排水の藻類の修復のための光合成反応器システムにおけるスケールの比較

より大規模なアプリケーションにベンチスケールデータの翻訳は、バイオプロセスの実用化における重要なステップです。小スケールの反応器システム、微生物の使用に焦点を当て、特にそれらの生産効率は、一貫してオーバー商業規模の装置^{1、2、3、4}において発生効率を予測することが示されています。課題はまた、バイオ燃料の生産のために、例えば、化粧品、医薬品などの高付加価値製品を製造する目的のために、より大きなシステムに実験室規模から藻類およびシアノバクテリアの光合成培養のスケールアップに存在し、廃水処理のため。大規模な藻類バイオマス生産の需要はバイオ燃料、医薬品/栄養補助食品、および飼料⁵における藻類のための新興産業に成長しています。に記載の方法この原稿は、バイオマスの成長速度および栄養除去の光合成反応器システムの規模を増加させる影響を評価することを目的とします。ここで紹介するシステムは、埋立地浸出水の排水を修復するために藻類を使用しますが、様々な用途に適合させることができます。

大規模システムの生産効率は、多くの場合、小規模な実験を使用して予測されます。しかしながら、いくつかの要因は、スケールがバイオプロセスの性能に影響を与えることが示されているように、これらの予測の精度を決定するために考慮しなければなりません。例えば、ユンカー（2004）は30 Lからpilot-での実際の生産性や商業スケールがほとんど常に値が小さい用いて予測を下回ったことを示した19000 L、に至るまで、8つの異なるサイズの発酵リアクターの比較の結果を発表しました-scale研究^4。電力、攪拌型、栄養品質、及びガス移送を混合容器次元の不等式は、であることが予測されました減少し、生産性⁴のための主要な原因。同様に、スケールが⁶増加すると、バイオマスの成長およびバイオマスに関連する製品は、ほぼ常に低減される藻類の成長炉に示されています。

生物学的、物理的、および化学的要因は異なる、より大きなスケール^2、7よりも小さなスケールで微生物活性に影響を与えるこれらの要因の多くは、反応器の大きさに変化します。このような軌道池などの藻類のための最も本格的なシステムは、屋外で存在するので、考慮すべき一つの生物学的要因は、微生物種およびバクテリオファージが存在微生物種、したがっての微生物の機能を変更することができる周囲の環境から導入することができるということですシステム。微生物群集の活性はまた、光や温度などの環境要因に敏感になります。ガスと流体運動の大量転送があります微生物プロセスのスケールアップに影響される物理的な要因の例。小型炉の理想的な混合を達成することは簡単です。しかしながら、大規模化して、それは理想的な混合条件を設計することが課題となります。大きなスケールで、反応器は物質移動²にデッドゾーン、非理想的な混合、および還元効率を有する可能性が高いです。藻類は光合成生物であるため、ボリュームを増加させたときに、商業成長は、水の深さと表面積の変化に露光の変化を考慮しなければなりません。密度および/または低い物質移動速度を引き起こす可能性が高いバイオマスは、バイオマスの増殖の阻害⁸もたらし得るどちらのCO ₂濃度の増大O ₂濃度を減少させました。藻類の成長システムにおける化学的因子は、結果として、そのような溶解COなどのpH緩衝化合物の変化によって影響される水生環境²のpH動力によって駆動されます<sub> 2と炭酸種。これらの要因は、多くの場合、予期しない形⁹に、生物学、物理的、および化学的要因の中の複雑な相互作用によって配合されます。

この研究は、調節し、二つの異なるスケールの血管の成長条件を比較するように設計された対の反応器システムを提供します。実験プロトコルは、浸出水処理や藻類の成長を定量化に焦点を当てて。しかし、そのような時間をかけて微生物群集の変化や藻類のCO ₂隔離の可能性として他のメトリックを監視するように適合させることができます。ここに提示プロトコルは浸出水処理システムにおける藻類増殖および窒素除去にスケールの影響を評価するために設計されています。