Closed SystemsClosed PBRs create an

Closed Systems

Closed PBRs create an enclosed growing environment for algae cultivation where light, air, and nutrients are supplied at regulated levels to ensure optimized growth. Some benefits of these closed systems are: (a) microalgae cultures can grow free of potential contaminants such as microorganisms; (b) they provide higher production rates than open systems; (c) they are easier to manipulate and control, allowing the optimization of the essential variables and providing high growth rates; (d) they have less evaporation than open systems; (e) interior lighting can be adjusted for proper exposure levels. Problems with closed systems involve mainly the fact they are more expensive to set up and the facilities require greater amounts of maintenance.

An important factor of PBRs to maximize the growth conditions is their design, that is, the geometry employed to get an efficient distribution of light. The most common closed PBR geometries are the flat plate, the annular, and the tubular ones (see Figure 1). A complete description of these categories is given in [9].
Sensors 14 04466f1 1024
Figure 1. Commonly employed reactor designs.

Click here to enlarge figure

Flat plate PBRs have received much attention due to their large illumination surface area. Generally, these PBRs are made of transparent materials for maximum utilization of solar light energy. Accumulation of dissolved oxygen concentrations in flat rates PBRs is relatively low compared to tubular PBRs. It has been reported that with flat plate PBRs high photosynthetic efficiencies can be achieved [10–12].

Annular reactors are typically translucent large diameter containers filled with algae suspended in a liquid medium, in which gases are bubbled from the bottom of the container. Since no precisely defined flow lines are reproducibly formed, it can be difficult to control the mixing properties of the system which can lead to low mass transfer coefficients, poor photomodulation, and low productivity. Moreover, to work with sufficient volume, the large diameter leads to a considerable dark fraction in the middle of the cylinder. This part does not contribute to productivity or may even have detrimental effects on growth.

The tubular PBR is one of the most suitable types for outdoor mass cultures. Most of them are usually constructed with either glass or plastic tubes. They consist of straight, coiled or looped transparent tubing arranged in various ways for maximizing sunlight capture. Properly designed tubular PBRs completely isolate the culture from potentially contaminating external environments, allowing extended duration algal cultures. Mixing of the cultures in tubular PBRs is usually done either with air-pump or airlift systems. This design is very suitable for outdoor mass cultures of algae since they have a large illumination surface area. On the other hand, one of the major limitations of tubular PBRs is their poor mass transfer. It should be noted that mass transfer (oxygen build-up) becomes a problem when tubular PBRs are scaled up. For instance, some studies have shown that very high dissolved oxygen levels are easily reached in tubular PBRs.

