विविध माइक्रोबियल समुदाय के उच्च घनत्व की खेती के लिए एक उपन्यास बायोरिएक्टर

1Civil, Architectural, and Environmental Engineering, Drexel University, 2Chemical and Biomolecular Engineering, University of Pennsylvania
Published 12/25/2015
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Bioengineering

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Summary

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Price, J. R., Shieh, W. K., Sales, C. M. A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities. J. Vis. Exp. (106), e53443, doi:10.3791/53443 (2015).

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Abstract

Introduction

नगरपालिका अपशिष्ट जल सामान्यतः निलंबित ठोस (एसएस), जैविक ऑक्सीजन डिमांड (बीओडी), कार्बनिक और अकार्बनिक नाइट्रोजन, फॉस्फोरस और सामग्री को 5,6 कम करने के लिए सक्रिय कीचड़ प्रक्रियाओं के साथ व्यवहार किया जाता है। सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया, माध्यमिक अपशिष्ट उपचार का एक साधन है, आने वाले गंदे पानी और साफ किया परपोषी सूक्ष्मजीव के एक मिश्रित शराब से भरा एक वातन टैंक में जैविक कार्बन का ऑक्सीकरण जरूरत पर जोर देता 5-7 (आमतौर पर सक्रिय कीचड़ के रूप में करने के लिए कहा गया है)। मिश्रित शराब तो कीचड़ के लिए, आसान संग्रह के लिए बैठती है, जहां एक अपेक्षाकृत बड़े विशुद्धक (निपटाने के टैंक) में प्रवेश करती निपटारा या स्पष्ट किया, इलाज अपशिष्ट जल तृतीयक उपचार या कीटाणुशोधन के लिए जारी रख सकते हैं, जबकि में जारी किए जाने से पहले, वापस वातन टैंक को साफ किया जा सकते हैं या तो पानी प्राप्त होने 5-7। माध्यमिक विशुद्धक में इलाज अपशिष्ट जल और ठोस (कीचड़) के कुशल जुदाई था एक के समुचित कार्य के लिए आवश्यक हैtewater उपचार प्रणाली, किसी भी सक्रिय कीचड़ प्रवाह 5-8 में बीओडी और एस एस में वृद्धि होगी एजीटेटर्स परे जारी रखने के रूप में।

वैकल्पिक जैविक प्रक्रियाओं की एक संख्या को कम या संलग्न-विकास (biofilm) रिएक्टरों, झिल्ली बायोरिएक्टर (MBRS), और बारीक कीचड़ रिएक्टरों सहित बड़े स्पष्ट टैंक, के लिए समाप्त करने की जरूरत है, जो गंदे पानी की माध्यमिक उपचार के लिए मौजूद हैं। Biofilm रिएक्टरों, स्वाभाविक रूप से कुल सूक्ष्मजीवों और एक ठोस सतह पर एक परत के रूप में देते हैं जिसमें biofilms के गठन में, एक स्पष्ट टैंक के लिए आवश्यकता के बिना बायोमास प्रतिधारण और संचय के लिए अनुमति देता है। Biofilm रिएक्टरों तीन प्रकार में वर्गीकृत किया जा सकता है: पैक बिस्तर रिएक्टरों, द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टर, और जैविक contactors घूर्णन। इस तरह के एक मिलने वाले फिल्टर और जैविक टावरों के रूप में पैक बिस्तर रिएक्टरों, एक स्थिर ठोस वृद्धि सतह 5,6 का उपयोग। द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टर (एफबीआर), कणों को सूक्ष्मजीवों के लगाव पर निर्भररेत जैसे, बारीक कार्बन (जीएसी), या एक उच्च ऊपर की ओर प्रवाह की दर 9,10 द्वारा निलंबन में रखा जाता है, जो कांच के मोती, सक्रिय। घूर्णन जैविक रिएक्टरों biofilm अनुमति के लिए एक घूर्णन शाफ्ट से जुड़ी मीडिया पर गठित biofilms बारी-बारी से हवा से अवगत कराया जाएगा और तरल 5,6 इलाज किया जा रहा है पर निर्भर करते हैं। MBRS बायोरिएक्टर (जलमग्न विन्यास) के भीतर या बाहर से recirculation (पक्ष-धारा विन्यास) 5,11 माध्यम से या तो, झिल्ली निस्पंदन इकाइयों का उपयोग करें। झिल्ली में इलाज तरल 11,12 से बायोमास और ठोस कणों का अच्छा जुदाई को प्राप्त करने के लिए काम करते हैं। बारीक कीचड़ रिएक्टरों में जो सूक्ष्मजीवों के बेहद घने और अच्छी तरह से निपटाने के कणिकाओं के गठन वे उच्च सतही हवा upflow के संपर्क में हैं तब होता है जब 13 वेग upflow रिएक्टरों हैं।

सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया, एक उपन्यास upflow रिएक्टर प्रणाली के लिए एक और विकल्प के रूप में अब एक उच्च घनत्व बायोरिएक्टर (HDBR) कहा जाता है, तैयार बनाया गया थाडी और गरीब निपटाने कीचड़ के गठन के कारण जाना जाता है कि कम एफ / एम परिस्थितियों में सिंथेटिक अपशिष्ट धाराओं (यानी, bulking कीचड़) 1,7,14 से सक्रिय कीचड़ से कॉड हटाने का अध्ययन करने के लिए बिक्री और (2006) Shieh द्वारा बनाया गया। उपयोग किया HDBR प्रणाली आम तौर पर एक upflow रिएक्टर और एक बाहरी पुनरावृत्ति टैंक से मिलकर बनता है कि द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टरों को संशोधित किया। Biofilm से कवर किया सब्सट्रेट बनाए रखा जाता है, ताकि द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टरों आम तौर पर काफी निलंबित biofilm विकास बुनियाद रखने के लिए पर्याप्त उच्च लेकिन कम पुनरावृत्ति धारा प्रवाह दरों के साथ संचालित कर रहे हैं। द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टरों के विपरीत, HDBR बिक्री में वर्णित है और (2006) Shieh बाहरी वातन के साथ-साथ, रिएक्टर 1 के भीतर का गठन बायोमास क्षेत्र के विघटन को रोका है, जो अपेक्षाकृत कम पुनरावृत्ति धारा प्रवाह दरों का इस्तेमाल किया। बाद के अध्ययन सफलतापूर्वक बैक्टीरिया 3,4 denitrifying / nitrifying का उपयोग कर नाइट्रोजन अपशिष्टों की एक श्रृंखला के इलाज के लिए इस रिएक्टर डिजाइन की क्षमता का प्रदर्शन किया है। सभी संवर्धन मेंHDBR के भीतर एक स्थिर, घने बायोमास क्षेत्र के गठन के लिए एक बाहरी flocculation / अवसादन प्रक्रिया 1-4 के लिए की आवश्यकता समाप्त एँ।

