폐수의 해조 교정을위한 광합성 원자로 시스템의 규모 비교
Summary
실험 방법은 (100 L) 소형 및 대형 (1,000 L)의 성능을 비교 매립 폐수의 조류 치료 용으로 설계된 원자로를 확장 제공됩니다. 체적비, 체류 시간, 생물량 밀도 폐수 공급 농도 표면적을 포함하는 시스템 특성은, 어플리케이션에 기초하여 조절 될 수있다.
Abstract
실험 방법은 폐수 처리를 위해 설계된 두 개의 서로 다른 크기의 반응기의 성능을 비교하기 위해 제공된다. 본 연구에서는 암모니아 제거, 질소 제거 및 조류 성장은 매립 폐수의 조류 개선을 위해 설계 (100 L) 작은 (1,000 L) 대형 원자로의 페어링 세트에서 8 주 동안 비교된다. 각 주간 시험 기간의 시작은 두 규모에 걸쳐 동등한 초기 상태를 유지하기 전에 크고 작은 규모의 반응기 내용물을 혼합 하였다. 체적비, 체류 시간, 생물량 밀도 폐수 공급 농도 표면적을 포함하는 시스템 특성,보다 두 규모에서 발생하는 조건을 동일하도록 조절 될 수있다. 짧은 8 주 대표 기간 동안, 시작 암모니아, 총 질소 농도는 각각 3.1-14 mg의 NH 3 -N / L 및 8.1-20.1 mg의 N / L에서였다. 처리 시스템의 성능 평가에 기반능력 암모니아 및 총 질소를 제거하고 조류 바이오 매스를 생성한다. 암모니아 제거의 표준 편차, 총 질소 제거 및 바이오 매스 성장률 ± 평균은 0.02 ± 0.03 g 바이오 매스 / L / 일 0.95 ± 0.3 mg의 NH 3 -N / L / 일, 0.89 ± 0.3 mg의 N / L / 일이었고, 각기. 모든 선박들은 초기 암모니아 농도, 암모니아 제거 속도 사이의 양의 관계 (R = 0.76 (2))를 보였다. 실험실 규모의 실험 데이터가 상업적 규모의 생산 가치의 예측에 적합한 경우 다른 규모의 반응기에서 측정 프로세스 효율성과 생산 가치의 비교 결정에 유용 할 수 있습니다.
Introduction
큰 규모의 응용 프로그램에 대한 벤치 스케일 데이터의 번역 bioprocesses의 상용화에 중요한 단계입니다. 작은 규모의 반응기 시스템, 미생물의 사용에 초점을 맞추고, 특히 생산 효율을 지속적 위에 상업적 규모 시스템 1, 2, 3, 4에서 발생 효율을 예측하는 것으로 나타났다. 도전은 바이오 연료 생산, 화장품 및 의약품 등의 고 부가가치의 제품을 제조 할 목적으로 더 큰 시스템으로 실험실 규모에서 해조류와 박테리아의 광합성 재배 스케일 업에 존재하고, 폐수 처리 용. 대규모 조류 바이오 매스 생산에 대한 수요가 바이오 연료, 의약품 / 기능 식품 및 가축 사료 5 조류의 신흥 산업으로 성장하고있다. 에 기재된 방법이 논문은 미생물 성장 속도 및 영양소 제거에 광합성 반응기 시스템의 규모를 증가의 영향을 평가하는 것이다. 여기에 제시된 시스템은 조류가 매립지 침출수 폐수를 재조정 할 수 있지만, 응용 프로그램의 다양한 적용 할 수 있습니다 사용합니다.
