Сравнение шкалы в системе фотосинтетического реактор для цветению восстановлению сточных вод

Перевод скамейка масштаба данных крупномасштабных приложений является ключевым шагом в коммерциализации биопроцессы. Эффективность производства в малых реакторных систем, в частности , те , которые фокусируются на использовании микроорганизмов, было показано , что последовательно более прогнозировать эффективность происходящих в промышленном масштабе систем ^{1, 2, 3, 4.} Проблемы существуют также в расширении масштабов культивирования фотосинтетической водорослей и цианобактерий из лабораторного масштаба для крупных систем с целью производства продукции с высокой добавленной стоимостью, такие как косметические и фармацевтические, для производства биотоплива, а также для очистки сточных вод. Спрос на крупномасштабного производства биомассы водорослей растет с развивающейся промышленностью для водорослей в биотопливо, фармацевтической / нутрицевтики и корма для скота ^5. Методика описана вэта рукопись ставит своей целью оценить влияние увеличения шкалы фотосинтетической системы реактора на скорость роста биомассы и удаления биогенных веществ. Система, представленная здесь использует водоросли для устранения свалок сточных вод, но может быть адаптирована для различных применений.

Производственные КПД крупных систем часто предсказаны с использованием меньшего масштаба экспериментов; Однако, несколько факторов необходимо учитывать, чтобы определить точность этих прогнозов, поскольку масштаб было показано, что влияет на производительность биопроцессы. Например, Юнкер (2004) представил результаты сравнения восьми реакторов различного размера ферментации, в пределах от 30 л до 19000 л, который показал, что фактическая производительность в коммерческих или пилотов-масштабах была почти всегда ниже, чем значения предсказаны с использованием небольшой Крупномасштабные исследования ^4. Неравенство в измерении емкости, смесительной мощности, типа перемешивания, качества питательных веществ, и передачи газа, согласно прогнозам, будетОсновными причинами пониженной производительности ^4. Аналогичным образом , было показано , в реакторах рост водорослей , что рост биомассы и продуктов , связанных биомассы почти всегда уменьшается при увеличении ставок шкалы ^6.

Биологические, физические и химические факторы изменяются с размером реактора, причем многие из этих факторов , влияющих на микробную активность на малых масштабах иначе , чем в более крупных масштабах ^{2, 7.} Так как большинство полномасштабных систем для водорослей, таких как дорожкой качения пруды, существуют на открытом воздухе, один биологический фактор необходимо учитывать, что микробные виды и бактериофаги могут быть введены из окружающей среды, которая может привести к изменению микробных видов, присутствующих и, следовательно, микробный функция из система. Активность микробного сообщества также будут чувствительны к факторам окружающей среды, таким как свет и температура. Массовые переводы газов и движения жидкости являютсяпримеры физических факторов, которые повлияли на увеличение масштаба микробных процессов. Достижение идеального перемешивания в небольших реакторах легко; Однако, с увеличением масштаба, это становится проблемой для конструирования идеального смешения условий. При больших масштабах, реакторы, более вероятно, имеют мертвые зоны, неидеальной перемешивание и снижение эффективности при массообмена ^2. Так как водоросли являются фотосинтезирующие организмы, коммерческий рост должен учитывать изменения в освещенности в связи с изменением глубины и площади поверхности при увеличении объема. Высокая плотность биомассы и / или низкой скорости передачи массы может привести к снижению концентрации СО ₂ и повышенные концентрации O _2, оба из которых могут привести к торможению роста биомассы ^8. Химические факторы в системе роста водорослей обусловлены динамикой рН водной среды ^2, которая , следовательно , зависит от изменений в рН буферных соединений , таких как растворенный CO <sub> 2 и карбонатные виды. Эти факторы усугубляются сложные взаимодействия между биологическими, физическими и химическими факторами, часто непредсказуемо ^9.

Данное исследование представляет собой парную систему реактора, предназначенный для регулирования и сравнить условия роста в сосудах двух различных масштабах. Экспериментальный протокол фокусируется на количественной оценке лечения и продуктов выщелачивания рост водорослей; Тем не менее, она может быть адаптирована для мониторинга других показателей , таких как изменения в микробного сообщества с течением времени или потенциала поглощения СО ₂ из водорослей. Протокол, представленные здесь, предназначен для оценки эффекта масштаба на рост водорослей и удаления азота в системе очистки фильтрата.