हम यहाँ रिपोर्ट के रूप में, घने संस्कृतियों विकसित करने के लिए HDBR का उपयोग भी शैवाल की खेती के लिए एक photobioreactor (PBR) विन्यास में परीक्षण किया गया है। हम लाभ और काई की खेती के लिए इस उपन्यास रिएक्टर व्यवस्था की खामियों और बायोमास कटाई (यानी, अच्छा ठोस तरल जुदाई 15,16) के साथ जुड़े काई जैव ईंधन के व्यावसायीकरण में एक बड़ी बाधा पर काबू पाने के लिए अपनी क्षमता पर चर्चा की। निम्नलिखित प्रोटोकॉल स्टार्टअप से नमूना, इकट्ठा, और ब्याज की माइक्रोबियल समुदाय के रूप में शैवाल के साथ एक HDBR बनाए रखने के लिए आवश्यक कदम की रूपरेखा। परपोषी और nitrifying / denitrifying संस्कृतियों के स्टार्टअप और ऑपरेशन प्रोटोकॉल में बदलाव भी उल्लेख किया जाएगा। अन्त में, सामान्य फायदे, नुकसान, और इस उपन्यास रिएक्टर डिजाइन के अज्ञात प्रकाश डाला जाएगा।

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Protocol

1. रिएक्टर विधानसभा

  1. चित्रा 1 में योजनाबद्ध के अनुसार रिएक्टर घटकों की व्यवस्था।
    1. एक मिश्रण थाली पर रिएक्टर (आर) की जगह रिएक्टर के लिए एक हलचल बार जोड़ें। टैंक के प्रवाह (ऊपर) बंदरगाह प्रयोगशाला बेंच के किनारे की ओर निर्देशित है कि इतनी हलचल प्लेट और रिएक्टर के बगल में पुनरावृत्ति टैंक (आरटी) रखें।
    2. रीसायकल टैंक (आरटी) का प्रवाह (ऊपर) बंदरगाह के नीचे बर्बाद कंटेनर (डब्ल्यू) रखें। रीसायकल टैंक (आरटी) के बगल में फ़ीड टैंक (एफटी) रखें।
      नोट: चारा टैंक 5 एल की कुल क्षमता है,
  2. एक उचित आकार स्टैंड और क्लैंप के साथ ढोने के खिलाफ रिएक्टर (आर) सुरक्षित। इसी तरह, आंदोलन को रोकने के लिए रीसायकल टैंक (आरटी) सुरक्षित।
  3. रीसायकल (पंप ए) में neoprene क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप ट्यूबिंग डालें और (पंप बी) पंप सिर खिलाओ। अतिरिक्त ट्यूबिंग विनिर्देशों के लिए सामग्री तालिका देखें। शिकंजा प्रावधानों के साथ पंप ड्राइव पर पंप सिर स्थापित करेंपंप ड्राइव के साथ ded।
  4. रिएक्टर और रीसायकल टैंक पर बंदरगाहों के लिए पंप एक के ट्यूबिंग कनेक्ट करें। चारा टैंक और रीसायकल टैंक में पंप बी के ट्यूबिंग के अंत डालें। ट्यूबिंग साथ पुनरावृत्ति की टंकी के लिए शीर्ष रिएक्टर पोर्ट से कनेक्ट करें। रिएक्टर बंदरगाहों पर ट्यूबिंग को अकड़न लागू करें।
    नोट: संश्लेषक समुदायों दीपक द्वारा प्रदान की कृत्रिम रोशनी से लाभ हो सकता है।

शेयर समाधान, सहायक नदी / फ़ीड समाधान, और शैवाल Inoculant की 2. तैयारी

  1. खनिज शेयर समाधान तैयार है। 200 ग्राम सोडियम बाइकार्बोनेट, 40 ग्राम अकेले आधार पोटेशियम फॉस्फेट, 4 जी मैग्नीशियम सल्फेट, 4 जी फेरिक क्लोराइड, 4 ग्राम कैल्शियम क्लोराइड, 1 ग्राम तांबे क्लोराइड, 1 ग्राम कोबाल्ट: विआयनीकृत पानी की 500 मिलीलीटर के साथ एक 1 एल फ्लास्क के लिए निम्न जोड़ें क्लोराइड hexahydrate, 1 ग्राम निकल क्लोराइड hexahydrate, 1 ग्राम जिंक सल्फेट heptahydrate। विआयनीकृत पानी की एक अतिरिक्त 400 मिलीलीटर जोड़ें। लवण के विघटन के लिए प्रोत्साहित करने के लिए जबरदस्ती भंवर। निम्नलिखित Dissलवण की olution, 1 करने के लिए एल समाधान की कुल मात्रा लाने के लिए विआयनीकृत पानी जोड़ने
  2. अमोनिया शेयर समाधान तैयार है। एक 1 एल बड़ा फ्लास्क में, विआयनीकृत पानी की लगभग 900 मिलीलीटर में अमोनियम क्लोराइड की 38.214 ग्राम भंग। विघटन के बाद, 1000 मिलीलीटर की कुल मात्रा को लाने के लिए विआयनीकृत पानी जोड़ें।
    नोट: 1 एल को पतला शेयर समाधान के 1 मिलीलीटर एक 10 मिलीग्राम एल पैदावार -1 एनएच 4 + एन समाधान।
  3. नाइट्रेट शेयर समाधान तैयार है। एक 1 एल बड़ा फ्लास्क में, विआयनीकृत पानी की लगभग 900 मिलीलीटर में पोटेशियम नाइट्रेट का 72.413 ग्राम भंग। विघटन के बाद, 1000 मिलीलीटर की कुल मात्रा को लाने के लिए विआयनीकृत पानी जोड़ें।
    नोट: - एन समाधान 1 एल को पतला शेयर समाधान के 1 मिलीलीटर -1 नं 3 एक 10 मिलीग्राम एल अर्जित करता है।
  4. फ़ीड / सहायक नदी समाधान तैयार है। एक के 2 मिलीलीटर पतला, एन - 20 मिलीग्राम एल युक्त चारा समाधान -1 एनएच 4 + एन और 20 मिलीग्राम एल -1 नं 3 बनानाmmonia शेयर समाधान और 1 एल कुल मात्रा नाइट्रेट शेयर समाधान के 2 मिलीलीटर। पहले कमजोर पड़ने के लिए, 0.5 मिलीलीटर खनिज समाधान / समाधान के एल बनाया जा रहा है जोड़ें। रिएक्टर शुरू करने के लिए कुल में सहायक नदी के 5 एल तैयार करें।
  5. शैवाल inoculant तैयार करें।
    1. इस तरह के एक स्ट्रीम या तालाब के रूप में एक शैवाल युक्त पानी शरीर से पानी की एक बड़ी मात्रा में (कम से कम 10 एल) लीजिए। शैवाल 24 घंटे के लिए undisturbed पानी के नमूनों को छोड़ कर व्यवस्थित करने के लिए अनुमति दें।
    2. नमूना बोतलों के भीतर एक केंद्रित शैवाल निलंबन छोड़ने छानना और नमूने के शीर्ष पर स्पष्ट (युक्त गैर शैवाल) पानी त्यागें। एक कंटेनर में नमूने के सभी से शैवाल निलंबन का मिश्रण है और बसने और decanting चरणों को दोहराएँ।
    3. नमूना केंद्रित भीतर बायोमास उपाय।
      1. सह मापने आरटी पर 30 मिनट के लिए एक desiccator में शांत डाउन होने के बाद 103 डिग्री सेल्सियस के लिए निर्धारित किया गया है जो एक ओवन में नाव हे / एन तौलना एक कागज वैक्यूम फिल्टर (0.45 माइक्रोन एम वैक्यूम फिल्टर) और एल्यूमीनियम सूखीफिल्टर का बड़े पैमाने पर mbined और नाव तौलना।
      2. वैक्यूम केंद्रित शैवाल निलंबन के 20 मिलीलीटर फिल्टर और फिल्टर लौटने और / एन हे सूखी करने के लिए ओवन के लिए नाव का वजन।
      3. फिल्टर के संयुक्त बड़े पैमाने पर मापने और नाव तौलना। नमूना केंद्रित भीतर बायोमास घनत्व की गणना।
        नोट: जांचकर्ताओं स्रोत पानी शरीर पर निर्भर करेगा लेने की आवश्यकता होगी कि पानी के नमूने की कुल मात्रा।

