Summary
Deneysel metodoloji (100 L), küçük ve büyük (1,000 L) performansını karşılaştırmak depolama atıksu yosun iyileştirme için tasarlanmış reaktörler ölçekli sunulmuştur. hacim oranı, tutma süresi, biyokütle yoğunluğu, ve atık su besleme konsantrasyonları yüzey alanı dahil olmak üzere sistem özellikleri, uygulamaya göre ayarlanabilir.
Abstract
Deneysel metodoloji atıksu arıtma için tasarlanmış iki farklı büyüklükte reaktörlerin performansını karşılaştırmak için sunulmuştur. Bu çalışmada, amonyak çıkarma azot giderme ve yosun büyümesi depolama atık suyun alg iyileştirme için tasarlanmıştır (100L) ve küçük (1,000 L), büyük reaktörler eşleştirilmiş setlerinde 8 haftalık bir süre boyunca karşılaştırılır. Her haftalık test aralığının başlangıcı iki ölçek arasında eşit başlangıç koşulları sağlamak için önce küçük ve büyük ölçekli reaktörlerde içeriği karışık. hacim oranı, tutma süresi, biyokütle yoğunluğu, ve atık su besleme konsantrasyonları yüzey alanı dahil olmak üzere sistem özellikleri, daha iyi her iki ölçekte meydana gelen koşulları eşitlenmesi için ayarlanabilir. Kısa 8 haftalık temsilcisi süre zarfında, başlangıç amonyak ve toplam azot konsantrasyonu sırasıyla 3,1-14 mg NH3-N / L, ve 8,1-20,1 mg N / L, arasında değişmektedir. arıtma sisteminin performansı değerlendirilmiştir dayalıkabiliyeti amonyak ve azot oranına çıkarılması ve alg biyokütlesinin üretilmesi için. Amonyak kaldırma standart sapma, toplam azot giderimi ve biyokütle büyüme oranları ortalama ±, 0.02 ± 0.03 g biyokütle / L / gün 0.95 ± 0.3 mg NH3-N / L / gün, 0.89 ± 0.3 mg N / L / gün vardı ve sırasıyla. Tüm gemiler, ilk amonyak konsantrasyonu ve amonyak kaldırma oranı arasında pozitif bir ilişki (= 0.76 R2) gösterdi. Laboratuar ölçekli deney verileri, ticari ölçekli üretim değerlerinin önceden için uygun olan, farklı ölçek reaktörlerde ölçülen işlem verim ve üretim değerlerinin karşılaştırması belirlenmesinde yararlı olabilir.
Introduction
büyük ölçekli uygulamalarda tezgah ölçekli verilerin Çeviri biyoproseslerde ticarileştirilmesi önemli bir adımdır. Küçük ölçekli reaktör sistemlerinin, mikroorganizmaların kullanımı üzerine odaklanan özellikle üretim verimleri, sürekli olarak, genel olarak endüstriyel ölçekli sistemler, 1, 2, 3, 4 meydana gelen verim önceden gösterilmiştir. Zorluklar da biyoyakıt üretimi için, bu tür kozmetik ve ilaç gibi değeri yüksek ürünler, üretim amacıyla büyük sistemlere laboratuvar ölçeğinden yosun ve siyanobakteriler fotosentez ekimi ölçeklendirme var, ve atık su tedavisi için. Büyük ölçekli alg biyokütle üretimi için talep biyoyakıt, ilaç / nutrasötikler ve hayvan yemi 5 yosun için ortaya çıkan sanayi ile büyüyor. açıklanan metodolojiBu el yazması biyokütle büyüme oranı ve besin giderimi üzerine bir fotosentez reaktör sisteminin ölçeğini artırarak etkisini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Burada yer alan sistem yosun sızıntı suyunun atık düzeltmek için, ancak çeşitli uygulamalar için adapte edilebilir kullanır.
büyük ölçekli sistemlerin üretim verimleri genellikle küçük ölçekli deneyler kullanılarak tahmin edilmektedir; Ancak, birçok faktör ölçekli biyoprosesler performansını etkilediği gösterilmiş olduğu gibi, bu tahminler doğruluğunu saptamak için dikkate alınmalıdır. Örneğin, (2004) Junker 30 L Pilot- ya ticari ölçeklerde gerçek verimliliği değerlerinin küçük kullanılarak tahmin hemen hemen daima daha düşük olduğunu göstermiştir 19.000 L aralığındaki, sekiz farklı büyüklükte fermentasyon reaktörlerin bir karşılaştırma sonuçları sunulmaktadır ölçeğindeki çalışmalar 4. damar boyut, karıştırma gücü, ajitasyon türü, besin kalitesi ve gaz transferi eşitsizlikler olduğu tahmin edildiverimlilik azaldı 4 sebeplerinin başında. Benzer şekilde, ölçek 6 arttırıldığı zaman biyokütle büyümesi ve biyokütle ilgili ürünler hemen hemen her zaman düşük olduğu yosun büyümesi reaktörlerde gösterilmiştir.
Biyolojik, fiziksel ve kimyasal faktörler bu faktörlerin bir çok 7, küçük ölçeklerde farklı daha büyük ölçekte 2 mikrobiyal aktiviteyi etkileyen ile bir reaktör boyutuna sahip değişir. Böyle oluk havuzları gibi yosun için en tam ölçekli sistemleri, yana, dışarıda var, dikkate alınması gereken bir biyolojik faktör mikrobiyal türler ve bakteriyofajlar mevcut mikrobiyal türlerin değiştirebilir ve böylece mikrobik işlevi olabilir, çevreye tanıttı olmasıdır sistemi. mikrobiyal topluluğun etkinliği aynı zamanda ışık ve sıcaklık gibi çevresel faktörlere karşı duyarlı olacaktır. gazları ve Akışkan hareketinin kitlesel transferleriMikrobiyal proseslerin ölçek kadar etkilenir fiziksel faktörlerin örnekleri. küçük reaktörlerin ideal karıştırma sağlanması kolaydır; Ancak, artan ölçek ile, ideal karıştırma koşulları mühendisi bir sorun haline gelmektedir. Daha büyük ölçeklerde de, reaktör kütle transferi 2 ölü bölgeleri, ideal olmayan karıştırılması ve azaltılmış verim olması daha olasıdır. yosun fotosentetik organizmalar olduğundan hacmini artırırken, ticari büyüme nedeniyle su derinliği ve yüzey alanı değişikliklere radyasyona maruz kalmasına değişimlerini hesaba katmak zorundadır. Yüksek biyokütle yoğunluğu ve / veya düşük kütle transfer hızlarını CO biyokütle büyümesi, 8 inhibisyonu ile sonuçlanabilir, her ikisi de 2 konsantrasyonları ve artan O 2 konsantrasyonlarda azalmasına neden olabilir. Bir yosun büyüme sisteminde kimyasal faktörler dolayısıyla böyle çözünmüş CO olarak pH tamponlama bileşikleri değişikliklerden etkilenen su ortamında 2, pH dinamikleri tarafından tahrik edilmektedir
Bu çalışma düzenleyen ve iki farklı ölçeklerde damarlarda büyüme koşullarını karşılaştırmak için tasarlanmış bir eşleştirilmiş reaktör sistemini sunuyor. Deney protokolü sızıntı suyu arıtma ve yosun büyüme ölçülmesi üzerinde duruluyor; Ancak, tür zamanla mikrobiyal topluluğun değişiklikler veya yosun CO2 haciz potansiyeli gibi diğer ölçümleri izlemek için adapte edilebilir. Burada sunulan protokol bir sızıntı suyu arıtma sisteminde alg büyüme ve azot giderimi üzerine ölçek etkisini değerlendirmek üzere tasarlanmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Sistem Kurulumu
Not: Bir 'eşli sistemin paralel olarak çalıştırmak, bir akvaryum tankı ve bir kanal gölet anlamına gelir.
- bir eşleştirilmiş bir sistem için, büyük ölçekli gemi için bir çark mikser ile, küçük ölçekli gemi için bir havai mikserle bir 100 L akvaryumları tankları (AT), ve bir 1,000 L oluk su birikintisi (RWP) kullanın. Bu sistemde kullanılan gemiler Şekil 1'de resmedilmiştir.
