Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.
A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.
Городские сточные воды обычно обрабатывают процессов с активным илом с целью снижения взвешенные твердые частицы (SS), биологическое потребление кислорода (БПК), органические и неорганические азотные и содержанием фосфора 5,6. Активированный процесс осадка, средство вторичной очистки сточных вод, влечет за собой окисление органического углерода в аэротенка, наполненной смешанной жидкости из поступающих сточных вод и вторичного гетеротрофных микроорганизмов (как правило, называют активного ила) 5-7. Смешанный раствор затем поступает относительно большое осветлитель (отстойник), где шлам оседает для облегчения сбора, либо утилизировать или возвращается в аэротенк, а осветленный, очищенные сточные воды могут продолжать доочистки или обеззараживания до выпуска в получающие воды 5-7. Эффективное разделение очищенных сточных вод и твердых (шлама) на вторичном отстойнике имеет важное значение для нормального функционирования А былСистема обработки tewater, как и любой активный ил продолжает за осветлителей увеличится БПК и SS в сточных 5-8.
Ряд альтернативных биологических процессов существуют для вторичной очистки сточных вод позволяют сократить или устранить необходимость в больших резервуарах, разъясняющие, в том числе прикрепленного роста (биопленки) реакторов, мембранных биореакторов (МБР), и сыпучих шламовых реакторов. В биопленки реакторов, формирование биопленок, в котором микроорганизмов, естественно совокупности и приложить в виде слоя на твердой поверхности, позволяет удержания биомассы и накопления без необходимости осветл бака. Биопленки реакторы могут быть классифицированы на три типа: реакторов с уплотненным слоем, реакторы с псевдоожиженным слоем, и вращение биологических контакторов. Упакованные реакторы слоем, такие как капельных фильтрах и биологических башен, используют стационарную твердую поверхность роста 5,6. Реакторы с кипящим слоем (FBRs) зависит от приложения микроорганизмов к частицам,таких как песок, гранулированный активированный уголь (GAC), или стеклянные бусы, которые хранятся в суспензии с высокой скоростью восходящего потока 9,10. Вращающиеся биологических реакторов зависит от биопленок, образованных на носителе, прикрепленных на вращающемся валу, позволяющих биопленки быть попеременно экспонированных на воздухе и жидкость проходят лечение 5,6. МУРЗ использовать единицы мембранной фильтрации, либо в биореакторе (погруженной конфигурации) или внешне через рециркуляции (конфигурации сторона-поток) 5,11. Мембраны служат для достижения хорошего разделения биомассы и твердых частиц из обрабатываемого жидкого 11,12. Гранулированные шлама реакторов с восходящим потоком реактора, в котором формирование чрезвычайно плотных и хорошо оседающих гранул микроорганизмов происходит, когда они подвергаются воздействию высокой поверхностной воздуха восходящего потока скоростей 13.
В качестве другой альтернативы в активного ила, роман с восходящим потоком реактора системы, которая теперь называется высокой плотности биореактор (HDBR), был Дизайнд и построен по продажам и Shieh (2006) для изучения удаление ХПК активного ила из потоков отходов синтетических в условиях низких F / M, что, как известно, приводит к образованию осадка плохой осаждения (т.е., наполнители шлама) 1,7,14. Система HDBR использованы модифицированные реакторы с псевдоожиженным слоем, который, как правило, состоят из реактора с восходящим потоком и внешней рециркуляции резервуара. Реакторы с кипящим слоем, как правило, работает с частотой поток рециркуляции потока, достаточно высоких, чтобы субстрат роста биопленки приостановлено, но достаточно низких, так что биопленки покрытые подложки сохраняется. В отличие от реакторов с кипящим слоем, то HDBR описано в продаже и Shieh (2006), используемый относительно низкие цены рециркуляционный поток потока, который, наряду с внешним аэрации, предотвратить нарушение зоны биомассы, образованной в реакторе 1. Последующие исследования показали, способность этого реактора конструкции как успешно лечить целый ряд потоков азота с помощью нитрификации / денитрификации бактерий 3,4. Во всех шпильких годов формирование стабильной, плотной зоне биомассы в рамках HDBR отпала необходимость во внешнем флокуляции процесса / оседания 1-4.