3. बोने और रिएक्टर शुरू

  1. रिएक्टर के लिए चारा समाधान के 750 मिलीलीटर जोड़ें। चारा समाधान के 500 मिलीलीटर के साथ रीसायकल टैंक भरें।
  2. धीरे रिएक्टर के नीचे के पास शैवाल के 1.5 ग्राम से युक्त एक टीका लगाना निलंबन जोड़ने के लिए एक लंबे समय पिपेट का प्रयोग करें। Inoculum अगले कदम के लिए आगे बढ़ने से पहले, रिएक्टर के नीचे बसा दृश्य अवलोकन से यह सुनिश्चित करने के लिए अनुमति दें।
  3. कोशिकाओं तय हो चुका है एक बार, (10 revolutio ट्यूब अकड़न को दूर करने और एक धीमी गति से प्रवाह की दर से पंप एक मोड़ परएनएस मिनट -1/38 मिलीलीटर मिनट -1)। ट्यूबिंग में फंस हवा रिएक्टर में निष्कासित कर दिया जाएगा।
    नोट: रिएक्टर के लिए 750 मिलीलीटर के अलावा रिएक्टर जाने से पंप से परेशान किसी भी बायोमास कर पाएगा। सब हवा निष्कासित कर दिया गया है कि यह सुनिश्चित करने के लिए ट्यूबिंग निचोड़।
  4. समाधान रिएक्टर में पंप है के रूप में धीरे-धीरे पुनरावृत्ति की टंकी के लिए चारा समाधान जोड़ें। रिएक्टर और रीसायकल टैंक दोनों क्षमता और शीर्ष पोर्ट के माध्यम से पुनरावृत्ति टैंक से बाहर निकलने के प्रवाह शुरू होता है जब तक इसके लिए आगे बढ़ें।
    नोट: चारा समाधान की मात्रा रिएक्टर के लिए जोड़ा inoculant की मात्रा के साथ अलग अलग होंगे पुनरावृत्ति की टंकी के लिए जोड़ा जाएगा।
  5. चारा टैंक में शेष फ़ीड समाधान डालो।
  6. 72.5 मिलीलीटर मिनट की एक पुनरावृत्ति प्रवाह दर की स्थापना, -1 मिनट 19 क्रांतियों को रीसायकल पंप (पंप एक) सेट -1। शैवाल रिएक्टर के नीचे से मचान करने के लिए शुरू का निरीक्षण करें। रिएक्टर पर ग्रेडेशन का उपयोग करना, शैवाल द्वि निर्धारितoMass क्षेत्र ऊंचाई। ऊंचाई अगले कदम के लिए आगे बढ़ने से पहले स्थिर है कि सुनिश्चित करें।
  7. बहुत कम गति पर मिश्रण थाली पर बारी; 1 या 2 के एक सेटिंग शुरू करने के लिए उचित है। मिश्रण बार आगे बायोमास lofting में मदद करेंगे, लेकिन आक्रामक मिश्रण, रिएक्टर छोड़ पुनरावृत्ति टैंक दर्ज करें, और प्रवाह में छोड़ने के लिए शैवाल का कारण होगा। रिएक्टर (2A चित्रा) के भीतर एक स्पष्ट शैवाल सीमा स्थापित करने की जरूरत है एक सेटिंग में गति मिश्रण सेट करें; काई बायोमास क्षेत्र ऊंचाई में लगभग 10-15 सेमी होना चाहिए।
  8. काई प्लग और रिएक्टर तरल पदार्थ के बीच एक स्पष्ट सीमा का अवलोकन करने के बाद फीड पंप शुरू करो। 1.5 मिलीलीटर मिनट के प्रवाह की दर की स्थापना, -1 मिनट 25 क्रांतियों के लिए पंप सेट -1। कारण आने वाली सहायक नदी धारा की वजह से गुरुत्वाकर्षण और विस्थापन के लिए रिएक्टर तरल पदार्थ बाहर निकलने के प्रवाह बंदरगाह का निरीक्षण करें।

4. नमूना संग्रह और विश्लेषण

  1. नमूना संग्रह गतिविधियों प्राथमिक बाहर ले जाने केया रिएक्टर सिस्टम पर रखरखाव प्रदर्शन करने के लिए। दैनिक प्रवाह और नदी के नमूनों में से 20 मिलीलीटर लीजिए। रीसायकल टैंक के भीतर से प्रवाह के नमूने ले लीजिए। चारा टैंक से सीधे नदी के नमूने ले लीजिए।
  2. वैक्यूम फिल्टर नमूने भंडारण और विश्लेषण करने से पहले निलंबित ठोस हटाने के लिए।
  3. आगे के विश्लेषण तक -20 डिग्री सेल्सियस पर सहायक नदी और प्रवाह के नमूने संग्रहित करें। नमूने के अधीन हैं फ्रीज पिघलना चक्र की संख्या सीमित करें। यदि आवश्यक हो, नमूने नमूना अखंडता को बनाए रखने के लिए aliquots में विभाजित किया जा सकता है।
  4. मानक तकनीक का उपयोग करते हुए 17 नाइट्रेट, नाइट्राइट, और अमोनिया के लिए नमूना विश्लेषण के लिए बाहर ले।
    नोट: आयन क्रोमैटोग्राफी (आईसी) का उपयोग किया लेखकों के साथ साथ प्रस्तुत परिणाम का उत्पादन करने के लिए। विनिर्देश के लिए सामग्री तालिका देखें।

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Representative Results

40 मिलीग्राम -NL -1 पर फ़ीड में कुल नाइट्रोजन सामग्री को बनाए रखते हुए HDBR, सहायक नदी अमोनिया नाइट्रेट और सांद्रता के कई अनुपात से अधिक शैवाल की खेती करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। नदी और प्रवाह के नमूने दैनिक लिया गया था; बायोमास घनत्व नमूने हर हालत की शुरुआत और अंत में ले जाया गया। रिएक्टर की स्थिति बदल रहे थे के बाद स्थिर राज्य संतुलन तक पहुँचने के लिए औसत 3-5 दिन पर ले लिया। सहायक नदी की स्थिति की एक विस्तृत श्रृंखला पर एक विशिष्ट बायोमास क्षेत्र पिछले अध्ययनों (चित्रा 2) के रूप में मनाया, स्थापित किया गया था। HDBR में काई संस्कृति फ़ीड (एन = 44) में कुल नाइट्रोजन प्रजातियों में से 18.4% की एक औसत दूर करने के लिए पाया गया था। बायोमास क्षेत्र के भीतर, कुल काई बायोमास और बायोमास घनत्व इस अध्ययन के पाठ्यक्रम पर संगत कर रहे थे।

एनएच 4 + और ​​कोई 3 से हटाने - एनएच 4 + और ​​नहीं 3 के खिलाफ साजिश रची है - फ़ेचित्रा में एड रचना 3। एक सरल रेखीय प्रतिगमन मॉडल एन प्रजातियों के हटाने और चारा रचना 18-20 के बीच संबंधों के महत्व का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। रचना (चित्रा 3 ए और चित्रा 3 बी, क्रमशः) - अमोनिया का हटाया एनएच 4 + और ​​नहीं 3 की सभी सीमाओं पर मनाया गया। न तो एनएच 4 + और ​​न ही कोई 3 - चारा रचना (क्रमश: एन = 44, पी = 0.993 और एन = 44, पी = 0.610) का परीक्षण की स्थिति पर एनएच 4 + के हटाने को प्रभावित किया। दूसरी ओर, कोई 3 से हटाने - नकारात्मक एनएच 4 + चारा रचना के साथ संबंधित होना पाया गया था (एन = 44, पी = 0.000) (चित्रा 3 सी) और कोई 3 के साथ सकारात्मक विविध - फ़ीड रचना (एन = 44, पृ = 0.000) (चित्रा 3 डी)।

सं 3 - (negat जमा करने के लिए मनाया गयासहायक नदी रचनाओं में से अधिकांश के लिए रिएक्टर के भीतर Ive हटाने) (34 44 से बाहर नमूने)। सं 3 - एनएच 4 + चारा सांद्रता 10 मिलीग्राम -NL -1 और सं 3 से नीचे थे जब हटाने केवल मनाया गया - फ़ीड सांद्रता 15 मिलीग्राम -NL ऊपर थे -1। बाहरी पुनरावृत्ति टैंक में और शैवाल से वातन के माध्यम से रिएक्टर में जोड़ा जा रहा है जो ऑक्सीजन, ammonia- और नाइट्राइट ऑक्सीकरण बैक्टीरिया (क्रमशः एओबी और मस्तक,) के लिए एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में काम कर सकते हैं। एरोबिक शर्तों उच्च पुनरावृत्ति प्रवाह दरों के माध्यम से रिएक्टर के भीतर हावी हैं, तो dissimilatory (परपोषी) विनाइट्रीकरण बाहर ले सकता है कि बैक्टीरिया एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता 4 के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करने के लिए पसंद करेंगे। सं 3 की दर है - फ़ीड से उत्पादन और इनपुट नहीं 3 के समावेश संबंधी रूपांतरण से अधिक है - जैविक नाइट्रोजन या dissimilatory विनाइट्रीकरण के लिए, कोई 3 - accumula कर सकते हैंरिएक्टर में ते। सं 3 के एनएच 4 + के हटाने और संचय - शैवाल नहीं 3 के लिए एनएच 4 + के रूपांतरण को उत्प्रेरित करने के लिए नहीं जाना जाता है के रूप में एओबी और मस्तक समुदाय के भीतर मौजूद है और सक्रिय कर रहे हैं कि पता चलता है -। इन परिणामों के एक मिश्रित काई-बैक्टीरियल समुदाय में नाइट्रोजन प्रवाह की गतिशीलता और कैनेटीक्स अध्ययन करने के लिए इस रिएक्टर प्रणाली का उपयोग करने की क्षमता प्रदर्शित करता है।

लेखकों को सफलतापूर्वक एक वर्ष से अधिक के लिए इन HDBRs में स्वस्थ काई समुदायों को बनाए रखा है। दो रिएक्टर दुर्घटनाओं, हालांकि, सहायक नदी रचना करने के लिए गंभीर परिवर्तन के परिणाम के रूप में, दोनों इस परियोजना की स्थापना के बाद से हुई है। कुल नाइट्रोजन प्रवाह स्थिर रखा जा रहा है साथ पहले नाइट्रोजन प्रजातियों अनुपात का एक परिवर्तन का परिणाम था; एनएच 4 + फ़ीड से सफाया कर दिया गया था और कोई 3 - सांद्रता क्षतिपूर्ति करने के लिए बढ़ रहे थे। दूसरी दुर्घटना काटने का एक परिणाम के रूप में हुईग्राम 40 मिलीग्राम -NL -1 से 10 मिलीग्राम -NL -1 (चित्रा 4) के लिए 75 प्रतिशत की कुल नाइट्रोजन प्रवाह,। दोनों ही मामलों में अलग बायोमास क्षेत्र सीमा प्रवाह में निलंबित ठोस में तेजी से वृद्धि (चित्रा 4) के साथ coinciding दो से तीन दिन के कोर्स पर खराब करने के लिए मनाया गया। प्रवाह निलंबित ठोस रिएक्टर खो बायोमास के रूप में फ़ीड परिवर्तन (चित्रा 4) के बाद एक अधिकतम 6 दिन के लिए बढ़ा। दुर्घटना के बाद निलंबित कर दिया प्रवाह में ठोस उच्च (लगभग 0.22 जी एस एस एल -1) बना रहा और कोई नया बायोमास प्रयोग की निरंतरता को रोकने, रिएक्टर के भीतर जमा करने के लिए मनाया गया। वर्तमान डिजाइन वे अच्छी तरह से flocculated नहीं रहते हैं, तो संस्कृतियों को बनाए रखने के लिए एक सुरक्षा तंत्र का अभाव है।

आकृति 1
एक उच्च घनत्व बायोरिएक्टर चित्रा 1. योजनाबद्ध (HDBR) (टी नहींओ पैमाने पर)। रिएक्टर (आर) 1000 मिलीलीटर से बना है 100 मिलीलीटर में स्थापित बंदरगाहों (नली अकड़, बाहर व्यास 3/8 ") और 1000 मिलीलीटर के स्तर के साथ सिलेंडर स्नातक किया। रिएक्टर तरल पदार्थ क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप का उपयोग रिएक्टर के माध्यम से साइकिल है ए (पीए), रिएक्टर के निचले भाग में प्रवेश करने और शीर्ष बंदरगाह की ओर बायोमास क्षेत्र (BZ) के माध्यम से ऊपर की तरफ बह रही है। द्रव बाहर निकलता रिएक्टर शीर्ष बंदरगाह पर और गुरुत्वाकर्षण के तहत रीसायकल टैंक (आरटी) को निर्देश दिया है। आरटी एक 600 मिलीलीटर कांच बीकर से बना है,। यह दो बंदरगाहों स्थापित किया है, बीकर के नीचे और 500 मिलीलीटर निशान रिएक्टर तरल पदार्थ में अन्य पर स्थित एक तल बंदरगाह (और फिलीस्तीनी अथॉरिटी) के माध्यम से रिएक्टर में लौट रहा है प्रवाह पत्ते। शीर्ष आर टी के बंदरगाह और के माध्यम से रिएक्टर (डब्ल्यू)। वाचाल वातन एक जलवाहक (ए) के उपयोग के साथ आर टी में प्रदान की जाती है बर्बादी कंटेनर में एकत्र किया जाता है। वातन प्रक्रिया भी एमवी। क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप बी भीतर मिश्रण ड्राइव (पंजाब) आर टी में एक टैंक युक्त चारा / सहायक नदी (एफटी) से सहायक नदी बचाता है।

चित्र 2
चित्रा एक उच्च घनत्व बायोरिएक्टर (HDBR) के भीतर बायोमास / रिएक्टर तरल पदार्थ जुदाई 2. उदाहरण हैं। पैनल एक उच्च घनत्व काई समुदाय (2.83 जी एस एस एल -1) एक HDBR भीतर सुसंस्कृत किया जा रहा से पता चलता है। संश्लेषक माइक्रोबियल समुदाय के निपटाने के वेग रिएक्टर तरल पदार्थ की है कि अधिक है जब एक अलग सीमा होती है। पैनल बी बिक्री और Shieh (2006) 1 में चर्चा की पुनरावृत्ति की स्थिति में सक्रिय कीचड़ द्वारा गठित माइक्रोबियल मैट्रिक्स प्रदर्शित करता है। पैनल सी खमीर किण्वन के माध्यम से इथेनॉल के उत्पादन के लिए ग्लूकोज की रचना की एक सहायक नदी पर संवर्धित किया जा रहा से पता चलता है (परिणाम प्रकाशित नहीं)। इन रिएक्टर विन्यास के सभी तीन में उपन्यास रिएक्टर डिजाइन eliminat हैएड रिएक्टर प्रणाली में एक अलग स्पष्ट या बसने की प्रक्रिया के लिए की जरूरत है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
।। एनएच 4 + और ​​नहीं 3 चित्रा 3 चित्रण - सहायक नदी रचना बनाम हटाने की दर कुल सहायक नदी एन एकाग्रता 40 मिलीग्राम -NL पर बनाए रखा गया था -1 अध्ययन की अवधि से अधिक। (ए) एनएच 4 + फ़ीड एकाग्रता एनएच 4 + के हटाने के खिलाफ साजिश रची है; कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं था (एन = 44, पी = 0.993)। (ख) कोई 3 - फ़ीड एकाग्रता एनएच 4 + के हटाने के खिलाफ साजिश रची है; कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं था (एन = 44, पी = 0.610)।(ग) 3 - हटाने के लिए काफी है और नकारात्मक एनएच 4 से संबंधित होना पाया गया + चारा सांद्रता (एन = 44, पी = 0.000)। (डी) नहीं 3 - फीड सांद्रता (एन = 44, पी = 0.000) -। हटाने के लिए काफी है और सकारात्मक नहीं 3 से संबंधित था यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। इस का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें आंकड़ा।

चित्रा 4
जवाब में चित्रा 4. बढ़ाने प्रवाह निलंबित ठोस काफी रिएक्टर के माध्यम से नाइट्रोजन प्रवाह को कम करने के लिए। नदी नाइट्रोजन सामग्री 40 मिलीग्राम -NL से कम था -1 अलग बायोमास क्षेत्र के 10 मिलीग्राम -NL -1 (इस आंकड़े में समय 0 पर, यह भी खड़ी रेखा से चिह्नित) गिरावट के बाद 2 दिन मनाया गया; 3 दिनों के बाद बायोमास नुकसान आसानी से नमूदार था। परिवर्तन अधिनियमित और अधिकतम प्रवाह एसएस 6 दिन बाद हुई थी के बाद प्रवाह एसएस में एक उल्लेखनीय वृद्धि दिनों के बाद मनाया गया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
5. सूक्ष्मग्राफ झरझरा floc संरचना पर प्रकाश डाला और filamentous बैक्टीरिया इंटरलॉकिंग चित्रा। परपोषी बैक्टीरिया (सक्रिय कीचड़) द्वारा गठित झरझरा संरचना का प्रदर्शन दो micrographs। Filamentous बैक्टीरिया स्थिर बायोमास क्षेत्र में flocs इंटरलॉकिंग, flocs के बीच की जगह को पाटने।= "https://www.jove.com/files/ftp_upload/53443/53443fig5large.jpg" लक्ष्य = "_blank" href> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

यह खंड संभव परिचालन के मुद्दों के साथ ही विभिन्न सूक्ष्म समुदायों का उपयोग कर संबोधित करने की जरूरत प्रोटोकॉल बदलाव की एक चर्चा के साथ शुरू होगा। इस रिएक्टर डिजाइन की ताकत ऑक्सीजन प्रवाह का नियंत्रण है और रिएक्टर के भीतर उच्च घनत्व flocs के गठन को नियंत्रित करने की क्षमता सहित चर्चा की जाएगी। वर्तमान चुनौतियों और जांच के संभावित रास्ते भी उल्लेख किया जाएगा।

प्रोटोकॉल बारीकियों और विविधताओं
संस्कृतियों के विभिन्न प्रकार की खेती के लिए HDBRs के संचालन जांच के तहत प्रजातियों के आधार परिचालन प्रोटोकॉल में मामूली परिवर्तन की आवश्यकता है। पर्याप्त मिश्रण और काई बायोमास क्षेत्र के विस्तार से प्रकाश और प्रकाश संश्लेषण को सक्षम करने के लिए सभी flocs के जोखिम को बढ़ाने की जरूरत है। रिएक्टर के भीतर काई बायोमास के निलंबन एक रिएक्टर पुनरावृत्ति दर के संयोजन और मिश्रण बार गति से प्रेरित है। देखभाल के ऑपरेटिंग विशेषताओं के चयन में लिया जाना चाहिएदोनों की, रिएक्टर पोत पुनरावृत्ति टैंक के ऊपर पोर्ट के माध्यम से प्रवाह में खो दिया जा सकता छोड़ देता है कि किसी भी बायोमास के रूप में जैविक रूप से सक्रिय शैवाल बायोमास क्षेत्र और रिएक्टर के शीर्ष पर बंदरगाह के बीच पर्याप्त दूरी, ऐसी है कि वहाँ। बायोमास प्रवाह में छोड़ने मनाया जाता है, एक फिल्टर पुनरावृत्ति टैंक के ऊपर पोर्ट से लगाया जा सकता है। कांच ऊन का एक प्लग एक फिल्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। फिल्टर बायोमास जम जाता है के रूप में यह परिवर्तित करने की आवश्यकता होगी। एक फिल्टर का इस्तेमाल किया जाता है, निलंबित ठोस नमूने सही जन संतुलन प्राप्त करने के लिए रीसायकल टैंक के भीतर रिएक्टर तरल पदार्थ के अलावा फिल्टर के बहाव से लिया जाना चाहिए; फिल्टर में संचित बायोमास भी के लिए जिम्मेदार होना चाहिए। शैवाल और खमीर के साथ कुछ ऑपरेटिंग शर्तों के तहत बायोमास क्षेत्र हमेशा समुदाय स्वस्थ है, तब भी जब स्पष्ट तरल करने के लिए नेतृत्व नहीं करता है। इन मामलों में बायोमास क्षेत्र से ऊपर और रीसायकल टैंक के भीतर ध्यान देने योग्य कोशिकाओं का एक पतला निलंबन नहीं है। हम hypothesizपरपोषी और नाइट्रीकरण / विनाइट्रीकरण बैक्टीरियल संस्कृतियों (चित्रा 5) के रूप में देखा HDBR में खेती की गई है कि काई और खमीर समुदायों में इस प्रकार अब तक स्थिर, इंटरलॉकिंग बायोमास क्षेत्र के लिए करने के लिए filamentous बैक्टीरिया शामिल नहीं है कि ई। लक्ष्य शैवाल और खमीर के साथ मामला है, जैसे प्रवाह में भागने से कोशिकाओं को रोकने के लिए है, इसलिए, यह प्रवाह बंदरगाह पर एक झिल्ली या निस्पंदन उपकरण का उपयोग करने के लिए आवश्यक हो सकता है।

