Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
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.
Kentsel atık su genellikle askıda katı madde (SS), biyolojik oksijen talebi (BOD), organik ve inorganik azot ve fosfor içeriği 5,6 azaltmak amacıyla aktif çamur işlemleri ile muamele edilir. Aktif çamur yöntemi, sekonder atık su işleme için bir araç, gelen atık ve geri dönüşümlü heterotrofik mikroorganizmanın karışık sıvısı ile doldurulmuş bir havalandırma tankında organik karbon oksidasyonunu gerektirir 5-7 (yaygın aktif çamur olarak da adlandırılır). Karışık likör sonra çamur için, daha kolay toplanması için yerleşir nispeten büyük arıtıcı (dinlendirme tankı) girer elden çıkarılması veya açıklık, arıtılmış atık su üçüncül tedavi veya dezenfeksiyon devam edebilirsiniz ederken salınan önce, geri havalandırma tankına geri dönüştürülebilir ya alan sular 5-7. İkincil arıtıcı tedavi atıksu ve katı (çamur) Verimli ayrılması oldu düzgün fonksiyonu için gereklidirtewater arıtma sistemi, herhangi bir aktif çamur atık 5-8 BOİ ve SS artacak Çöktürme ötesine devam olarak.
Alternatif biyolojik süreçlerin bir dizi azaltmak veya ekli-büyüme (biyofilm) reaktörler, membran Biyoreaktörlerin (MBR'leri) ve granül çamur reaktörler de dahil olmak üzere geniş açıklığa kavuşturulması tankları, ihtiyacını ortadan kaldırmak atıksuyun ikincil tedavisi için mevcuttur. Biyofilm reaktör, doğal agrega mikroorganizmalar ve katı bir yüzey üzerinde bir katman olarak bağlandıkları biyofilmlerin oluşumuyla olarak, açıklık tankın gerek kalmadan biyokütle tutma ve birikimi sağlar. Biyofilm reaktörler üç tip halinde sınıflandırılabilir: paketlenmiş yataklı reaktörler, akışkan yataklı reaktörler ve dönen biyolojik. Böyle bir trickling filtreleri ve biyolojik kuleleri Paketli yataklı reaktörler, sabit bir katı büyüme yüzeyi 5,6 kullanmaktadır. Akışkan yataklı reaktörler, (FBRs), parçacıkların Mikroorganizmaların bağlanması bağlıdırkum gibi granül karbon (GAC) ya da yüksek yukarı doğru akış oranı 9,10 ile süspansiyon içinde muhafaza edilmiştir cam boncuk, aktif. Döner biyolojik reaktörler biyofilm sağlayan bir döner şaftına bağlı ortam üzerinde oluşturulmuş biyofilm alternatif olarak havaya maruz kalma ve sıvı 5,6 tedavi edilen bağlıdır. MBR'leri biyoreaktör (batık konfigürasyonunda) içinde veya dışarıdan devridaim (yan-akım konfigürasyonu) 5,11 vasıtasıyla ya, membran filtrasyon üniteleri kullanın. Membranlar tedavi sıvı 11,12 den biyokütle ve katı parçacıkların iyi ayrılmasını sağlamak için hizmet vermektedir. Granül çamur reaktörler içinde mikroorganizmaların çok yoğun ve iyi yerleşme granüllerin oluşumu yüksek yüzeysel hava yukarı doğru çıktığı maruz kaldığında ortaya çıkar 13 hızlar yukarı akış reaktörlerdir.
Aktif çamur işlemi, yeni bir yukarı akış reaktör sistemi için başka bir alternatif olarak, hemen yüksek yoğunluklu biyoreaktör (HDBR) olarak adlandırılan, designe oldud ve yoksul yerleşim çamur oluşmasına neden olduğu bilinmektedir düşük F / M koşullarında sentetik atık akışları (yani, kabarma çamur) 1,7,14 dan aktif çamur tarafından KOİ giderimi incelemek için Satış ve (2006) Shieh tarafından inşa. Kullanılan HDBR sistemi tipik olarak, bir yukarı akış reaktörü ve bir dış devri daim tank, akışkan yataklı reaktörler modifiye. Biyofilm kaplı substrat tutulacak şekilde Akışkan yataklı reaktörler tipik olarak yeterince süspansiyon haline biyofilm büyüme alt katmanı tutmak için yeterince yüksek, fakat düşük yeniden çevrim akımı, akış oranları ile çalıştırılır. Akışkan yataklı reaktörlerde aksine, HDBR Satış anlatılan ve (2006) Shieh dış havalandırma ile birlikte, reaktörün 1 bünyesinde oluşturulan biyokütle bölgenin bozulması önlenir, nispeten düşük devri daim akımı debileri kullanılır. Daha sonraki çalışmalar başarıyla bakteri 3,4 denitrifikasyon / nitrifikasyon kullanarak azot akışlarının bir dizi tedavi etmek için bu reaktör tasarımın yeteneğini göstermiştir. Tüm saplamaHDBR içinde istikrarlı, yoğun biyokütle bölgenin oluşumu harici flokülasyon / sedimantasyon süreci 1-4 ihtiyacını ortadan ies.
Burada rapor olarak yoğun kültürleri büyümeye HDBR kullanımı da alg yetiştirilmesi için bir foto-biyo (PBR) konfigürasyonunda olarak test edilmiştir. Biz yararları ve alg ekimi için bu yeni reaktör sisteminin sakıncalarını ve biyokütle toplama (yani, iyi katı-sıvı ayırma 15,16) ile ilişkili Alg biyoyakıt ticarileştirilmesi büyük bir engel üstesinden gelmek için potansiyel tartışmak. Aşağıdaki protokol başlatma, örnek, monte ve ilgi mikrobiyal topluluk olarak yosun ile HDBR korumak için gerekli adımları açıklar. Heterotrofik ve nitrifikasyon / Azot salan kültürlerinin başlangıç ve işletme protokolü değişimler de söz edilecektir. Son olarak, genel avantajları, dezavantajları, ve bu yeni reaktör tasarımının bilinmeyenler vurgulanır.
1. Reaktör Meclisi
Stok Solutions, Akan / Yem Çözümleri ve Yosun Aşılayıcı 2. Hazırlık
3. Tohum ve Reaktör Başlangıç
4. Numune Toplama ve Analizi
40 mg -NL -1 beslemedeki toplam nitrojen içeriğine korurken HDBR, içeri giren amonyak ve sodyum nitrat konsantrasyonlarında çeşitli oranları üzerinden yosun yetiştirmek için kullanıldı. Akın ve atık numuneleri günlük alındı; biyokütle yoğunluğu numuneleri her durumun başında ve sonunda alındı. Reaktör koşulları değiştirildi sonra kararlı durum dengeye ulaşmak için ortalama 3-5 gün sürdü. Içeri giren koşulları geniş bir yelpazede üzerinde belirgin bir biyokütle bölges...
Bu bölüm olası operasyonel konularda yanı sıra farklı mikrobiyal topluluklar kullanarak çözmek için gerekli protokol varyasyonları bir tartışma başlayacak. Bu reaktör tasarımının güçlü oksijen akı kontrolü ve reaktör içinde yüksek yoğunluklu flocs oluşumunu yönetme yeteneği dahil olmak üzere, ele alınacaktır. Güncel sorunlar ve soruşturmanın olası caddeleri de söz edilecektir.
Protokol nüansları ve çeşitleri
Kültürlerin farklı yeti?...
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 μm membrane filter, MCE, 47 mm diameter |
Graduated cylinder (1,000 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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır