La comparación de la escala en un sistema de reactor fotosintética de las algas Saneamiento de Aguas Residuales

La traducción de los datos a escala de banco para aplicaciones de mayor escala es un paso clave en la comercialización de bioprocesos. Eficiencia de la producción en sistemas de reactor de pequeña escala, particularmente las que se centran en el uso de microorganismos, se ha demostrado que constantemente durante predecir la eficiencia que se producen en los sistemas a escala comercial ^{1, 2, 3, 4.} También existen desafíos en la expansión del cultivo de fotosíntesis de las algas y cianobacterias desde la escala de laboratorio a los sistemas más grandes para el propósito de fabricar productos de alto valor, tales como cosméticos y productos farmacéuticos, para la producción de biocombustibles, y para el tratamiento de las aguas residuales. La demanda para la producción de biomasa de algas a gran escala está creciendo con la industria emergente de algas en biocombustibles, productos farmacéuticos / nutracéuticos, y la alimentación del ganado ^5. La metodología descrita eneste manuscrito tiene como objetivo evaluar la influencia del aumento de escala de un sistema de reactor fotosintética en la tasa de crecimiento de la biomasa y la eliminación de nutrientes. El sistema presentado aquí utiliza algas para remediar las aguas residuales de lixiviados de vertedero pero pueden adaptarse para una variedad de aplicaciones.

eficiencia en la producción de sistemas de gran escala a menudo se predijo a partir de los experimentos a menor escala; sin embargo, se deben considerar varios factores para determinar la exactitud de estas predicciones, como escala se ha demostrado que afecta el rendimiento de bioprocesos. Por ejemplo, Junker (2004) presentó los resultados de una comparación de ocho reactores de fermentación de diferentes tamaños, que van desde 30 a 19.000 L L, que mostró que la productividad real en entre pilotos o comerciales escalas era casi siempre más bajo que los valores predichos usando pequeña Los estudios -scale ^4. Las desigualdades en la dimensión del barco, potencia de mezcla, tipo de agitación, la calidad de nutrientes, y la transferencia de gas se prevé que sea elcausas principales de la disminución de la productividad ^4. Del mismo modo, se ha demostrado en los reactores de crecimiento de las algas que el crecimiento de la biomasa y productos relacionados con la biomasa son casi siempre reducen cuando se aumenta la escala ^6.

Los factores biológicos, físicos, químicos y cambian con el tamaño de un reactor, con muchos de estos factores que influyen en la actividad microbiana a pequeñas escalas de manera diferente que en mayor escala ^{2, 7.} Como la mayoría de los sistemas a gran escala para las algas, tales como estanques de rodadura, existe al aire libre, un factor biológico a considerar es que las especies microbianas y bacteriófagos se pueden introducir desde el ambiente circundante, lo que puede alterar las especies microbianas presentes y por lo tanto la función microbiana de la sistema. La actividad de la comunidad microbiana también será sensible a los factores ambientales, como la luz y la temperatura. las transferencias masivas de gases y el movimiento del fluido sonejemplos de factores físicos que son influenciados en la escala de los procesos microbianos. El logro de mezcla ideales en pequeños reactores es fácil; sin embargo, con el aumento de escala, se convierte en un desafío para diseñar las condiciones ideales de mezcla. A mayores escalas, los reactores son más propensos a tener zonas muertas, de mezcla no ideal, y la eficiencia reducida en la transferencia de masa ^2. Dado que las algas son organismos fotosintéticos, el crecimiento comercial debe dar cuenta de los cambios en la exposición a la luz debido a cambios en la profundidad del agua y la superficie al aumentar el volumen. De alta densidad de la biomasa y / o bajas tasas de transferencia de masa pueden causar disminución de _las concentraciones de _CO2 y el aumento de las concentraciones de O _2, ambos de los cuales pueden dar lugar a la inhibición de crecimiento de la biomasa ^8. Los factores químicos en un sistema de crecimiento de las algas son impulsados por la dinámica de pH del medio ambiente acuático ^2, que, en consecuencia afectada por cambios en los compuestos tamponantes del pH, tales como CO disuelto <sub> 2 y carbonato de especies. Estos factores se ven agravados por la compleja interacción entre los factores biológicos, físicos, químicos y, a menudo de maneras impredecibles ^9.

Este estudio presenta un sistema de reactor emparejado diseñado para regular y para comparar las condiciones de crecimiento en los vasos de dos escalas diferentes. El protocolo experimental se centra en la cuantificación de tratamiento de lixiviados y el crecimiento de algas; sin embargo, podría ser adaptado para supervisar otras métricas tales como cambios en la comunidad microbiana en el tiempo o el potencial de captura de CO ₂ de algas. El protocolo que aquí se presenta está diseñado para evaluar el efecto de escala en el crecimiento de algas y la eliminación de nitrógeno en un sistema de tratamiento de lixiviados.