- Aynı yosun kültürü ile tüm damarları inoküle edin. Bir depo veya havuzda 10 tam hacme seyreltildi az 0.1 g / L'lik nihai bir yoğunluk ile sonuçlanan aşılama yüksek yoğunluklu kullanın. Bu adım için yeterli alglerin büyümesine (haftalar ve aylar) zaman önemli miktarda alabilir.
- besin kaynağı olarak işlenmemiş depolama sızıntı suyu kullanın. çoğunlukla evsel atık kabul eder ve toksinlerin düşük seviyelerde sahip bir depolama alınan sızıntı suyu kullanın. sızıntı suyu için bileşim analizi depolama mevcut olmalıdır. Tatıksu gücüne bağlı olarak değişebilir, her tank veya havuzda kullanılan sızıntı suyunun o miktarı, ancak son amonyak konsantrasyonları 5-75 mg NH3-N / L ölçmek gerekir.
- 60 L çalışma hacmi 100 L akvaryum tankı ve 600 L çalışma hacmi ile oluk gölet başlayın. Bu çalışma, akvaryumlar tankındaki suyun yaklaşık 1 L sızıntı suyu 59 L, ve kanal havuzdaki su 590 L 10 L sızıntı suyu ile başladı. Bu çalışma boyunca kullanılan sızıntı suyunun konsantrasyonu artırır.
Bir akvaryum tankı ve kanal gölet 1. Örnekler Şekil. Bir akvaryum tankı (A) ve kanal gölet (B) bir örnek gösterilmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
- Üç hafta hidrolik alıkonma süreleri ile yarı kesikli reaktörler olarak akvaryum tankı ve oluk gölet çalıştırın. Her örnekleme süresi bir hafta kapsamaktadır.
- Her gemiden bir 125 ml örnek almak. Bu hafta numunenin başlangıcıdır. Bölümlerde 3.1-3.3 Numune Analizi protokole göre test örnekleri.
- haftanın sonunda, analiz için, her kaba 125 ml örnek alabilir. sonu haftanın örnekleri çekildikten sonra, kanal havuza akvaryum tankının tüm hacmini boşaltın.
- haftada, kanal havuza akvaryum tankının tüm hacmi pompa.
- oluk havuzundan (3 hafta ortalama hidrolik tutma süresi için) hacminin üçte birini çıkarın. su ve arıtılmamış ile temizlenebilir hacmi değiştirin.
- geri akvaryum tankı içine oluk gölet yaklaşık 60 L aktarın. Bu garanti olduğu akvaryum tank ve oluk gölet her hafta aynı besin ve biyolojik koşullar ile başlıyor.
- önümüzdeki hafta için başlangıç koşulları analizi için tüm gemilerden 125 mL numune almak.
3. Numune Analizi
- amonyak-N, nitrat-N, nitrit-N, ve biyokütle yoğunluğu tüm örnekler başlangıç-haftalık-ve-sonu-hafta test edin.
- 0.45 mikron filtreleri kullanarak standart toplam askıda katı madde (AKM) protokolü, ASTM-D5907 ile biyokütle ölçün.
- Önce bir filtre kağıdı tartmak ve sonra bir vakum filtrasyon sistemi kullanarak örnek 20-40 mL filtre. bir saat boyunca, 105 ° C de bir fırında biyokütle / filtre kağıdı, kuru ya da biyokütle / filtre kağıdı daha fazla değişmemekte ağırlıkla kadar.
- biyokütle / filtre kağıdı tartılır ve filtre kağıdı ilk kitle çıkarma. biyokütle yoğunluğunu hesaplamak için süzüldü hacimce bu kitle bölün. Yinelenen 11'de çalıştırın.
- , Amonyak ölçünNitrat ve nitrit spektrofotometrik bir spektrofotometre kullanılarak.
- Amonyak konsantrasyonu belirlemek için ticari bir yöntem kit numune 100 ul kullanın. üreticinin protokolüne bakın.
- nitrat konsantrasyonu belirlemek için ticari bir yöntem kit numunenin 1 mL kullanın. üreticinin protokolüne bakın.
- nitrit konsantrasyonu belirlemek için ticari bir yöntem kiti 10 ml numune kullanın. üreticinin protokolüne bakın.
- Ticari sondalar ve veri kayıt cihazı kullanarak çevre koşulları (hava sıcaklığı, güneş radyasyonu, rüzgar hızı), ticari bir hava istasyonu kullanılarak yanı sıra tankı / Su birikintisi koşulları (su sıcaklığı, pH, çözünmüş oksijen) izleyin. üreticinin protokolüne bakın.
Sonuçların 4. İstatistiksel Analiz
- Toplanan veriler istatistiksel olarak normal olup olmadığını belirleyin. Bir QQ arsa 12 kullanarak veri setinin normallik belirleyin
- Pearson r veya sırasıyla 13, normal ve normal olmayan veriler için Spearman p kullanarak parametreleri arasındaki korelasyonu belirlemek. Korelasyon parametreleri en azından aşağıdaki parametreleri içermelidir: İlk amonyak konsantrasyonu, başlangıçtaki toplam azot konsantrasyonu, ilk biyokütle yoğunluğunu, amonyak çıkarma oranı, toplam azot giderimi oranı, biyokütle büyüme oranı ve tüm çevre koşulları.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu çalışmanın amacı, biyokütle büyüme ve küçük ve büyük ölçekli reaktörlerde yetişen alg kültürlerinin besin kaldırma yeteneklerini karşılaştırmaktır. Bu çalışma bulgularını çoğaltmak için Sistem 1 ve Sistem 2 olarak adlandırılan iki eşli sistemleri kullanır. Bu temsilcisi sonuçları 2016 birinci kanal gölet aslında Philadelphia 14 açık gölet kaynaklı yosun ile aşılanmıştır, Nisan ile 8 haftalık bir süre, Şubat aittir. Bu kültür bir akvaryum tankında yüksek yoğunluğa büyütülmüştür. Bu inokülasyon RWP 0.12 g / L biyokütle yoğunluğu ile sonuçlanmıştır. 2.5 hafta sonra, ikinci kanal gölet ve akvaryum tankı, yaklaşık 0.18 g / L biyokütle yoğunluğu başlangıç ile sonuçlanır aşılandı. Birkaç hafta sonra, tüm AT'ler ve rwps tüm gemilerin arasında düzgün bir biyokütle yoğunluğu ve mikrobiyal popülasyon için birlikte karıştırılmıştır; Yukarıda açıklandığı gibi, düzenli çalışma ve izleme başladıprotokol.
Numune Analizi Bölüm 15'te tarif edildiği gibi başlangıç ve bitiş parametreleri haftalık olarak ölçülmüştür. Tüm damar biyokütle, amonyak ve toplam azot konsantrasyonları için başlangıç koşulları, sırasıyla, -N / L NH3, 0.2-1.0 g / L 3,1-14 mg arasında değişen ve 8,1-20,1 mg N / L'dir. Ortalama ve her bir bölme kaydedilmiş çıkarma ve büyüme oranları standart sapma Tablo 1 'de sunulmaktadır. Bu koşullar, tüm sırasıyla 0,26-1,47 mg N / L / gün olarak biyokütle büyüme oranları saptanmıştır ve amonyak ve -0.04-0.07 g / L / gün arasında değişen toplam azot ayırma hızı, 0,39-1,61 mg N / L / güne ve dört gemiler. Haftalık azot giderimi oranı ve sistem 1 ve sistem 2 biyokütle büyüme oranları Şekil 2'de görülebilir.
şekiltemsili bir çalışma dönemi boyunca üretkenlik 2. Özeti. Amonyak kaldırma oranları (A), toplam azot giderimi oranları (B) ve biyokütle büyüme oranları (C) sırasıyla üst, orta ve alt paneller sunulmaktadır. sistemin 1 sonuçları sağda solda, ve sistemde 2 sunulmuştur. Akvaryum tankları ve oluk göletlerden sonuçları sırasıyla Δ X tüm grafikler temsil edilir ve. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
İstatistiksel korelasyon parametreleri karşılaştırmak ve olası eğilimleri belirlemek için kullanılmıştır. Girdi parametreleri şöyleydi: İlk amonyak konsantrasyonu, ilk nitrat konsantrasyonu, ilk nitrit konsantrasyonu, başlangıçtaki toplam azot konsantrasyonu, biyokütle konsantrasyonu başlayan amonyak removal oranı, nitrat çıkarma oranı, nitrit çıkarma oranı, toplam azot çıkarma oranı, biyokütle büyüme oranı, su sıcaklığı, pH. Spearman rho, parametrik olmayan korelasyon kullanılmıştır, böylece toplanan veriler istatistiksel olarak normal değildi. güçlü anlamlı ilişki ilk amonyak konsantrasyonu ve amonyak kaldırma oranı (ρ = 0.90) arasında idi. İlk amonyak konsantrasyonu ve amonyak kaldırma oranı arasındaki eğilim Şekil 3'te görülebilir.
Şekil 3: Amonyak Removable fo: keep-together.within-PAGE = "1" l oranı amonyak konsantrasyonunu başlayan bir fonksiyonu olarak. temsilci 8 hafta boyunca tüm gemilerin Veri sunulmaktadır. Trend çizgisi R2 = 0.76. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| Amonyak Kaldırma Hızı (MGN / L) | Toplam Azot Temizleme Oranı (MGN / L) | Biyokütle Büyüme Hızı (g biyokütle / L) | |
| RWP 1 | 0.95 ± 0.36 | 0.79 ± 0.38 | 0.013 ± 0.029 |
| RWP 2 | 1.08 ± 0.30 | 1.01 ± 0.21 | 0.034 ± 0.036 |
| Aquarium Tank 1 | 0.87 ± 0.23 | 0,803 ± 0.30 | 0.005 ± 0.028 |
| Aquarium Tank 2 | 0.88 ± 0.33 | 0.94 ± 0.22 | 0.015 ± 0.019 |
Tablo 1. Bireysel verimlilik oranlarının ± standart sapma ortalamagemiler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sistem performansı:
8 haftalık çalışma boyunca, bir sistem içinde küçük ve büyük ölçekli damarların verimliliği karşılaştırıldı. Bu çalışmada azot ve amonyak kaldırma oranları ve biyokütle büyüme oranlarında arıtma sisteminin verimlilik ölçütleri olarak kullanılmıştır. Sistem, her hafta ayrı koşullar altında çalıştırılan bir yarı-parti reaktöründe olarak çalıştırıldı. Temsilcisi sonuçları sistem operasyonun ilk 8 hafta boyunca, ancak bir tam çalışma çevre koşullarında mevsimsel değişkenlik hesaba çok daha uzun süreler için uzanacak oluşturmaktadır.
Yukarıda açıklanan metodoloji her 7 günde bir araya eşleştirilmiş sistemi (küçük ve büyük ölçekli gemiler) karıştırmak için çağırır. Bu nedenle, bu süre içinde iki ölçek arasındaki verimlilik farkı sadece iki boyutlu gemilerin farklı koşullara bağlıdır. Örneğin, reaktörlerin birinde ışığa maruz özellikleri önemli ise,Diğer daha az derecede, biyokütle büyüme oranları önemli ölçüde farklı olacaktır. Iki ölçek arasındaki diğer herhangi bir tutarsız koşullar ile birlikte eksik karıştırma, kötü kütle transferi, değişken CO 2 veya pH nedeniyle ölü bölgeler, eşleştirilmiş sistemler içinde damarların verimlilik farklılıkları neden olabilir.
Her sistemde küçük ve büyük ölçekli gemilerin verimlilik değerleri eşit Öte yandan, o zaman küçük ölçekli damar benzer büyüme büyük ölçekli gemi gibi koşullar veya ikisi arasında herhangi bir farklılık yaratır olasıdır farklı ölçekli reaktörler ihmal edilebilir verimliliği etkiler. Bu durumda, küçük ölçekli sisteminden değerler muhtemelen tam ölçekli bir sistemin verimlilik temsilcisi belirleyicileri olacaktır.
Bu sistemin işleme kapasitesi azot kaldırma yeteneğine göre değerlendirilmiştir. Tüm faktörler arasında istatistiksel korelasyon güçlü ve olumlu bir co ortayaBaşlangıç amonyak konsantrasyonu ve amonyak kaldırma oranı arasındaki rrelation (ρ = 0.90). Bu aynı pozitif korelasyon akvaryumları tankları 14 yılında yapılan bir önceki çalışmada görüldü. Amonyak kaldırma oranı ve başlangıç amonyak konsantrasyonu arasındaki bu olumlu eğilim, tüm rwps ve ATS toplanan verileri içeren Şekil 3'te görülebilir. İki gemi türlerinden azot giderim oranları bir kez daha veri toplanmış ölçek özgü eğilimleri belirlemek için karşılaştırılabilir.
Değişken reaktör parametreleri:
Anahtar reaktör değişkenleri hacim oranına ve kalma süresi yüzey alanı bulunmaktadır. Reaktörler küçük ve büyük damarların tam bir mix ve 1/3 toplam reaktör sistemi volüm replasmanı her 7 gün, yarı kesikli bir şekilde ameliyat edildi. Bu çalışmada, karıştırma süresi, bir hafta da Bölüm 2.3'de belirtildiği gibi, bu zaman, büyüme ve Nutr bağlı olarak modifiye edilebilirFotosentetik kültürlerin sağ- lasa tüketim oranları yanı sıra tam ölçekli sisteminin nihai uygulama. hacmini değiştirerek değiştirilebilir hacim oranı yüzey alanı, fotosentez yapan organizmaların için gazların kütle transfer oranını ve ışığa maruz etkileyecektir.
oluk gölet ve her sistemin akvaryum tankı hacmi her iki ölçekte başlayan koşulları, özellikle aşı kültürü, eşit olmasını sağlamak için her hafta başında karıştırılır. iki gemi karıştırılması arasındaki süre uygulama göre değiştirilebilir. En alg nispeten yavaş büyüyen mikroorganizmaların olduğundan, bir hafta kullanılması gerektiğini en kısa sürede olarak tavsiye edilir. karıştırma arasındaki zaman daha uzun bir süre iki ölçek arasındaki çevre koşullarında küçük farklılıklardan kaynaklanan verimlilik bazı değişiklikler gösterebilir. mikrobiyal için izin verecek ölçekler karıştırma arasında çok fazla zamantopluluklar hangi zaman ölçekleri arasında karşılaştırma artık reaktör koşullarının doğru olurdu, önemli ölçüde farklılaşmaya. İki terazi karıştırma arasındaki sürenin uzunluğu boyunca uzanan hatta ne zaman verimlilikleri herhangi bir fark (ya da farklılıkların eksikliği) önemli olduğunu doğrulamak için çeşitli tekrarları tamamlamak için önemlidir.
hacim oranı yüzey alanı çalışma hacmi ayarlayarak değiştirilebilir. Bu oran etkiler ve damar dışına gazların kütle transferi, hem de yosun maruz ışık miktarı. teknenin tipine bağlı olarak, hacim oranı (SA: H) yüzey alanı hacim oranına ışığı maruz kalan yüzey alanı (LE-SA: H) farklı olabilir. V ve LE-SA: V eşit olan gaz transferi sadece SA, yani su yüzeyi sayesinde ortaya çıkar ise bu çalışmada akvaryum tankları duvarları, her tarafta ve üst yoluyla ışık sağlayan, şeffaf. Ancak, kanal havuzları kullanılanBu çalışmada SA böylece, opak duvarlar: V ve LE-SA: V eşittir.
Ölçek kadar odaklanarak zaman, hacim, ışık maruz yüzey alanı (LE-SA: V) oranı, 7 önemli 1'dir. Yoğun bir yosun kültürü suyu ilk birkaç santimetre ileride minimum ışık penetrasyon ile sonuçlanır. yoğun bir kültür ve yüksek LE-SA sürekli karıştırma: V oranı toplam ışık artırmak ve yüksek üretim verimleri ile sonuçlanmalıdır. Sürekli karıştırma olacak aynı zamanda gazların kütle transferi yardımcısı. küçük ölçekli gemi doğru tam karşılaştırmalı bir çalışma yapılması gerekir büyük ölçekli verimliliği tahmin doğrulamak için.