नकारात्मक HDBR की ठोस तरल जुदाई पर प्रभाव पड़ सकता है, जो बायोमास अशांति की एक अप्रत्याशित स्रोत, रीसायकल पंप लाइनों के भीतर बुलबुले का संग्रह है। ये बुलबुले पुनरावृत्ति टैंक में वातन का एक उत्पाद है। देखभाल नियमित रूप से ट्यूबिंग भीतर गैसों के किसी भी buildup को शुद्ध करने के लिए लिया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया को तेज करेगा द्रव का प्रवाह की दिशा में ट्यूबिंग फैलाएंगे और ट्यूबिंग के इंटीरियर के लिए तय हो गया है कि किसी भी बायोमास को बेदखल करने के लिए कार्य करता है। इन संस्कृतियों में कोशिकाओं flocs में कुल करने के लिए करते हैं पालन करना और HDBR की दीवारों उपनिवेश स्थापित करने के लिए बायोमास क्षेत्र से जारी हैं, वे भी एक प्रवृत्ति है। जांचकर्ताओं रिएक्टर और रीसायकल टैंक के अंदर की दीवारों के लिए बायोमास के आसंजन नोटिस इस प्रकार, यदि वे परेशान और रिएक्टर की दीवारों पर अत्यधिक biofilm विकास को रोकने के लिए एक पिपेट या साफ कांच के बने पदार्थ ब्रश का उपयोग करना चाहिए।

परपोषी सूक्ष्मजीवों या nitrifying / denitrifying बैक्टीरिया ब्याज के समुदाय हैं, जब ऊपर वर्णित प्रोटोकॉल संशोधित किया जाना चाहिए। बिक्री और Shieh 1 द्वारा वर्णित के रूप में उदाहरण के लिए, परपोषी सूक्ष्मजीवों की 4 जी (वीएसएस के रूप में मापा जाता है), रिएक्टर बीज के लिए इस्तेमाल किया गया था। अमोनिया का अध्ययन और नाइट्राइट ऑक्सीकरण बैक्टीरिया जब कि पांडुलिपि 21 के परिशिष्ट में पर Nootong और Shieh 2 और रामनाथन एट अल। 4 में वर्णित है, और विस्तार के रूप में, समृद्ध एओबी / मस्तक के 2 जी इस्तेमाल किया गया था। inoculum की सही राशिसही मायने में भिन्न हो सकते हैं रिएक्टर शुरू करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा स्रोत उपलब्ध inoculum और रिएक्टर की वास्तविक मात्रा की मात्रा पर निर्भर करता है। इन चटाई बनाने की संस्कृतियों का उपयोग करते समय बायोमास अशांति को रोकने के लिए, एक हलचल पट्टी के उपयोग को हतोत्साहित किया जाता है।

हाइड्रोलिक विशेषताओं का हेरफेर
HDBR डिजाइन के एक प्राथमिक लाभ एक दूसरे से स्वतंत्र चारा और रीसायकल प्रवाह की दर को नियंत्रित करने की क्षमता है। जांचकर्ताओं, विशिष्ट लदान दर का लक्ष्य दरों रीसायकल, या अनुपात पुनरावृत्ति कर सकते हैं। अध्ययन करने रिएक्टर प्रदर्शन सिंथेटिक गंदे पानी से सीओडी को दूर करने के लिए कीचड़ सक्रिय उपयोग करते हुए उदाहरण के लिए, रीसायकल अनुपात 3.5-21.5 1 से विविध। स्वपोषी nitrifying उपयोग रिएक्टर की प्रारंभिक अध्ययन / denitrifying बैक्टीरिया स्थिर बायोमास क्षेत्रों 2.5-24.3 3 की रीसायकल अनुपात के तहत बनाए रखा जा सकता है कि संकेत दिया। कोई समस्या का सामना करना पड़ा थे के रूप में पुनरावृत्ति रा जब बढ़ती साबित कर ये अनुमान रूढ़िवादी होने कीएक में 43 tios अध्ययन 21 से पालन करें। उच्च पुनरावृत्ति अनुपात में संचालित करने की क्षमता है, और इस प्रकार उच्च पुनरावृत्ति दरों, बायोमास क्षेत्र की स्थिरता और विशेषताओं पर द्रव कतरनी के प्रभावों के अध्ययन के लिए उपयोगी है। इस तरह के शैवाल की खेती, स्थापना और एक बायोमास मैट्रिक्स के रखरखाव के रूप में कुछ मामलों में, एक आवश्यकता और उच्च पुनरावृत्ति दरों नहीं है और अनुपात काई स्तंभ के निलंबन में सहायता करने की जरूरत है। इस रिएक्टर डिजाइन जांचकर्ताओं रिएक्टर के भीतर एक अलग बायोमास / प्रवाह इंटरफ़ेस बनाए रखने में सक्षम हैं, बशर्ते कि उच्च पुनरावृत्ति दर (इस अध्ययन में 49.3), द्वारा सहायता प्रदान की निलंबन की सुविधा के लिए सक्षम है। रीसायकल अनुपात अधिक है जहां मामलों में, पूरे HDBR प्रणाली के रिएक्टर हाइड्रोलिक विशेषताओं को पूरी तरह से एक प्लग प्रवाह रिएक्टर (पीएफआर) की तुलना में मिश्रित रिएक्टरों (CMFR), और इस तरह की अनुमति देता है अन्वेषक हाइड्रोलिक की एक स्पेक्ट्रम पर संस्कृतियों की जांच करने के लिए और अधिक इसी तरह व्यवहार एक एकल प्रणाली पुनरावृत्ति प्रवाह की दर एक में विशेषताओं मिश्रणनीचे वर्णित के रूप में LSO, रिएक्टर भर प्रवाह, बड़े पैमाने पर स्थानांतरण, और भंग गैसीय प्रजातियों के वितरण में एक भूमिका निभाता है।

