litrami odcieku w 590 litrach wody, aby uzyskać objętość roboczą 600 litrów. W kolejnych tygodniach prowadź pracę z akwarium i stawem typu raceway jako reaktorami półciągłymi z hydraulicznym czasem zatrzymania wynoszącym trzy tygodnie.Monitoruj warunki środowiskowe, takie jak temperatura powietrza i promieniowanie słoneczne, używając komercyjnej stacji pogodowej. Monitoruj również warunki w zbiornikach lub stawach, takie jak temperatura wody, pH i rozpuszczony tlen, przy użyciu komercyjnych sond i rejestratora danych. Na początku każdego tygodnia pobierz próbkę o objętości 125 ml z każdego naczynia w celu oznaczenia gęstości biomasy, a także zawartości amoniaku-N, azotanów-N i azotynów-N.Zmierz biomasę zgodnie ze standardowym protokołem oznaczania całkowitej zawiesiny przy użyciu filtrów 0,45 micron. Po zważeniu papieru filtracyjnego przefiltruj od 20 do 40 mililitrów próbki za pomocą systemu filtracji próżniowej. Susz biomasę i papier filtracyjny w piekarniku w temperaturze 105 stopni Celsjusza przez jedną godzinę.Po wysuszeniu oblicz gęstość biomasy. Następnie, za pomocą spektrofotometru i komercyjnych zestawów do analizy, zmierz stężenia amoniaku, azotanów i azotynów zgodnie z protokołem producenta. Po jednym tygodniu pobierz próbki o objętości 125 mililitrów z każdego naczynia i przeanalizuj je w ten sam sposób co poprzednio.To koniec pierwszego tygodnia. Aby przygotować się do cyklu w kolejnym tygodniu, przepompuj całą objętość zbiornika akwariowego do kanału hodowlanego. Usuń 1/3 objętości z kanału hodowlanego.Uzupełnij usuniętą objętość wodą oraz nieobrobionym odciekiem. Następnie przenieś około 60 litrów z kanału cyrkulacyjnego z powrotem do akwarium. Zapewnia to, że co tydzień akwarium i kanał cyrkulacyjny startują z tymi samymi warunkami biologicznymi i poziomem składników odżywczych.W niniejszym badaniu, w celu powtórzenia wyników, wykorzystano dwa zestawy parzyste, określone jako system pierwszy i system drugi. Jako wskaźniki służące do oceny systemu oczyszczania przyjęto szybkość usuwania amoniaku, całkowitą szybkość usuwania azotu oraz szybkość wzrostu biomasy. Wartości tych wskaźników dla systemu pierwszego i systemu drugiego przedstawiono tutaj dla reprezentatywnego okresu badania.Dane ze wszystkich naczyń z reprezentatywnego okresu badania wykazały, że trend usuwania amoniaku był dodatni wraz ze wzrostem początkowego stężenia amoniaku. Po uruchomieniu i ustabilizowaniu działania systemu można dostosować parametry reaktora, takie jak gęstość biomasy, odstępy czasowe między mieszaniem, objętość robocza, czas retencji oraz ilość dodawanych ścieków, aby lepiej przetestować spersonalizowany system. Ostatecznie wyniki uzyskane w tej procedurze mogą posłużyć do opracowania studiów wykonalności pełnoskalowych procesów oczyszczania.Na przykład wpływ skali na istotne parametry reaktora, takie jak szybkość wzrostu i usuwanie składników odżywczych, może zostać wykorzystany do weryfikacji dokładności danych wejściowych służących do symulacji pełnoskalowych procesów produkcyjnych, ocen cyklu życia oraz analiz techniczno-ekonomicznych. Jest to wszechstronna metodologia, którą można dostosować do badania oczyszczania różnych rodzajów ścieków.

comparison-scale-photosynthetic-reactor-system-for-algal-remediation

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Spaliny z elektrowni są tanim źródłem CO2 dla wzrostu glonów. Zbudowaliśmy prototypowe systemy "od gazów spalinowych do hodowli glonów" i opisaliśmy, jak zwiększyć skalę procesu hodowli glonów. Wykazaliśmy zastosowanie modelu bioreakcji z przeniesieniem masy do symulacji i zaprojektowania optymalnej pracy gazów spalinowych do wzrostu Chlorella sp. w fotobioreaktorach glonów.

Optymalizacja ustawień spalin w celu promowania wzrostu mikroalg w fotobioreaktorach za pomocą symulacji komputerowych

Integracja hodowli mikroalg z przemysłowymi gazami spalinowymi ostatecznie wprowadzi metale ciężkie i inne związki nieorganiczne do podłoża wzrostowego. W pracy przedstawiono procedurę zastosowaną do określenia końcowego losu i wpływu metali ciężkich i zanieczyszczeń nieorganicznych na wzrost Nannochloropsis salina hodowanych w fotobioreaktorach.