대형 시스템의 생산 효율은 종종 작은 규모의 실험을 사용하여 예측된다; 그러나, 여러 가지 요인이 스케일 bioprocesses의 성능에 영향을 미치는 것으로 도시 된 바와 같이, 이러한 예측의 정확도를 결정하기 위해 고려되어야한다. 예를 들어, (2004) Junker은 30 L로부터 파일럿 – 또는 상업적 규모의 실제 생산성이 값이 작을 사용하는 예측보다 거의 항상 더 낮은 것으로 나타났다 19,000 L에 이르는 8 가지 크기의 발효 반응기의 비교 결과를 제시 -scale 연구 4. 용기 치수 전력 혼합, 교반 형 영양소 품질 및 가스 이송 불평등가 될 것으로 예측되었다감소 생산성 4 주요 원인. 유사하게,는 스케일 (6)를 크게하면 바이오 매스의 성장과 관련 제품이 거의 항상 감소되는 조류 성장 반응기에 도시되었다.
생물학적, 물리적, 화학적 요소는 이들 요소의 대부분은 7 작은 규모에서 다른보다 큰 규모에서 미생물의 활성이 영향으로, 반응기의 크기에 따라 변화. 이러한 궤도 연못 등의 조류에 가장 본격적인 시스템, 때문에, 야외 존재 고려해야 할 하나의 생물학적 요인은 미생물 종과 박테리오파지가 존재하는 미생물 종을 변경하고의 따라서 미생물의 기능을 할 수있는, 주변 환경으로부터 유입 될 수 있다는 것입니다 체계. 미생물 커뮤니티의 활동은 또한 빛과 온도 등의 환경 적 요인에 민감 할 것이다. 가스 및 유체 운동의 대량 전송은미생물 공정의 스케일 업에 영향을 물리적 요인의 예. 작은 반응기의 최적 혼합을 달성하는 것은 쉽다; 그러나, 증가 규모, 그것은 이상적인 혼합 조건을 설계 할 수있는 도전이된다. 더 큰 규모에서, 원자로 물질 전달 2 데드 존, 비 이상적인 혼합 및 감소 효율성이 자주 발생합니다. 조류는 광합성 생물이기 때문에 볼륨을 증가하는 경우, 상업적 성장으로 인해 물 깊이와 표면적의 변화에 빛 노출의 변화를 설명해야한다. 높은 바이오 매스 밀도 및 / 또는 낮은 질량 전송 속도는 CO를 바이오 매스 성장 (8)의 억제가 발생할 수 있습니다 둘 다 2 농도 증가 O 2 농도를 감소의 원인이 될 수 있습니다. 조류 (algae)의 성장 시스템에서의 화학적 요인 따라서 용존 CO 등의 pH 완충제 화합물의 변화에 의해 영향을 수중 환경이, pH가 역학에 의해 구동되는 <sub> 2, 탄산 종. 이러한 요인들은 예측할 수없는 방법으로 9에서, 생물 물리, 화학적 요소들 사이의 복잡한 상호 작용에 의해 악화된다.
이 연구는 규제와 두 개의 서로 다른 규모의 선박의 성장 조건을 비교하기 위해 설계된 쌍 반응기 시스템을 제공합니다. 실험 프로토콜은 침출수 처리 및 조류의 성장을 정량화에 초점을 맞추고; 그러나, 이러한 시간 경과에 따른 미생물 군집 변화 나 조류의 CO 2 격리 전위 등의 다른 지표를 모니터링하도록 구성 될 수있다. 여기에 제시된 프로토콜은 침출수 처리 시스템에서 조류의 성장과 질소 제거에 스케일의 영향을 평가하기 위해 디자인된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
시스템 성능 :
8 주 연구 기간 동안, 시스템의 소형 및 대형 용기의 생산성을 비교 하였다. 본 연구는 질소 및 암모니아 제거율 및 바이오 매스 성장률 처리 시스템의 생산성을 측정으로서 사용되었다. 이 시스템은 각 주 이산 조건하에 작동시켰다 반 – 배치 반응기로 작동시켰다. 대표적인 결과는 시스템 동작의 처음 8 주 동안, 그러나 전체 연구 환경 조건에서 계절 변동을 고려…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 자신의 지식과 침출수를 공유 펠튼, DE에서 Sandtown 매립에게 감사의 말씀을 전합니다.
Materials
| 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, 125-200mL | |
| 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 | 0.45µm filters |
References
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