Reaktör kısıtlamaları:
kurma ve ilk kez bu sistemi çalıştırırken zorluklara neden olabilecek birkaç şey vardır. İlk olarak, ölçeklendirme olduğunda herhangi bir kap içinde yosun biyokütle en az 0.1 g / L olması çok önemlidir. Eğeryoğunluk o aşılanan yosun hızla 10 kapalı ölecek kuvvetle muhtemeldir, çok düşüktür. İkinci olarak, bu sistem, amonyak yüksek konsantrasyonlarda işleyebilir, ancak giriş amonyak konsantrasyonu birçok hafta 14, 16, 17, yavaş yavaş arttırılmalıdır. Bu çalışmada, giriş amonyak konsantrasyonu çok muhafazakar bir oran, 10 MGN / L 3 haftada yaklaşık bir artış olarak büyüdü. tüm çözünmüş azot türlerini izlerken Son olarak, nitrit konsantrasyonları düşük tutulması çok önemlidir. Nitrit yüksek konsantrasyonlarda 18 yosun ve diğer organizmalar için toksik olabilir. nitrit konsantrasyonları 150 mg N / L üzerinde artış olursa, o zaman ek hacim çıkarıldı ve toksik nitrit konsantrasyonları sulandırmak için su ile değiştirilmesi gerekir.
Potansiyel uygulamalar:
Bu metodoloji, ver uygulanabiliryaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA'lar) ve tam ölçekli üretim sistemlerinin tekno-ekonomik analizlerin (TEAŞ) tam ölçekli üretim süreçleri simüle kullanılan giriş verilerinin doğruluğunu ify. Sık sık, biyokütle büyüme ve küçük ölçekli çalışmalardan elde besin tüketim oranları ölçekli bir sistemin yeteneklerini abartma. Buna rağmen, LCA cihazı ve çayların büyük çoğunluğu tam ölçekli teknolojileri 19, 20, 21, 22, 23 kendi tahmini için tam ölçekli üretim değerlerini tahmin etmek için küçük ölçekli çalışmalardan elde edilen giriş değerleri kullanın. Bu şekilde küçük ölçekli çalışmaların sonuçlarını kullanmadan önce, sonuçlar tam ölçekli sisteminden beklenebilecek ne iyi temsil olduğu kontrol edilmelidir. Şu anda, büyük ölçekli sistemlerin tahmin çalışmalar için veri toplamak için standart bir metodoloji yoktur. metodoloji Burada sunulanDoğrulama çalışma olarak uygulanabilir.
Bu çalışmada, azot giderme ve biyokütle büyümesi tedavinin etkinliğini belirlemek için metrik olarak kullanılmıştır. Bu sistem mikrobiyal eden değişikliklere diğer atık Diğer parametreler (BOD, ağır metal, Patojen Uzaklaştırma) için kontrol akışların (yerli veya tarımsal atık su), gözlem dahil olmak üzere diğer uygulamalarda, uyarlanmış veya yarı-kesikli reaktörden değişmiş olabilir sürekli olarak kanştınlan reaktör sistemi. Protokol Burada tarif edilen bu uygulamaların herhangi birinde laboratuar ölçekli ve daha büyük ölçekli sistemler değerlendirmek için de kullanılabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar kendi bilgi ve sızıntı suyu paylaşmak için Felton, DE Sandtown Landfill teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aquarium Tank | Any 100+ L aquarium tank with optically clear glass can be used | ||
| RW 3.5 | MicroBio Engineering | Raceway Pond | |
| Eurostar 100 digital | IKA | 4238101 | Overhead mixers |
| Leachate | Sandtown Landfill | ||
| Sampling Bottles | Nalgene | Plastic or glass, lab grade, 125-200 mL | |
| Transfer Pumps | Garden type pump with drinking water quality hoses will be suitable | ||
| AmVer Salicylate Test 'N Tube | Hach | 2606945 | High Range Ammonia Tests |
| NitraVer X Nitrogen - Nitrate Reagent Set | Hach | 2605345 | High Range Nitrate Tests |
| NitriVer 2 Nitrite Reagent Powder Pillows | Hach | 2107569 | High Range Nitrite Tests |
| Hach DR2400 Spectrophotmeter | Hach | The DR2400 was discontinued, but any DR series Hach spectrophotometer can be used in this application. | |
| EMD Microbiological Analysis Membrane Filters | Millipore | HAWG047S6 | 0.45 µm filters |
References
- Janssen, M., Tramper, J., Mur, L. R., Wijffels, R. H. Enclosed outdoor photobioreactors: light regime, photosynthetic efficiency, scale-up, and future prospects. Biotechnol. Bioeng. 81 (2), 193-210 (2003).
- Takors, R. Scale-up of microbial processes: impacts, tools and open questions. J. Biotechnol. 160 (1), 3-9 (2012).
- Sauer, M., Porro, D., Mattanovich, D., Branduardi, P. Microbial production of organic acids: expanding the markets. Trends in Biotechnol. 26 (2), 100-108 (2008).
- Junker, B. H. Scale-up methodologies for Escherichia coli and yeast fermentation processes. J. Biosci. Bioeng. 97 (6), 347-364 (2004).
- Brennan, L., Owende, P. Biofuels from microalgae-a review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable Sustainable Energy Rev. 14 (2), 557-577 (2010).
- Van Den Hende, S., Beelen, V., Bore, G., Boon, N., Vervaeren, H. Up-scaling aquaculture wastewater treatment by microalgal bacterial flocs: from lab reactors to an outdoor raceway pond. Bioresour. Technol. 159, 342-354 (2014).
- Hewitt, C. J., Nienow, A. W. The Scale-Up of Microbial Batch and Fed-Batch Fermentation Processes. Adv Appl Microbiol. 62, 105-135 (2007).
- Downton, W., Bishop, D., Larkum, A., Osmond, C. Oxygen Inhibition of Photosynthetic Oxygen Evolution in Marine Plants. Funct Plant Biol. 3 (1), 73-79 (1976).
- Pholchan, M. K., Baptista, J. dC., Davenport, R. J., Curtis, T. P. Systematic study of the effect of operating variables on reactor performance and microbial diversity in laboratory-scale activated sludge reactors. Water Res. 44 (5), 1341-1352 (2010).
- Richmond, A. Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology. , John Wiley & Sons. (2008).
- Clesceri, L. S., et al. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. , American Public Health Association. (1998).
- Statistics for Macintosh v.23.0. , IBM Corp. Armonk, NY. (2015).
- Devore, J. L. Probability and Statistics for Engineering and the Sciences. , Cengage Learning. (2015).
- Sniffen, K. D., Sales, C. M., Olson, M. S. Nitrogen removal from raw landfill leachate by an algae-bacteria consortium. Water Sci. Technol. 73 (3), 479-485 (2015).
- Paerl, H. W., Fulton, R., Moisander, P. H., Dyble, J. Harmful freshwater algal blooms, with an emphasis on cyanobacteria. Scientific World J. 1, 76-113 (2001).
- Abeliovich, A., Azov, Y. Toxicity of Ammonia to Algae in Sewage Oxidation Ponds. Appl. Environ. Microbiol. 31 (6), 801-806 (1976).
- Azov, Y., Goldman, J. C. Free ammonia inhibition of algal photosynthesis in intensive cultures. Appl. Environ. Microbiol. 43 (4), 735-739 (1982).
- Adamsson, M., Dave, G., Forsberg, L., Guterstam, B. Toxicity identification evaluation of ammonia, nitrite and heavy metals at the Stensund Wastewater Aquaculture Plant, Sweden. Water Sci. Technol. 38 (3), 151-157 (1998).
- Quinn, J. C., Davis, R. The potentials and challenges of algae based biofuels: a review of the techno-economic, life cycle, and resource assessment modeling. Bioresour. Technol. 184, 444-452 (2015).
- Liu, X., et al. Pilot-scale data provide enhanced estimates of the life cycle energy and emissions profile of algae biofuels produced via hydrothermal liquefaction. Bioresour. Technol. 148, 163-171 (2013).
- Van Den Hende, S., et al. Treatment of industrial wastewaters by microalgal bacterial flocs in sequencing batch reactors. Bioresour. Technol. 161, 245-254 (2014).
- Rawat, I., Kumar, R. R., Mutanda, T., Bux, F. Biodiesel from microalgae: A critical evaluation from laboratory to large scale production. Appl. Energy. 103, 444-467 (2013).
- Cloern, J. E. The relative importance of light and nutrient limitation of phytoplankton growth: a simple index of coastal ecosystem sensitivity to nutrient enrichment. Aquat Ecol. 33 (1), 3-15 (1999).