Kwantyfikacja metali ciężkich i innych zanieczyszczeń nieorganicznych na produktywność mikroglonów

Nowatorski projekt reaktora, nazwany bioreaktorem o wysokiej gęstości (HDBR), jest prezentowany do hodowli i badania społeczności drobnoustrojów o dużej gęstości. W tym przypadku HDBR jest z powodzeniem stosowany w konfiguracji fotobioreaktora (PBR) do badania metabolizmu azotu przez mieszaną społeczność glonów o dużej gęstości.

Nowatorski bioreaktor do hodowli o dużej gęstości różnych zbiorowisk mikroorganizmów

Ten artykuł opisuje proces montażu i działania laboratoryjnego bioreaktora fotosyntetycznego, który może być użyty, w połączeniu z innymi metodami, do oszacowania odpowiednich parametrów wzrostu kinetycznego. System ten stale monitoruje pH, światło i temperaturę za pomocą czujników, jednostki akwizycji i sterowania danymi oraz oprogramowania do akwizycji danych typu open source.

Budowa i konfiguracja laboratoryjnego bioreaktora fotosyntetycznego glonów z monitorowaniem temperatury, światła i pH do testów wzrostu kinetycznego

Tutaj prezentujemy protokół budowy fotobioreaktorów z bąbelkowymi kolumnami na skalę laboratoryjną i wykorzystania ich do hodowli mikroalg. Dostarcza również metody określania tempa wzrostu kultury i neutralnej zawartości lipidów.

Hodowla zielonych mikroalg w fotobioreaktorach z kolumnami bąbelkowymi i test na obecność obojętnych lipidów

Uprawa akseniczna na skalę laboratoryjną ułatwia charakterystykę mikroglonów i optymalizację produktywności przed kolejnym zwiększeniem skali procesu. Fotobioreaktory zapewniają niezbędną kontrolę dla wiarygodnych i powtarzalnych eksperymentów z mikroalgami i mogą być przystosowane do bezpiecznej hodowli mikroalg z gazami korozyjnymi (CO2, SO2, NO2) z emisji ze spalania komunalnego lub przemysłowego.

Uprawa mikroalg i kwantyfikacja biomasy w fotobioreaktorze laboratoryjnym z korozyjnymi gazami spalinowymi

Opisano protokół wykorzystania dwutlenku węgla z gazów spalinowych elektrowni na gaz ziemny do hodowli mikroalg w otwartych stawach torowych. Wtryskiwanie spalin jest kontrolowane za pomocą czujnika pH, a wzrost mikroalg jest monitorowany za pomocą pomiarów gęstości optycznej w czasie rzeczywistym.

Sprzężenie wychwytywania dwutlenku węgla z elektrowni z półautomatycznymi otwartymi stawami torowymi do uprawy mikroalg

Ta publikacja opisuje projekt laboratoryjnych fotobioreaktorów (PBR) z konfigurowalnymi reżimami oświetlenia. Wzrost sinic lub mikroalg, wykorzystujących wodorowęglan jako źródło węgla, jest stale monitorowany poprzez pomiar objętościowej produkcji tlenu. Te PBR ułatwiają szybkie, powtarzalne porównania wzrostu laboratoryjnego przy niewielkiej interwencji użytkownika podczas eksperymentów.

Obsługa fotobioreaktorów laboratoryjnych z pomiarami wzrostu online i konfigurowalnymi reżimami oświetlenia

Zanieczyszczenie powietrza wpływa na jakość życia wszystkich organizmów. W tym miejscu opisujemy zastosowanie biotechnologii mikroalg do oczyszczania biogazu (jednoczesne usuwanie dwutlenku węgla i siarkowodoru) oraz produkcji biometanu poprzez półprzemysłowe otwarte stawy glonów o wysokiej szybkości, a następnie analizę skuteczności oczyszczania, pH, rozpuszczonego tlenu i wzrostu mikroalg.

Oczyszczanie biogazu poprzez zastosowanie systemu mikroalgo-bakteryjnego w półprzemysłowych stawach z glonami o wysokiej zawartości

Biowęgiel to bogaty w węgiel materiał używany jako dodatek do gleby, który ma zdolność do zrównoważonej sekwestracji węgla, poprawy jakości substratu i sorpcji zanieczyszczeń. Protokół ten opisuje 17 metod analitycznych stosowanych do charakterystyki biowęgla, która jest wymagana przed wdrożeniem tych zmian na dużą skalę w środowisku.

Charakterystyka fizyczna, chemiczna i biologiczna sześciu biowęgla produkowanego do remediacji skażonych terenów

Poznaj metodę porównania skali reaktorów fotosyntetycznych do remediacji ścieków z glonów. Badanie ocenia wpływ wielkości na wzrost alg i usuwanie azotu z wód ściekowych.

Porównanie skali w systemie reaktora fotosyntetycznego do remediacji ścieków z glonów

Przeglądaj więcej filmów