Summary
Een experimentele methode wordt voorgesteld om de prestaties van kleine (100 L) en grote (1000 L) vergelijken schaal reactoren ontworpen voor algen sanering van de stortplaats afvalwater. Systeemkenmerken, zoals specifiek oppervlak tot volumeverhouding, retentietijd biomassa dichtheid en afvalwater voer concentraties kan worden aangepast op basis van toepassing.
Abstract
Een experimentele methode wordt aan de prestaties van twee verschillende afmetingen reactoren ontworpen voor afvalwaterzuivering vergelijken. In deze studie ammoniakverwijdering, stikstofverwijdering en algengroei worden vergeleken over een 8 weken in gepaarde sets van kleine (100 L) en grote (L 1000) reactoren ontworpen voor algen sanering stortplaats afvalwater. Inhoud van de kleine en grote reactoren werden gemengd vóór het begin van wekelijkse testinterval gelijkwaardige beginwaarden in de twee schalen te handhaven. Systeemkenmerken, zoals specifiek oppervlak tot volumeverhouding, retentietijd biomassa dichtheid en afvalwater voer concentraties kan worden aangepast aan omstandigheden die zich op beide schalen beter gelijk. Tijdens de korte 8 weken representatieve periode, begint ammoniak en stikstof totaal concentraties varieerden 3,1-14 mg NH3-N / L en 8,1-20,1 mg N / l. De prestaties van het zuiveringssysteem werd geëvalueerd op basis vanhet vermogen om ammoniak en de totale verwijdering van stikstof en algen biomassa. Gemiddelde ± standaardafwijking van ammoniak verwijderen, totale verwijdering van stikstof en biomassa groeicijfers waren 0,95 ± 0,3 mg NH3-N / L / dag, 0,89 ± 0,3 mg N / L / dag, en 0,02 ± 0,03 g biomassa / L / dag, respectievelijk. Alle vaartuigen vertoonden een positieve relatie tussen de aanvankelijke ammoniakconcentratie en ammoniak afname (R 2 = 0,76). Vergelijking van procesefficiëntie en productiewaarden gemeten in reactoren van verschillende omvang kunnen nuttig zijn bij het bepalen of laboratoriumschaal experimentele gegevens geschikt voor het voorspellen van de commerciële productie waarden.
Introduction
Vertaling van bench-schaal gegevens naar grotere schaal toepassingen is een belangrijke stap in de commercialisering van bioprocessen. Productie-efficiëntie in kleinschalige reactorsystemen, met name gericht op het gebruik van micro-organismen, is gebleken dat consistent efficiëntie optreedt in commerciële schaal systemen 1, 2, 3, 4 voorspellen. Uitdagingen ook voorkomen in opschalen fotosynthetische kweken van algen en cyanobacteriën van laboratoriumschaal tot grotere systemen met het oog op het vervaardigen hoogwaardige producten, zoals cosmetica en farmaceutische producten, voor de productie van biobrandstoffen, en voor de behandeling van afvalwater. De vraag naar grootschalige productie van algen biomassa groeit met de opkomende industrie voor algen in biobrandstof, farmaceutica / nutraceuticals en veevoer 5. De beschreven methodiekdit manuscript wil de invloed van schaalvergroting fotosynthetische reactorsysteem op biomassagroei beoordelen en nutriëntverwijdering evalueren. Het systeem hier gepresenteerde gebruikt algen saneren percolaat afvalwater, maar kan worden aangepast voor verschillende toepassingen.
Productie-efficiëntie van grootschalige systemen worden vaak voorspeld met behulp van kleinere schaal experimenten; echter moeten verscheidene factoren worden beschouwd om de nauwkeurigheid van deze voorspellingen te bepalen, zoals schaal is aangetoond dat het uitvoeren van biologische processen beïnvloeden. Bijvoorbeeld, Junker (2004) gepresenteerde resultaten van een vergelijking van acht verschillende groottes vergistingsreactoren, variërend van 30 tot 19.000 L L, waaruit bleek dat de werkelijke productiviteit piloot- of commerciële schaal is vrijwel altijd lager dan de waarden die voorspeld middels kleine -schaal studies 4. Ongelijkheden in de dimensie vat, het mengen van de macht, het type agitatie, kwaliteit voedingsstoffen en gas overdracht werden voorspeld aan het wordenbelangrijke oorzaken voor de verminderde productiviteit 4. Evenzo is aangetoond in algengroei reactoren biomassagroei en biomassa gerelateerde producten bijna altijd verminderd wanneer weegschaal 6 verhoogd.