Comparing the three ways of engineering closed PBRs, the tubular ones facilitate better control of many culture environment parameters such as the carbon dioxide supply, the water supply, the optimal temperature, the efficient exposure to sunlight, the culture density, the pH level, the gas supply rate, or the mixing regime.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ระบบปิดPBRs ปิดสร้างสภาพแวดล้อมเติบโตควบสำหรับเพาะปลูกสาหร่ายที่แสง อากาศ และสารอาหารที่ให้ในระดับควบคุมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเจริญเติบโต มีประโยชน์บางประการของระบบเหล่านี้ปิด: วัฒนธรรม microalgae (a) สามารถขยายฟรีของสารปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นเช่นจุลินทรีย์ (ข) จะมีอัตราการผลิตสูงกว่าระบบเปิด (ค) จะง่ายต่อการจัดการ และ ควบคุม ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพของตัวแปรจำเป็น และให้อัตราการขยายตัวสูง (d) จะมีการระเหยน้อยกว่าระบบเปิด (e) แสงสว่างภายในสามารถปรับระดับแสงที่เหมาะสม เกี่ยวกับการปิดระบบที่เกี่ยวข้องกับจริงส่วนใหญ่เป็นการตั้งค่า และสิ่งอำนวยความสะดวกที่ต้องใช้เงินค่าบำรุงรักษาออกแบบ คือ เรขาคณิตที่ลูกจ้างจะได้รับการแจกจ่ายที่มีประสิทธิภาพของแสงเป็นปัจจัยสำคัญของ PBRs เพื่อเพิ่มเงื่อนไขการเจริญเติบโตได้ พบบ่อยที่สุดปิด PBR รูปทรงเรขาคณิตเป็นจานแบน annular และท่อคน (ดูรูปที่ 1) คำอธิบายที่สมบูรณ์ของประเภทเหล่านี้ถูกกำหนดใน [9]เซ็นเซอร์ 14 04466f1 1024รูปที่ 1 โดยทั่วไปพนักงานออกแบบเครื่องปฏิกรณ์คลิกที่นี่เพื่อขยายภาพจานแบน PBRs ได้รับความสนใจมากเนื่องจากพื้นที่ผิวของรัศมีขนาดใหญ่ ทั่วไป PBRs เหล่านี้ที่ทำจากวัสดุโปร่งใสสำหรับการใช้ประโยชน์ของพลังงานแสงอาทิตย์ไฟสูงสุด สะสมของความเข้มข้นของออกซิเจนละลายในอัตราแบน PBRs มีค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับท่อ PBRs มีรายงานว่า มีแผ่นแบน PBRs ประสิทธิภาพ photosynthetic สูงสามารถทำได้ [10-12]เตาปฏิกรณ์ annular มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่โปร่งแสงโดยทั่วไปภาชนะที่เต็มไป ด้วยสาหร่ายที่ถูกระงับในกลางของเหลว ซึ่งเป็นฟองก๊าซจากด้านล่างของภาชนะบรรจุ เนื่องจากไม่มีรายการขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำจะเกิดขึ้น reproducibly จะสามารถยากที่จะควบคุมคุณสมบัติผสมของระบบซึ่งอาจทำให้สัมประสิทธิ์การถ่ายโอนมวลต่ำ ไม่ดี photomodulation และผลผลิตต่ำ นอกจากนี้ การทำงาน ด้วยระดับเสียงเพียงพอ เส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่นำไปสู่เศษส่วนมืดมากตรงกลางถัง ส่วนนี้ไม่นำไปสู่การผลิต หรืออาจได้ผลดีผลเจริญเติบโตPBR ท่อเป็นหนึ่งชนิดเหมาะสำหรับวัฒนธรรมกลางแจ้งขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่ของพวกเขาโดยทั่วไปมักจะสร้าง ด้วยแก้วหรือหลอดพลาสติก ประกอบด้วยเส้นตรง คอยล์ หรือ looped โปร่งใสท่อจัดเรียงในรูปแบบต่าง ๆ สำหรับเพิ่มแสงแดดจับ ออกแบบอย่างถูกต้อง PBRs ท่อสมบูรณ์แยกวัฒนธรรมจากขยะสภาพแวดล้อมภายนอก อาจให้ระยะเวลานาน algal วัฒนธรรม ผสมของวัฒนธรรมในท่อ PBRs โดยปกติแล้วทั้งที่ มีระบบปั๊มอากาศหรือ airlift ออกแบบนี้จะเหมาะมากสำหรับวัฒนธรรมภายนอกโดยรวมของสาหร่ายเนื่องจากมีพื้นที่ขนาดใหญ่รัศมี บนมืออื่น ๆ หนึ่งข้อจำกัดหลักของ PBRs ท่อคือการโอนย้ายโดยรวมดี ก็ควรจดบันทึกว่า โอนมวล (ออกซิเจนแข้ง) กลายเป็น ปัญหาเมื่อท่อ PBRs ที่ปรับค่า ศึกษาบางตัวอย่าง ได้แสดงว่า ระดับออกซิเจนละลายสูงมากจะเดินในท่อ PBRsเปรียบเทียบสามวิธีของวิศวกรรม PBRs ปิด ท่อช่วยปรับพารามิเตอร์สภาพแวดล้อมวัฒนธรรมมากมายเช่นอุปทานก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำประปา อุณหภูมิเหมาะสม การสัมผัสแสงแดดอย่างมีประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของวัฒนธรรม กรด อัตราการจ่ายก๊าซ หรือระบอบการปกครองที่ผสม

