Çeşitli mikrobiyal Toplulukları Yüksek Yoğunluklu Yetiştirme için Yeni Bir Biyoreaktör

Bu biyoreaktör tasarımı ve deneyinin genel amacı, atık suların etkili bir şekilde arıtılması için özgün bir biyoreaktörde yüksek yoğunluklu, karışık bir fotosentetik topluluğun kültüre edilmesini göstermektir. Bu yöntem, atık akışlarını iyileştirmek için alg biyoreaktörlerinin nasıl tasarlanacağı ve işletileceğinin yanı sıra alg biyokütlesinin nasıl kültüre edileceği gibi temel soruları yanıtlamak için kullanılabilir. Bu tekniğin temel avantajı, harici ayırma yöntemlerine ihtiyaç duymadan yüksek yoğunluklu alg biyokütlesinin kültüre edilmesidir.

Bu uygulama fikri ilk olarak, bu yüksek yoğunluklu biyoreaktör sisteminin, atık sulardaki organik bileşiklerin arıtımında aktif çamurdan heterotrof bakterileri büyütmede olduğu kadar, azotlu atık su kirleticisi olan amonyağın arıtımında ototrof nitrifikasyon ve denitrifikasyon süreçlerinde de oldukça başarılı olduğunu fark ettiğimizde ortaya çıktı. Bu prosedürü uygulayan kişi, aynı zamanda laboratuvarımda kooperatif öğrenci ve teknisyen olan Drexel Üniversitesi A-B-S-M-S öğrencisi Thomas Thompson'dır. Başlamak için reaktörü bir karıştırma plakasına yerleştirin ve reaktöre bir manyetik balık ekleyin.

Geri dönüşüm tankını, tankın çıkış portu laboratuvar tezgahının kenarına bakacak şekilde manyetik karıştırıcı ve reaktörün yanına yerleştirin. Atık kabını geri dönüşüm tankının çıkış portunun altına yerleştirin. Ardından besleme tankını geri dönüşüm tankının yanına yerleştirin.

Reaktörü, uygun boyutlarda bir stand ve kıskaç ile devrilmeye karşı sabitleyin. Neopren peristaltik pompa hortumlarını geri dönüş pompası ve besleme pompası başlıklarına yerleştirin. Pompa başlıklarını, pompa sürücüleriyle birlikte verilen vidaları kullanarak pompa sürücülerine monte edin.

Ardından, A pompasının hortumlarını reaktör ve geri dönüş tankındaki portlara bağlayın. B pompasının hortumunun uçlarını besleme tankına ve geri dönüş tankına yerleştirin. Reaktörün üst portunu bir hortum yardımıyla geri dönüş tankına bağlayın.

Son olarak, reaktör portlarındaki borulara klempler takın. Reaktörü başlatmak için beş litre akışkan veya besleme çözeltisi hazırlayın. İlk olarak, hazırlanan çözeltinin her litresi için 0,5 mililitre mineral çözeltisi ekleyin.

Ardından, iki mililitre amonyak stok çözeltisini ve iki mililitre nitrat stok çözeltisini toplam bir litre hacme tamamlayarak seyreltin. Reaktöre 750 mililitre besleme çözeltisi ekleyin. Geri dönüş tankını 500 mililitre besleme çözeltisi ile doldurun.

Reaktörün tabanına yakın bir bölgeye, 1,5 gram alg içeren bir inokülasyon süspansiyonunu uzun bir pipet kullanarak nazikçe ekleyin. Bir sonraki adıma geçmeden önce, inokülumun reaktörün tabanına çöktüğünden görsel gözlemle emin olun. Havalandırma taşını geri dönüş tankına yerleştirin ve çalıştırın.

Hücreler çöktüğünde, tüp kelepçelerini çıkarın ve pompa A'yı düşük bir akış hızında çalıştırın. Pompa sürücü ünitesindeki kontrolleri kullanarak, çözelti reaktöre pompalandıkça besleme çözeltisini geri dönüş tankına kademeli olarak ekleyin. Hem reaktör hem de geri dönüş tankı kapasiteye ulaşıp çıkış başlayana kadar eklemeye devam edin.

Geri dönüş tankından üst port aracılığıyla çıkmaya başlar. Kalan besleme çözeltisini besleme tankına dökün. Ardından pompa a'yı dakikada 19 devire ayarlayarak 72.5 milliliters per minute geri dönüş akış hızı oluşturun.

Reaktör üzerindeki derecelendirmeleri kullanarak alglerin reaktör tabanından yükselmeye başladığını gözlemleyin. Alg biyokütle bölgesi yüksekliğini belirleyin. Bir sonraki adıma geçmeden önce yüksekliğin sabit olduğundan emin olun.