Biologische, fysische en chemische factoren veranderen met de grootte van een reactor, met veel van deze factoren microbiële activiteit op kleine schaal anders dan bij grotere schalen 2, 7. Aangezien de meeste grootschalige systemen voor algen, zoals toevoerkanaal vijvers, bestaat openlucht, één biologische factor om te overwegen is dat microbiële species en bacteriofagen kunnen worden ingebracht vanuit de omgeving, die de microbiële species kunnen veranderen aanwezig en dus de microbiële functie van de systeem. De activiteit van de microbiële gemeenschap zal ook gevoelig voor omgevingsfactoren, zoals licht en temperatuur. Massa transfers van gassen en vloeiende bewegingen zijnVoorbeelden van fysische factoren worden beïnvloed in de omvang van microbiële processen. Het bereiken van ideale menging in kleine reactoren is eenvoudig; echter met toenemende schaal, wordt het een uitdaging om ideale mengomstandigheden-ingenieur. Bij grotere schalen, reactoren hebben meer kans om dode zones, niet-ideale menging, en verminderde efficiëntie hebben in massa-overdracht 2. Aangezien algen fotosynthetische organismen, moet commerciële groei moet veranderingen in belichting door veranderingen in de waterdiepte en oppervlakte bij het verhogen volume. Hoge biomassadensiteit en / of lage massa overdrachtsnelheden kunnen leiden tot verminderde CO 2 concentraties en verhoogde O2 concentraties, die beide kunnen resulteren in een inhibitie van biomassagroei 8. Chemische factoren per algengroei systeem gedreven door pH dynamiek van het aquatisch milieu 2, die daardoor wordt beïnvloed door veranderingen in pH bufferende verbindingen, zoals opgeloste CO
Deze studie geeft een gekoppelde reactor systeem ontworpen om te reguleren en te vergelijken groeiomstandigheden in vaten van twee verschillende schalen. Het experimentele protocol richt zich op het kwantificeren van de behandeling van percolaat en algengroei; Maar deze kan worden aangepast aan andere metrieken te controleren zoals veranderingen in de microbiële gemeenschap in de tijd of de CO 2 opslag potentieel van algen. Het protocol hier gepresenteerde is ontworpen om het effect van de schaal op de algengroei en stikstofverwijdering in een percolaat behandeling te evalueren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. System Setup
Opmerking: Een 'gepaarde systeem' verwijst naar een aquarium tank en één toevoerkanaal vijver, parallel lopen.
- Voor één gekoppeld systeem, gebruik maken van een 100 liter aquaria tanks (AT), met een overhead mixer voor de kleinschalige schip, en één 1000 L toevoerkanaal vijver (RWP), met een schoepenrad mixer voor de grootschalige schip. Schepen die voor dit systeem zijn afgebeeld in figuur 1.
- Inoculeer alle schepen met dezelfde algen cultuur. Gebruik een hoge dichtheid van de inoculatie, wat resulteert in een uiteindelijke dichtheid van ten minste 0,1 g / l Eenmaal opgelost voor het aftappen in de tank 10 of vijver. Het kan een aanzienlijke hoeveelheid tijd (weken tot maanden) voldoende algen kweken voor deze stap.
- Gebruik onbehandelde stortplaats percolaat als voedingsbron. Gebruik percolaat uit een stortplaats die vooral huishoudelijk afval aanvaardt en heeft een lage niveaus van giftige stoffen. Samenstelling-analyse voor het percolaat moet beschikbaar zijn vanaf de stortplaats. THij hoeveelheid percolaat die in elke tank of vijver kan variëren afhankelijk van de sterkte van het afvalwater, maar uiteindelijke ammoniakconcentratie moet meten 5-75 mg NH3-N / L.
- Start de 100 L aquaria tank met een 60 liter werkvolume en het toevoerkanaal vijver met een 600 L werkvolume. Dit onderzoek startte met ongeveer 1 L percolaat in 59 liter water in de aquaria tank, en 10 liter percolaat in 590 liter water in het toevoerkanaal vijver. Verhoging van de concentratie van percolaat gebruikt in de loop van deze studie.
Figuur 1. Voorbeelden van een aquarium tank en toevoerkanaal vijver. Een voorbeeld van een aquarium tank (A) en toevoerkanaal vijver (B) getoond. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Bedien de tank en aquaria toevoerkanaal vijver semi-ladingsgewijze reactoren met hydraulische retentietijden van drie weken. Elke bemonstering overspant één week.
- Neem een 125 ml monster uit elk vat. Dit is het begin van de week monster. Test monsters volgens de Sample Analysis protocol in secties 3,1-3,3.
- Aan het eind van de week, neem 125 ml monsters van elk vat voor analyse. Na afloop van de week monsters zijn genomen, legen het gehele volume van het reservoir in het aquarium loopvlak vijver.
- Eenmaal per week, pomp het gehele volume van het aquarium tank in het toevoerkanaal vijver.
- Verwijder een derde van het volume (voor een gemiddelde hydraulische verblijftijd van 3 weken) vanaf het toevoerkanaal vijver. Vervang volume verwijderd met water en onbehandelde percolaat.
- Breng circa 60 liter van het Raceway vijver terug in het aquarium tank. Dit zorgt ervoor dat het aquarium tank en de Raceway vijver beginnen met dezelfde voedingsstoffen en biologische omstandigheden per week.
- Neem 125 ml monsters van alle vaartuigen voor de analyse van de startomstandigheden voor de volgende week.
3. Monsteranalyse
- Test alle begin-van-de-week en end-of-the-week monsters voor ammoniak-N, N-nitraat, nitriet-N en dichtheid van de biomassa.
- Meet biomassa door middel van standaard totale hoeveelheid zwevende deeltjes (TSS) protocol, ASTM D5907, met behulp van 0,45 pm filters.
- wegen eerst een papieren filter en het filter 20-40 ml van het monster met behulp van een vacuum filtersysteem daarna. Droog de biomassa / filtreerpapier in een oven bij 105 ° C gedurende één uur, of totdat het gewicht van de biomassa / filtreerpapier niet meer verandert.
- Weeg biomassa / filter papier, en aftrekken van de oorspronkelijke massa van het filter papier. Verdeel deze massa door het volume gefiltreerd om de biomassadensiteit te berekenen. Run in tweevoud 11.
- Meet ammoniak,nitraat en nitriet spectrofotometrisch met een spectrofotometer.
- Gebruik 100 pl monster in de commerciële werkwijze kit ammoniakconcentratie bepalen. Zie protocol van de fabrikant.
- Gebruik 1 ml van het monster in de commerciële methode kit om nitraatconcentratie te bepalen. Zie protocol van de fabrikant.
- Gebruik 10 mL monster in de commerciële werkwijze kit nitrietconcentratie bepalen. Zie protocol van de fabrikant.
- Monitor omgevingsomstandigheden (luchttemperatuur, zonnestraling, windsnelheid) met een commerciële weerstation en tank / vijver condities (watertemperatuur, pH, opgeloste zuurstof) via commerciële probes en datalogger. Zie protocol van de fabrikant.
4. Statistische analyse van de resultaten
- Bepalen of de verzamelde gegevens statistisch normaal. Bepaal normaliteit van de dataset met behulp van een QQ plot 12
- Bepaal correlaties tussen de parameters met behulp van Pearson's r of Spearman p voor normaal en niet-normale data respectievelijk 13. parameters correlatie moet ten minste de volgende parameters omvatten: aanvankelijke ammoniakconcentratie, aanvankelijke totale concentratie stikstof, aanvankelijk dichtheid biomassa, ammoniak verwijderen, totaal stikstofverwijdering rate, biomassa groei, en alle omstandigheden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het doel van deze studie is het vergelijken van de groei van biomassa en voedingsstoffen mogelijkheden van algenculturen gegroeid in klein- en grootschalige reactoren te verwijderen. Deze studie maakt gebruik van twee gekoppelde systemen genoemd systeem 1 en systeem 2, haar bevindingen dupliceren. Deze representatieve resultaten zijn van een 8-weekse periode februari tot en met april 2016. De eerste toevoerkanaal vijver werd geënt met algen oorspronkelijk afkomstig van een openlucht vijver in Philadelphia, PA 14. Deze cultuur is uitgegroeid tot een hoge dichtheid in een aquarium tank. Deze inoculatie resulteerde in een biomassadensiteit van 0,12 g / l in de RWP. Na 2,5 weken werden de tweede toevoerkanaal vijver en aquariumtank geënt, waardoor beginnen biomassa dichtheden van ongeveer 0,18 g / l. Na enkele weken werden alle ATs en RWPs samen voor een gelijkmatige biomassadensiteit en microbiële populatie onder alle vaten gemengd; regelmatig werkende, controle begon zoals voorgeschreven in deprotocol.
Begint en eindigt parameters werden gemeten op een wekelijkse basis zoals beschreven in het Voorbeeld Informatieverwerking 15. Beginvoorwaarden biomassa, ammoniak en totale stikstof concentratie in alle bakken varieerde 0,2-1,0 g / l, 3,1-14 mg NH3-N / L en 8,1-20,1 mg N / l. Het gemiddelde en de standaarddeviatie van de verwijdering en groeicijfers van elk vat worden in tabel 1. Deze voorwaarden leverde biomassa groeicijfers, en ammoniak en de totale tarieven stikstofverwijdering variërend van -0.04-0.07 g / L / dag, 0,39-1,61 mg N / L / dag, en 0,26-1,47 mg N / L / dag, respectievelijk uit alle vier schepen. Weektarieven stikstofverwijdering en biomassagroei tarieven van systeem 1 en systeem 2 is te zien in figuur 2.
Figuur2. Samenvatting van de productiviteit op de representatieve studie periode. Ammoniak verwijderingssnelheden (A), totale prijzen stikstofverwijdering (B) en biomassagroei rates (C) worden in de bovenste, middelste en onderste panelen respectievelijk. De resultaten van het systeem 1 worden gepresenteerd aan de linkerkant, en het systeem 2 aan de rechterkant. Resultaten uit aquaria tanks en toevoerkanaal vijvers zijn vertegenwoordigd op alle grafieken door X, en Δ, respectievelijk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Statistische correlaties werden gebruikt om parameters te vergelijken en mogelijke trends. Input parameters waren: aanvankelijke ammoniakconcentratie, aanvankelijke nitraatconcentratie, aanvankelijk nitriet concentratie aanvankelijke totale stikstofconcentratie, te beginnen concentratie biomassa, ammoniak removaal rate, nitraat verwijdering tarief, nitriet afname, totale verwijdering van stikstof rate, biomassa groei, watertemperatuur, pH. De verzamelde gegevens waren niet statistisch normaal zo Spearman's rho, de parametrische correlatie werd gebruikt. De sterkste significante correlatie was tussen de initiële ammoniakconcentratie en ammoniak afname (ρ = 0.90). De trend tussen initiële ammoniakconcentratie en de ammoniak verwijderingssnelheid te zien in figuur 3.
Figuur 3: Ammoniak remova fo: keep-together.within-page = "1" l als functie van het starten van ammoniakconcentratie. De gegevens van alle schepen voor de representatieve 8 weken worden gepresenteerd. Trendlijn R2 = 0,76. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Ammonia Removal Rate (MGN / L) | Totaal stikstofverwijdering Rate (MGN / L) | Biomassa Growth Rate (g biomassa / 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 |
Tabel 1. Gemiddelde ± standaardafwijking van productiviteit in afzonderlijkevaartuigen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Systeem prestatie:
In de loop van een 8 weken durende studie, de productiviteit van de kleine en grote schepen in een systeem werden vergeleken. In deze studie stikstof en ammoniak tarieven verwijdering en biomassa groeicijfers werden gebruikt als maatregelen van de productiviteit van het systeem voor de behandeling. Het systeem werd bedreven als een semi-ladingsgewijze reactor, waarbij elke week onder afzonderlijke omstandigheden werd bedreven. Representatieve resultaten vertegenwoordigen de eerste 8 weken van de systeemwerking is echter het volledige onderzoek zal uitbreiden veel langer te verantwoorden seizoensgebonden variatie in omgevingscondities.