रीसायकल टैंक में से ओ 2 प्रवाह का नियंत्रण और degassing
संयुक्त नाइट्रीकरण / विनाइट्रीकरण प्रक्रियाओं का अध्ययन करते हुए नाइट्रीकरण 2-4 बाहर किया गया था, के रूप में घुलित ऑक्सीजन सांद्रता पिछले कॉड हटाने की पढ़ाई एक समानांतर, जल्दी से सक्रिय बायोमास क्षेत्र की सबसे कम भागों में समाप्त किया जा करने के लिए मनाया गया; इस बायोमास प्रवाह के भीतर प्रवाह शासन एक पीएफआर 1 की है कि जैसा होता है की सलाह दे सकते। ऊपरी बायोमास क्षेत्र ऑक्सीजन में कमी होने के साथ, विनाइट्रीकरण रिएक्टर प्रवाह 2,3 से भंग नाइट्रोजन को हटाने में जिसके परिणामस्वरूप बाहर किया गया था। इन टिप्पणियों का प्रदर्शन किया है कि पुनरावृत्ति के हेरफेर के माध्यम से upflow टैंक के लिए ऑक्सीजन का प्रवाह नियंत्रित करने की क्षमता के साथ संयुक्त पुनरावृत्ति टैंक में बाहरी वातन, का संयोजन,दर, एक टैंक में घटित करने के लिए एरोबिक, अवायवीय और ऑक्सीजन में कमी की प्रतिक्रियाओं के लिए अनुमति देता है, flocs भीतर और बायोमास क्षेत्र की लंबाई के साथ विकसित करने के लिए ऑक्सीजन की ढ़ाल के लिए अनुमति देता है। जैविक उपचार के लिए कई प्रतिक्रियाओं पर निर्भर या ऑक्सीजन से हिचकते रहे हैं, इस रिएक्टर बायोरिएक्टर में ऑक्सीजन बड़े पैमाने पर दरों को नियंत्रित करने के लिए एक आसान तरीका के लिए अनुमति देता है; संभवतः अधिक कुशल वातन प्रथाओं सक्षम करने से। वातन अपशिष्ट उपचार में सबसे ज्यादा ऊर्जा की लागत में से एक है, यह नगर पालिकाओं 22,23 के लिए परिचालन लागत को कम करने के लिए सेवा कर सकते हैं।

एक रिएक्टर के माध्यम से ऑक्सीजन प्रवाह पर नियंत्रण न केवल परपोषी और chemoautotrophic बैक्टीरिया के लिए एक चिंता का विषय है। अतिरिक्त उत्तेजना ऊर्जा (इ) कोशिकाओं को उजागर कर रहे अधिशेष प्रकाश ऊर्जा काई है, और ऑक्सीजन में परिणाम (ओ 2) सुपरऑक्साइड को कम किया जा रहा (ओ 2 -) Photosystem मैं या द्वितीय (साई और PSII) 24 से घुमाया अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ। Superoxide anions significan पैदा कर सकता हैकाई सिस्टम में शारीरिक क्षति के लिए टी। क्षति सेलुलर घटकों के कारण हो सकता है, लेकिन अत्यधिक बल दिया कोशिकाओं में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) अभी भी 24-28 फार्म कर सकते हैं - इससे पहले एक सेलुलर ढांचे का पता लगाने और ओ 2 बेअसर करने के लिए मौजूद है। पुनरावृत्ति दर और रीसायकल टैंक में वातन नियंत्रित करके, जांचकर्ताओं अतिरिक्त ऑक्सीजन और यह काई संस्कृतियों में पैदा कर सकते हैं विषाक्तता से उत्पन्न होने वाले मुद्दों का समाधान करने में सक्षम हो सकता है, और आगे के मामलों में विशेष रूप से, अत्यधिक घने संस्कृतियों में शैवाल के विकास को बढ़ा सकती है जहां पूरक प्रकाश लैंप के उपयोग के माध्यम से प्रदान की जा रही है।

Flocs और / या बायोमास क्षेत्र के गठन के विविध स्थूल और सूक्ष्म वातावरण की ओर जाता है
इस रिएक्टर डिजाइन की सबसे अनूठी विशेषताओं में से एक एक स्पष्ट टैंक का उन्मूलन है। हम HDBRs में हासिल की है कि अच्छा ठोस तरल जुदाई अत्यधिक घने flocs के गठन (या तो करने के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है कि परिकल्पना यानी,शैवाल के साथ मामले), या) 1-4,7,16 (चित्रा 5) संस्कृतियों denitrifying / परपोषी और nitrifying साथ इंटरलॉकिंग flocs और यानी लंबी filamentous सूक्ष्मजीवों (की एक स्थिर, झरझरा मैट्रिक्स के गठन। flocs के गठन और स्थिरता एक भौतिक, रसायन की संख्या और जैविक कारकों 7,13,29-31 पर निर्भर है। वास्तव में, flocs के गठन स्टार्ट-अप का प्राथमिक लक्ष्य है और निलंबित inoculant 13,30 के बीच है लेकिन यह भी यौगिकों (flocculants का उत्पादन है कि अच्छी तरह से flocculating सूक्ष्म जीवाणुओं की उपस्थिति पर टक्करों में वृद्धि करने के लिए पर्याप्त मिश्रण (कतरनी बल ढ़ाल) पर निर्भर करता है सेल) 31,32 कुल करने के लिए अनुमति देते हैं। इन प्रयोगशाला पैमाने रिएक्टरों में, हम इस तरह के रिएक्टर के तल पर स्थित एक हलचल बार, के रूप में flocculation के लिए पर्याप्त मिश्रण या तो upflow वेग प्रोफ़ाइल या एक मिश्रण डिवाइस, के द्वारा पूरा किया जा सकता है कि मिल गया है। ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है कि संस्कृतियों के लिए, बाहरी पुनरावृत्ति टैंक कर सकते हैं खएक बाहरी गैस हस्तांतरण टैंक के रूप में इस्तेमाल ई (या तो वातन या संश्लेषण प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पादित ऑक्सीजन को हटाने के लिए उदाहरण के लिए, गैसों की अलग करना के लिए)। बाहरी वातन का लाभ यह है कि हवा के बुलबुले flocs के साथ संपर्क में आ रहा है और उन्हें अलग तोड़ने के रूप में के रूप में अच्छी तरह से अतिरिक्त मिश्रण को रोकता है। गैस बुलबुले वे मैट्रिक्स के कुछ हिस्सों को अलग तोड़ने पाया या जिससे उन्हें मैट्रिक्स के वर्गों के भीतर entrained बन जा सकता रिएक्टर दर्ज पाए गए, जब एक स्थिर, झरझरा मैट्रिक्स का गठन कि परपोषी और nitrifying / denitrifying संस्कृतियों के साथ कुछ उदाहरणों में, रिएक्टर के शीर्ष पर तैरने लगते हैं। इसलिए, बाहरी गैस हस्तांतरण टैंक के संचालन के बुलबुले रीसायकल लाइन के माध्यम से रिएक्टर में प्रवेश को रोकने के सिस्टम का अच्छा ठोस तरल जुदाई बनाए रखने की कुंजी है।

संभावित HDBR दिशाओं
Benchtop रिएक्टर अध्ययन, PBRs पर ध्यान केंद्रित विशेष रूप से उन लोगों के, अक्सर एक विशेष सूक्ष्म लिए गतिज डेटा एकत्र करने की ओर ध्यान केंद्रित कर रहे हैंBial प्रजाति या समुदाय 1,3,4,33,34। ऐतिहासिक दृष्टि से कई अध्ययनों शैवाल और बैक्टीरियल समुदायों 35,36 के बीच interspecies बातचीत के महत्व के बढ़ते सबूत होने के बावजूद axenic या जीवाणुरोधी इलाज किया काई संस्कृतियों पर किया जाता है। मिश्रित संस्कृतियों का अध्ययन इन interspecies रिश्तों को 35-38 कैसे काम के बारे में नए और व्यावहारिक निष्कर्ष उपज के लिए वादा करता हूँ। मिश्रित संस्कृतियों के हाल के अध्ययनों से इस तरह के शैवाल और बैक्टीरियल वृद्धि दर 33,34 यों की मात्रात्मक पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (qPCR) के रूप में आणविक जीव विज्ञान उपकरणों के साथ नमूना विश्लेषण शामिल करने के लिए विस्तार किया गया है। Metagenomic और metatranscriptomic विश्लेषण शैवाल और बैक्टीरिया दोनों इंजीनियर और प्राकृतिक पारिस्थितिक तंत्र 39,40 में बातचीत के बारे में कैसे आगे की जानकारी स्पष्ट करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। HDBRs में माइक्रोबियल संस्कृतियों के आणविक जांच करने के अलावा, माइक्रोस्कोपी अध्ययन आकार, संरचना, और संगठन flocs की और से झरझरा जैविक मैट्रिक्स की जांचबायोमास क्षेत्र अच्छा ठोस तरल जुदाई को बढ़ावा देने के HDBRs क्षमता पर बहुमूल्य जानकारी प्रदान करेगा।

इस प्रकार अब तक, रिएक्टर की मात्रा और पुनरावृत्ति अनुपात के केवल एक छोटे से सीमा HDBR डिजाइन का उपयोग कर जांच की गई है। जैसे, ऊपर पहुंचा अनुप्रयोगों में रिएक्टर प्रदर्शन वर्तमान में अज्ञात है। परीक्षण किया रिएक्टर प्रणालियों में से प्रत्येक में कम से कम 2 मात्रा में एल और कांच से बना रहे हैं। इन रिएक्टरों शेल्फ घटकों बंद नहीं कर रहे हैं और शुरू टुकड़े ध्यान उचित दीवार मोटाई (निजी पत्राचार: लालकृष्ण Carraro, 2014) के लिए चयनित किया जाना चाहिए के रूप में शीशे रिएक्टरों के आकार मुश्किल हो सकता है बढ़ती जा रही एक प्रयोगशाला कांच के बने पदार्थ विशेषज्ञ द्वारा निर्माण किया जाना चाहिए के रूप में। बड़े कांच के बने पदार्थ भी एक धातु, प्लास्टिक, या ठोस रिएक्टर के साथ तुलना में टूट गया है या क्षतिग्रस्त होने का अधिक खतरा है। Benchtop प्रयोगों के लिए प्लास्टिक या धातु के साथ बड़ा रिएक्टरों का निर्माण अभी तक जांच की जा गया है एक विकल्प है लेकिन इस विकल्प की व्यवहार्यता हो सकता है। इसके अतिरिक्त टीवह जांच के तहत रिएक्टरों के दृश्य अवलोकन में बाधा हो सकती अपारदर्शी या पारदर्शी सामग्री का उपयोग करें और एक PBR विन्यास में इन रिएक्टरों के संचालन मुश्किल होगा।

यह पांडुलिपि एक उच्च घनत्व बायोरिएक्टर (HDBR) संचालित करने के लिए विधानसभा, स्टार्टअप, और संचालन प्रक्रियाओं को रेखांकित किया गया है। पिछला काम कॉड और परपोषी और chemoautotrophic बैक्टीरिया 1-4 का उपयोग कर नाइट्रोजन प्रजातियों दोनों को दूर करने के HDBRs क्षमता स्थापित किया है। यहाँ लेखकों उच्च घनत्व काई समुदायों की संस्कृति के लिए HDBRs की क्षमता और एक सिंथेटिक अपशिष्ट धाराओं से नाइट्रोजन प्रजातियों में से हटाने का प्रदर्शन। पिछले टिप्पणियों के बाद, एक स्थिर बायोमास क्षेत्र सहायक नदी से कुल नाइट्रोजन प्रजातियों में से 18.4% हटाने के दौरान हासिल की थी एक स्पष्ट प्रक्रिया के बिना शैवाल, और रिएक्टर के सफल संचालन के द्वारा बनाई गई थी। अनुमति देने के लिए मनाया गया, - नाइट्रोजन प्रजातियों के बीच रूपांतरण (3 नहीं करने के लिए एनएच 4 +)लेखकों एओबी और मस्तक की उपस्थिति और गतिविधि की ओर इशारा करने के लिए। पर्यावरण और औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक किस्म के लिए सूक्ष्मजीवों के उच्च घनत्व की खेती के लिए इस रिएक्टर डिजाइन के मौजूदा शैवाल और HDBR प्रणाली का समर्थन आगे उपयोग का उपयोग कर पूर्व के अध्ययन के साथ प्रदर्शन, साथ ही अनुसंधान और विकास, से इस पांडुलिपि में प्रस्तुत परिणाम है।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aeration stone Alita AS-3015C
Aerator Top Fin Air-1000
Ammonium chloride Sigma Aldrich A9434
Anion analysis column Shodex IC SI-52 4E
Beaker (600 ml) Corning Pyrex 1000-600 Used as mixing vessel (MV). Addition of hose barbs at the bottom and 500 ml levels. Outside diameter of hose barbs 3/8".
Calcium chloride Sigma Aldrich C5670
Cation analysis column Shodex IC YS-50
Cobalt chloride hexahydrate Sigma Aldrich C8661
Copper chloride Sigma Aldrich 222011
Ferric chloride Sigma Aldrich 157740
Filter (vacuum) Fisherbrand 09-719-2E 0.45 μm membrane filter, MCE, 47 mm diameter
Graduated cylinder (1,000 ml) Corning Pyrex 3025-1L Used as reactor vessel (R). Addition of hose barbs at bottom, 500 ml, and 1 L levels. Outside diameter of hose barbs 3/8".
HPLC/IC Shimadzu Prominence
Magnesium sulfate Sigma Aldrich M2643
Masterflex L/S variable speed drive Masterflex 07553-50 Drive for recycle and feed pumps (2 needed)
Nickel chloride hexahydrate Sigma Aldrich N6136
Potassium nitrate Sigma Aldrich P8291
(Monobasic) Potassium phosphate Sigma Aldrich P5655
Pump head Masterflex 07018-20 Recycle pump head
Pump head Masterflex 07013-20 Feed pump head
Pump tubing Masterflex 6404-18 Recycle pump tubing
Pump tubing Masterflex 6404-13 Feed pump tubing
Sodium bicarbonate Sigma Aldrich S5761
Zinc sulfate heptahydrate Sigma Aldrich Z0251

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References

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