Karıştırma tablasının hızı ayarlanırken, biyokütle kaybını önlemek için alg biyokütlesinin yüksekliğinin ve stabilitesinin izlenmesi hayati önem taşır. Karıştırma çubuğunun hızındaki modern kademeli değişiklikler, bunun meydana gelmesini önlemeye yardımcı olur. Karıştırma tablasını çok düşük hızda çalıştırın.

Başlamak için bir veya iki ayarı uygundur. Karıştırma çubuğu biyokütlenin daha fazla yükselmesine yardımcı olacaktır, ancak agresif karıştırma alg oluşumuna neden olur. Reaktörden ayrılmak için geri dönüş tankına girin ve çıkış suyunda bırakın.

Besleme pompasını çalıştırın. Alg tıkacı ile reaktör sıvısı arasında net bir sınır gözlemledikten sonra, pompayı dakikada 25 devire ayarlayarak dakikada 1.5 mililitrelik bir akış hızı oluşturun. Yerçekimi ve gelen etkili akımın neden olduğu yer değiştirme nedeniyle, reaktör sıvısının çıkış portundan tahliye olduğunu gözlemleyin.

Reaktör sistemi üzerinde bakım çalışmalarını gerçekleştirmeden önce numune toplama faaliyetlerini yürütün. Günlük olarak 20 mililitre çıkış ve giriş numunesi toplayın. Çıkış numunelerini geri dönüş tankının içerisinden alın.

Besleme tankından doğrudan giriş numuneleri toplayın. Depolama ve analiz öncesinde askıdaki katı maddeleri uzaklaştırmak için numuneleri vakum filtreleyin. Giriş ve çıkış numunelerini, analiz edilene kadar -20 °C'de saklayın.

Dondurma-çözme döngülerinin sayısını sınırlayın. Numuneler, standart teknikler kullanılarak nitrat, nitrit ve amonyak analizlerinin gerçekleştirilmesine tabi tutulmuştur. Amonyak giderimi, tüm besleme kompozisyonu aralıklarında gözlemlenmiş, ancak amonyak gideriminin miktarı amonyak kompozisyonunun etkisinden önemli ölçüde etkilenmemiştir.

Benzer şekilde, amonyak gideriminin nitrat kompozisyonunun etkisinden önemli ölçüde etkilenmediği, buna karşın nitratın çoğu giriş kompozisyonu boyunca reaktör içerisinde biriktiği gözlemlenmiştir. Nitrat giderimi, amonyak besleme kompozisyonu ile negatif ilişkiliyken, nitrat giderimi nitrat besleme kompozisyonu ile pozitif ilişkili bulunmuştur. Amonyak gideriminin nitrat oluşumu ile eş zamanlı gerçekleşmesi, karışık topluluk içerisinde amonyak ve nitrat oksitleyen bakterilerin bulunduğunu ve bu organizmaların reaktör içerisindeki azot türlerinin dönüşümüne katkıda bulunduğunu göstermektedir.

Amonyak ve nitrit oksitleyen bakterilerin ihtiyaç duyduğu oksijen, geri dönüş tankındaki havalandırma ile sağlanacak ve geri dönüş pompası aracılığıyla reaktör içindeki biyokütle bölgesine taşınacaktır. Giriş ve çıkış akımının kimyasal bileşiminin izlenmesine ek olarak, reaktördeki askıda katı madde içeriğinin popülasyon çökmelerinin iyi bir öngörücüsü olduğu saptanmıştır. Besleme bileşimindeki büyük ve ani değişiklikler, mikrobiyal topluluk üzerinde olumsuz etkiler yaratabilir ve reaktör çökmelerine yol açabilir.

Sonuç olarak, bu tür çökmeleri önlemek için yem kompozisyon çizelgeleri dikkatle seçilmelidir. Bu yöntem, bu fotobiyoreaktörde işlev gören alg-bakteri sistemleri hakkında bilgi sağlayabilse de, sistemdeki aktif çamurdan gelen heterotrof bakterilerin yanı sıra nitrifikasyon ve denitrifikasyon yapan bakterileri, oksitleyici bakterileri ve fosfat biriktiren organizmaları da inceleyebiliriz. Yönteme hakim olunduğunda, yüksek yoğunluklu bir biyoreaktör iki saatten kısa sürede kurulup hazır hale getirilebilir. Örnek toplama ve hazırlık gibi günlük faaliyetler yaklaşık bir saat sürmelidir. Bu gösterimin, diğer araştırmacıları farklı mikrobiyal sistemleri incelemek amacıyla bu reaktörü benimsemeye teşvik etmesini umuyoruz.

İzlediğiniz için teşekkür eder, deneylerinizde başarılar dileriz.