De hierboven beschreven methode vraagt om het mengen van de gepaarde systeem (kleine en grote vaten) samen elke 7 dagen. Daarom is het verschil in productiviteit tussen de twee schalen in deze periode uitsluitend afhangt van de verschillende omstandigheden in de twee middelgrote schepen. Bijvoorbeeld, als de belichting in een van de reactoren aanzien-zienlijk lager dan in de andere, zal de biomassa groei aanzienlijk veranderen. Dode zones als gevolg van onvolledige menging, slechte massaoverdracht, variabele CO 2 of pH, samen met andere afwijkende voorwaarden tussen de twee schalen kunnen verschillen in de productiviteit van de vaten in de gekoppelde systemen veroorzaken.
Anderzijds, indien de productiviteit waarden van de kleine en grote vaten in elk systeem gelijk zijn, dan is het waarschijnlijk dat de kleinschalige verblijf creëert vergelijkbare groeiomstandigheden als grootschalige vaartuig of eventuele verschillen tussen de twee verschillende geschaald reactoren invloed op de productiviteit verwaarloosbaar. In deze situatie zou de waarden van de kleinschalige systeem waarschijnlijk representatief voorspellers van de productiviteit in een volledig systeem.
De verwerkingscapaciteit van het systeem werd geëvalueerd op basis van het vermogen om stikstof te verwijderen. Statistische correlaties tussen alle factoren bleek een sterke, positieve correlation (ρ = 0.90) tussen de start ammoniakconcentratie en de ammoniak verwijdering tarief. Dezelfde positieve correlatie waargenomen in een eerdere studie uitgevoerd in aquaria tanks 14. Deze positieve ontwikkeling tussen de ammoniak verwijderingssnelheid en de starttijd ammoniakconcentratie te zien in figuur 3, waarin gegevens verzameld van alle RWPs en AT omvat. De stikstofverwijdering tarieven van de twee vaartuig kan worden vergeleken schaal specifieke trends opnieuw gegevens zijn verzameld identificeren.
Variabele smoorspoel parameters:
Key reactor variabelen zijn de oppervlakte volume verhouding en verblijftijd. Reactoren werden gebruikt in een semi-ladingsgewijze wijze, met een complete mix van kleine en grote vaten en 1/3 volledige vervanging reactorsysteem volume per 7 dagen. Terwijl het mengen periode in deze studie was een week, zoals vermeld in paragraaf 2.3, nu kan worden aangepast afhankelijk van de groei en nutrseerde consumptie tarieven van de fotosynthetische culturen, evenals de uiteindelijke toepassing van het volledige weegsysteem. Het oppervlak tot volumeverhouding, welke kan worden gemodificeerd door het veranderen van het volume beïnvloedt de massaoverdracht van gassen als belichting voor fotosynthetische organismen.
De volumes van het loopvlak vijver aquariumtank van elk systeem werden gemengd bij het begin van de week dat de startcondities bijzonder de entcultuur, in beide schalen gelijk waren. De tijdsduur tussen het mengen van de twee vaten kan worden aangepast op basis van de toepassing. Aangezien de meeste alge relatief langzaam groeiende micro-organismen, wordt een week aanbevolen als de kortste tijd die moet worden gebruikt. Een langere tijd tussen mengen kan enige variatie in de productiviteit als gevolg van kleine verschillen in milieuomstandigheden tussen de twee schalen onthullen. Te veel tijd tussen mengen van de schalen mogelijk zou maken de microbiëlegemeenschappen ver uiteenlopen, waarna de vergelijking tussen schalen niet meer nauwkeurig de reactor omstandigheden. Zelfs als verlenging van de tijdsduur tussen het mengen van de twee schalen is echter een aantal herhalingen vullen om na te gaan of enig verschil (of gebrek aan verschillen) in productiviteiten significant.
Het oppervlak tot volumeverhouding kan worden gewijzigd door het werkvolume aanpassen. Deze verhouding invloed op de stofoverdracht van gassen in en uit het vat, en de hoeveelheid licht algen blootstaat. Afhankelijk van het type schip, het oppervlak tot volumeverhouding (SA: V) en het licht blootgestelde oppervlak tot volumeverhouding (LE-SA: V) kunnen verschillen. In deze studie wordt de wanden van de aquaria tanks transparant, waardoor het licht in alle kanten en door de top, terwijl gas overdracht alleen plaatsvinden door het wateroppervlak, wat betekent dat de SA: V en LE-SA: V ongelijk. Maar het toevoerkanaal vijvers gebruiktIn deze studie hebben ondoorzichtige muren, zodat de SA: V en LE-SA: V zijn gelijk.
Bij het scherpstellen op schaal omhoog, het licht blootgesteld oppervlak tot volume (LE-SA: V) verhouding is belangrijk 1, 7. Een dichte algen cultuur zal resulteren in een minimale lichtinval voorbij de eerste paar centimeter water. Continu mengen van een dichte cultuur en een hoge LE-SA: V-verhouding zal de totale blootstelling aan licht te verhogen en moet resulteren in hogere productie opbrengsten. Continu mengen zal ook aide in de massa-overdracht van gassen. Om te controleren of de kleinschalige schip nauwkeurig voorspelt grootschalige productiviteit een volledige vergelijkende studie zou moeten worden gedaan.
Reactor beperkingen:
Bij het opzetten en exploiteren van dit systeem voor het eerst zijn er een paar dingen die problemen kunnen veroorzaken. Ten eerste is het zeer belangrijk om minstens 0,1 g / l biomassa algen hebben vaartuigen bij opschaling. Indien dedichtheid te laag is, is het zeer waarschijnlijk dat de geënte algen snel 10 afsterven. Ten tweede kan het systeem omgaan met hoge concentraties van ammoniak, maar de ingang ammoniakconcentratie moet geleidelijk op gedurende vele weken 14, 16, 17 worden vergroot. In deze studie werd de ingang ammoniakconcentratie aanduidingen op een zeer conservatieve snelheid, een verlenging van ongeveer 10 MGN / L elke 3 weken. Tenslotte, nog bewaking van alle opgeloste stikstof soorten is het belangrijk dat de nitrietconcentraties laag gehouden. Nitriet kan giftig voor algen en andere organismen zijn bij hoge concentraties 18. Als nitrietconcentraties tot boven 150 mg N / l, dan extra hoeveelheid worden verwijderd en vervangen door water om de toxische concentraties nitriet verdunnen.
Mogelijke toepassingen:
Deze methodologie kan worden toegepast VERify de juistheid van de ingevoerde gegevens gebruikt om full-scale productieprocessen in levenscyclusanalyses (LCA) en techno-economische analyses (theesoorten) van full-scale productie systemen te simuleren. Vaak, de groei van biomassa en voedingsstoffen consumptie tarieven van kleinschalige studies overschatten de mogelijkheden van een schaal-up systeem. Ondanks dit, de overgrote meerderheid van de LCA's en thee gebruiken invoerwaarde van kleinschalige studies om full-scale productie waarden voorspellen hun inschatting van full-scale technologieën 19, 20, 21, 22, 23. Voordat u de resultaten uit kleinschalige studies op deze manier, moet worden gecontroleerd of deze resultaten zijn een goede vertegenwoordiging van wat kan worden verwacht van een full-scale systeem. Momenteel is er geen gestandaardiseerde methode voor de verzameling van gegevens voor voorspellende studies grootschalige systemen. De methodologie hier gepresenteerdekan worden toegepast als een verificatie studie.
In deze studie, stikstofverwijdering en biomassagroei werden gebruikt als de statistieken voor het bepalen van de effectiviteit van de behandeling. Dit systeem kan gemakkelijk worden aangepast voor andere toepassingen, met inbegrip van andere afvalstromen (huishoudelijk of agrarisch afvalwater), gecontroleerd voor andere parameters (BOD, heavy metal, pathogeen verwijdering), opmerkingen over veranderingen in de microbiële gemeenschap, of veranderd van een semi-batch reactor een continu gemengd reactorsysteem. In elk van deze toepassingen de hier beschreven protocol kan worden gebruikt om laboratoriumschaal en op grotere schaal te evalueren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs willen graag de Sandtown Landfill in Felton, DE bedanken voor hun kennis en percolaat delen.
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).
