Confronto di scala in un reattore sistema fotosintetico per Algal Bonifica delle acque reflue

Traduzione dei dati banco di scala per le applicazioni su scala più ampia è un passo fondamentale nella commercializzazione di bioprocessi. Efficienze di produzione in reattori di piccole dimensioni, in particolare quelli concentrandosi sull'uso di microrganismi, hanno dimostrato di prevedere coerente nel efficienze verificano nei sistemi su scala commerciale ^{1, 2, 3, 4.} Sfide esistono anche in scala la coltivazione fotosintesi delle alghe e cianobatteri dalla scala di laboratorio a sistemi più grandi per la fabbricazione di prodotti di alto valore, come cosmetici e farmaceutici, per la produzione di biocarburanti, e per il trattamento delle acque reflue. La domanda di larga scala di produzione di biomassa algale è in crescita con l'industria emergente per le alghe in biocarburanti, prodotti farmaceutici / nutraceutici e alimenti per il bestiame ^5. La metodologia descritta inquesto manoscritto scopo di valutare l'influenza della crescente scala di un sistema di reattore fotosintetico sul tasso di crescita della biomassa e rimozione dei nutrienti. Il sistema qui presentata utilizza alghe remediate percolato di discarica delle acque reflue, ma possono essere adattati per una varietà di applicazioni.

Produzione efficienza dei sistemi su larga scala sono spesso previsti utilizzando esperimenti su piccola scala; Tuttavia, diversi fattori devono essere considerati per determinare l'accuratezza di queste previsioni, come scala ha dimostrato di influire sulle prestazioni del bioprocessi. Ad esempio, Junker (2004) ha presentato i risultati di un confronto di otto reattori di fermentazione diverse dimensioni, che vanno da 30 L a 19.000 L, che ha dimostrato che la produttività effettiva a Pilot- o commerciali scale era quasi sempre inferiori ai valori previsti utilizzando piccole studi -scale ^4. Le disuguaglianze nella dimensione nave, il potere di miscelazione, il tipo di agitazione, la qualità dei nutrienti, e il trasferimento di gas sono stati previsti per essere ille principali cause della riduzione della produttività ^4. Allo stesso modo, è stato dimostrato in reattori crescita delle alghe che la crescita della biomassa e dei relativi prodotti da biomassa sono quasi sempre ridotti quando scala è aumentata ^6.

Fattori biologici, fisici e chimici cambiano con le dimensioni di un reattore, con molti di questi fattori che influenzano l'attività microbica alle piccole scale diverso rispetto a scale più grandi ^{2, 7.} Poiché la maggior parte dei sistemi in scala per alghe, quali vasche raceway, esiste all'aperto, un fattore biologico da considerare è che le specie microbiche e batteriofagi possono essere introdotte dall'ambiente circostante, che possono alterare le specie microbiche presenti e quindi la funzione microbica del sistema. L'attività della comunità microbica sarà anche sensibili a fattori ambientali, come luce e temperatura. i trasferimenti di massa di gas e movimento fluido sonoesempi di fattori fisici che sono influenzati nella scala di processi microbici. Il raggiungimento di miscelazione ideale in piccoli reattori è facile; Tuttavia, con l'aumento della scala, diventa una sfida per progettare le condizioni ideali di miscelazione. A scala più ampia, i reattori sono più probabilità di avere zone morte, miscelazione non ideale, e le efficienze ridotti nel trasferimento di massa ^2. Dal momento che le alghe sono organismi fotosintetici, la crescita commerciale deve tiene conto di cambiamenti di esposizione alla luce a causa di cambiamenti nella profondità dell'acqua e la superficie quando si aumenta il volume. Ad alta densità di biomassa e / o basse velocità di trasferimento di massa possono causare una diminuzione delle concentrazioni _di CO ₂ e un aumento delle concentrazioni _di O _2, entrambi i quali possono provocare l'inibizione della crescita della biomassa ^8. Fattori chimici in un sistema di crescita delle alghe sono guidati da dinamiche pH dell'ambiente acquatico ^2, che deve quindi influenzato dalle variazioni dei composti pH tampone quali CO disciolta <sub> 2 e carbonato di specie. Questi fattori sono aggravati da complesse interazioni tra i fattori biologici, fisici, chimici e, spesso in modo imprevedibile ^9.

Questo studio presenta un sistema di reattore abbinato concepito per regolare e confrontare le condizioni di crescita in vasi di due scale diverse. Il protocollo sperimentale si concentra sulla quantificazione trattamento del percolato e la crescita delle alghe; Tuttavia, potrebbe essere adattato per monitorare altri parametri quali i cambiamenti nella comunità microbica nel tempo o di CO ₂ potenziale sequestro di alghe. Il protocollo qui presentato è stato progettato per valutare l'effetto di scala sulla crescita delle alghe e la rimozione dell'azoto in un sistema di trattamento del percolato.