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ปิดระบบปิด PBRs สร้างสภาพแวดล้อมที่ล้อมรอบการเจริญเติบโตสำหรับการเพาะปลูกสาหร่ายที่แสงอากาศและสารอาหารที่มีจำหน่ายอยู่ในระดับที่ควบคุมการเจริญเติบโตที่ดีที่สุดให้แน่ใจว่า ผลประโยชน์บางส่วนของระบบปิดเหล่านี้คือ (ก) วัฒนธรรมสาหร่ายสามารถเจริญเติบโตได้เป็นอิสระจากสารปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นเช่นจุลินทรีย์ (ข) พวกเขาให้อัตราการผลิตที่สูงกว่าระบบเปิด (ค) พวกเขาจะง่ายต่อการจัดการและการควบคุมที่ช่วยให้การเพิ่มประสิทธิภาพของตัวแปรที่สำคัญและให้อัตราการเจริญเติบโตสูง (ง) พวกเขามีการระเหยน้อยกว่าระบบเปิด (จ) แสงสว่างภายในสามารถปรับระดับแสงที่เหมาะสม ปัญหาเกี่ยวกับระบบปิดมีส่วนร่วมส่วนใหญ่เป็นความจริงที่มีราคาแพงมากขึ้นในการติดตั้งและสิ่งอำนวยความสะดวกต้องใช้ในปริมาณที่มากขึ้นของการบำรุงรักษา. เป็นปัจจัยสำคัญของ PBRs เพื่อเพิ่มสภาพการเจริญเติบโตคือการออกแบบของพวกเขาที่เป็นรูปทรงเรขาคณิตการจ้างงานที่จะได้รับการจัดจำหน่ายที่มีประสิทธิภาพของ เบา. ที่พบมากที่สุดรูปทรงเรขาคณิต PBR ปิดเป็นแผ่นแบน, วงแหวนและคนท่อ (ดูรูปที่ 1) คำอธิบายที่สมบูรณ์ของประเภทเหล่านี้จะได้รับใน [9]. เซนเซอร์ 14 04466f1 1024 รูปที่ 1 ลูกจ้างทั่วไปการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์. คลิกที่นี่เพื่อขยายรูปPBRs แผ่นแบนได้รับความสนใจมากเนื่องจากพื้นที่ผิวส่องสว่างขนาดใหญ่ของพวกเขา โดยทั่วไป PBRs เหล่านี้จะทำจากวัสดุที่โปร่งใสสำหรับการใช้ประโยชน์สูงสุดของพลังงานแสงพลังงานแสงอาทิตย์ การสะสมของความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในอัตราแบน PBRs ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับ PBRs ท่อ มันได้รับรายงานว่ามีการ PBRs แผ่นแบนสังเคราะห์ประสิทธิภาพสูงสามารถทำได้ [10-12]. เครื่องปฏิกรณ์วงแหวนมักจะมีความโปร่งแสงภาชนะบรรจุขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยสาหร่ายที่ลอยอยู่ในอาหารเหลวที่จะฟองก๊าซจากด้านล่างของภาชนะ เนื่องจากไม่มีกำหนดไว้อย่างแม่นยำสายไหลที่เกิดขึ้น reproducibly มันอาจเป็นเรื่องยากที่จะควบคุมการผสมคุณสมบัติของระบบที่สามารถนำไปสู่ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลต่ำ photomodulation ยากจนและผลผลิตต่ำ นอกจากนี้ในการทำงานที่มีปริมาณเพียงพอเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่นำไปสู่ส่วนที่มืดมากในช่วงกลางของถัง ส่วนนี้ไม่ได้มีส่วนร่วมในการผลิตหรือแม้กระทั่งอาจมีผลกระทบต่อการเจริญเติบโต. ท่อ PBR เป็นหนึ่งในประเภทที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัฒนธรรมมวลน้ำกลางแจ้ง ที่สุดของพวกเขามักจะถูกสร้างด้วยกระจกหรือหลอดพลาสติก พวกเขาประกอบด้วยตรงขดหรือคล้องท่อโปร่งใสจัดในรูปแบบต่างๆสำหรับการเพิ่มการจับแสงแดด ออกแบบอย่างถูกต้องสมบูรณ์ PBRs ท่อแยกวัฒนธรรมที่อาจเกิดขึ้นจากการปนเปื้อนในสภาพแวดล้อมภายนอกที่ช่วยให้ระยะเวลาที่ขยายวัฒนธรรมสาหร่าย ผสมของวัฒนธรรมใน PBRs ท่อมักจะทำอย่างใดอย่างหนึ่งที่มีเครื่องสูบน้ำหรือระบบการขนส่งทางอากาศ การออกแบบนี้เหมาะมากสำหรับวัฒนธรรมกลางแจ้งมวลของสาหร่ายเนื่องจากพวกเขามีพื้นที่ผิวส่องสว่างขนาดใหญ่ บนมืออื่น ๆ ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อ จำกัด ที่สำคัญของ PBRs ท่อคือการถ่ายโอนมวลยากจนของพวกเขา มันควรจะตั้งข้อสังเกตว่าการถ่ายโอนมวล (ออกซิเจนสร้างขึ้น) จะกลายเป็นปัญหาเมื่อ PBRs ท่อมีการปรับขึ้น ยกตัวอย่างเช่นบางการศึกษาแสดงให้เห็นว่าที่ละลายในน้ำที่สูงมากระดับออกซิเจนจะมาถึงได้อย่างง่ายดายใน PBRs ท่อ. เปรียบเทียบสามวิธีของวิศวกรรมปิด PBRs ที่คนท่ออำนวยความสะดวกในการควบคุมที่ดีของตัวแปรสภาพแวดล้อมวัฒนธรรมหลายอย่างเช่นการจัดหาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้ำประปา อุณหภูมิที่เหมาะสม, การสัมผัสกับแสงแดดที่มีประสิทธิภาพ, ความหนาแน่นของวัฒนธรรมระดับ pH อัตราการจ่ายก๊าซหรือระบอบการปกครองผสม

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ระบบ

ปิดปิด pbrs สร้างสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตของสาหร่าย การปิดล้อมที่ แสง อากาศ และ สารอาหารที่จัดที่ควบคุมระดับเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพการเจริญเติบโต ประโยชน์บางส่วนของระบบเหล่านี้คือ : ( ปิด ) สาหร่ายวัฒนธรรมสามารถเติบโต ปราศจากสารปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้น เช่น จุลินทรีย์ ; ( b ) จะให้อัตราการผลิตที่สูงกว่าระบบเปิด( ค ) พวกเขาจะง่ายต่อการจัดการและการควบคุมที่ช่วยให้เพิ่มประสิทธิภาพของตัวแปรที่สำคัญและให้อัตราการเจริญเติบโตสูง ; ( d ) มีการระเหยน้อยกว่าระบบเปิด ( E ) ภายในแสงสามารถปรับระดับแสงที่เหมาะสม ปัญหากับระบบปิดเกี่ยวข้องกับหลักความเป็นจริงพวกเขามีราคาแพงเพื่อตั้งค่า และเครื่องต้องใช้ในปริมาณที่มากขึ้นของการรักษา .

ปัจจัยสำคัญของ pbrs เพื่อเพิ่มเงื่อนไข การออกแบบของพวกเขา นั่นคือ เรขาคณิตที่ใช้ต้องมีประสิทธิภาพการกระจายของแสง ส่วนใหญ่ปิด PBR เรขาคณิตเป็นแผ่นแบนเป็นรูปวงแหวนและท่ออยู่ ( ดูรูปที่ 1 ) คำอธิบายที่สมบูรณ์ของประเภทเหล่านี้จะได้รับใน [ 9 ] .
เซ็นเซอร์ 14 04466f1 1024
1 รูป โดยทั่วไปในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ .

คลิกที่นี่เพื่อขยายขนาดรูป

จานแบน pbrs ได้รับความสนใจมากเนื่องจากพวกเขาขนาดใหญ่รัศมีพื้นที่ผิว . โดยทั่วไป pbrs เหล่านี้จะทำจากวัสดุที่โปร่งใสเพื่อประโยชน์สูงสุดของพลังงานแสงแสงอาทิตย์ การสะสมของปริมาณออกซิเจนละลายน้ำในอัตราความเข้มข้นแบน pbrs ค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับท่อ pbrs .มันได้รับรายงานว่า มีจานแบน pbrs สังเคราะห์แสงประสิทธิภาพสูงสามารถทำได้ [ 10 – 12 ] .

เป็นเครื่องปฏิกรณ์มักจะโปร่งแสงขนาดใหญ่เส้นผ่าศูนย์กลางภาชนะที่เต็มไปด้วยสาหร่ายแขวนลอยในของเหลวที่ระดับกลาง ซึ่งมีฟองก๊าซจากด้านล่างของภาชนะ เนื่องจากไม่แม่นยำกำหนดไหลเป็นสาย reproducibly ตั้งขึ้นมันสามารถยากที่จะควบคุมการผสมคุณสมบัติของระบบซึ่งจะนำไปสู่การถ่ายเทมวลต่ำสัมประสิทธิ์ photomodulation ยากจนและผลผลิตต่ำ นอกจากนี้ในงานมีปริมาณเพียงพอ เส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่ทำให้เกิดส่วนมืดมากในช่วงกลางของกระบอก ส่วนนี้ไม่ได้มีส่วนร่วมในการเพิ่มผลผลิต หรืออาจจะมีผลเสียต่อการเจริญเติบโต .

โดย PBR ท่อเป็นหนึ่งในประเภทที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัฒนธรรมมวลกลางแจ้ง ที่สุดของพวกเขามักจะสร้างด้วยแก้วหรือหลอดพลาสติก พวกเขาประกอบด้วยขดท่อใสตรง หรืออาจจัดในรูปแบบต่างๆเพื่อเพิ่มแสงแดดจับ ถูกออกแบบท่อ pbrs สมบูรณ์แยกวัฒนธรรมจากสภาพแวดล้อมภายนอกที่อาจปนเปื้อน ,ให้ขยายระยะเวลาการใช้วัฒนธรรม การผสมของวัฒนธรรมในท่อ pbrs มักจะทำเหมือนกันกับเครื่องสูบลม หรือระบบขนส่ง . การออกแบบนี้เหมาะมากสำหรับกลางแจ้งวัฒนธรรมของมวลสาหร่ายตั้งแต่พวกเขามีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ส่องสว่าง . บนมืออื่น ๆ หนึ่งในข้อ จำกัด หลักของท่อ pbrs คือการถ่ายเทมวลที่ยากจนของพวกเขามันควรจะตั้งข้อสังเกตว่า การถ่ายโอนมวล ( สะสมออกซิเจน ) กลายเป็นปัญหาเมื่อท่อ pbrs จะถูกปรับขึ้น ตัวอย่าง บางการศึกษาแสดงให้เห็นว่าระดับสูงมาก ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะเข้าถึงได้อย่างง่ายดายในท่อ pbrs

เปรียบเทียบสามวิธีของวิศวกรรมปิด pbrs ตัวท่ออำนวยความสะดวกการควบคุมที่ดีของตัวแปรสภาพแวดล้อมทางวัฒนธรรมมากมาย เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อุปทานน้ำ อุณหภูมิที่เหมาะสม การเปิดรับแสงแดดอย่างมีประสิทธิภาพ วัฒนธรรม ความหนาแน่น ค่า pH , ปริมาณก๊าซเท่ากัน หรือการผสมมากขึ้น