Как мы сообщаем, использование HDBR расти густые культуры был также протестирован в фотобиореактор (PBR) конфигурации для выращивания водорослей. Мы обсудим преимущества и недостатки этой новой системы реактора для выращивания водорослей и потенциал для преодоления большой барьер в коммерциализации водорослей биотоплива, связанных с уборки биомассы (т.е. хорошо твердой и жидкой фаз 15,16). Следующий протокол описывает шаги, необходимые для сборки, запуска, образец из, и поддерживать HDBR с водорослями, как микробного сообщества интерес. Изменения в запуске и эксплуатации протокола гетеротрофных и нитрифицирующих / Денитрифицирующие культур также будут упомянуты. Наконец, будут выделены общие преимущества, недостатки, и неизвестные этой новой конструкции реактора.
1. Реактор Ассамблея
2. Подготовка исходных растворов, влиятельных / корм Solutions, и водорослей модификатора
3. Посев и запуск реактора
4. Отбор проб и анализ
HDBR был использован для выращивания водорослей в течение нескольких соотношениях втекающий аммиака и нитрата концентрации, при сохранении общего содержания азота в сырье на уровне 40 мг -NL -1. Влиятельных и стоков были взяты образцы в день; Образцы плотность биомассы были приняты в ...
В этом разделе будет начать с обсуждения изменений протокола, необходимых для решения возможных оперативных вопросов, а также с использованием различных микробных сообществ. Будут обсуждаться сильные данной конструкции реактора, в том числе способность управлять контроль потока кис...
The authors have nothing to disclose and declare that they have no competing financial interests.
The authors would like to acknowledge Aspen Walker at the University of Pennsylvania for her assistance in reactor maintenance and sample collection.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Aeration stone | Alita | AS-3015C | |
Aerator | Top Fin | Air-1000 | |
Ammonium chloride | Sigma Aldrich | A9434 | |
Anion analysis column | Shodex | IC SI-52 4E | |
Beaker (600 mL) | Corning Pyrex | 1000-600 | Used as mixing vessel (MV). Addition of hose barbs at the bottom and 500 mL levels. Outside diameter of hose barbs 3/8". |
Calcium chloride | Sigma Aldrich | C5670 | |
Cation analysis column | Shodex | IC YS-50 | |
Cobalt chloride hexahydrate | Sigma Aldrich | C8661 | |
Copper chloride | Sigma Aldrich | 222011 | |
Ferric chloride | Sigma Aldrich | 157740 | |
Filter (vacuum) | Fisherbrand | 09-719-2E | 0.45 um membrane filter, MCE, 47 mm diameter |
Graduated cylinder (1000 mL) | Corning Pyrex | 3025-1L | Used as reactor vessel (R). Addition of hose barbs at bottom, 500 mL, and 1 L levels. Outside diameter of hose barbs 3/8". |
HPLC/IC | Shimadzu | Prominence | |
Magnesium sulfate | Sigma Aldrich | M2643 | |
Masterflex L/S variable speed drive | Masterflex | 07553-50 | Drive for recycle and feed pumps (2 needed) |
Nickel chloride hexahydrate | Sigma Aldrich | N6136 | |
Potassium nitrate | Sigma Aldrich | P8291 | |
(Monobasic) Potassium phosphate | Sigma Aldrich | P5655 | |
Pump head | Masterflex | 07018-20 | Recycle pump head |
Pump head | Masterflex | 07013-20 | Feed pump head |
Pump tubing | Masterflex | 6404-18 | Recycle pump tubing |
Pump tubing | Masterflex | 6404-13 | Feed pump tubing |
Sodium bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | |
Zinc sulfate heptahydrate | Sigma Aldrich | Z0251 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены