Një sistem i thjeshtë monitorimi dhe kontrolli i turbullirës për mikroalgat: 4 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Le të themi se jeni të mërzitur me marrjen e mostrave të ujit për të matur turbullirat, një term bruto që tregon çdo grimcë të vogël, të pezulluar në ujë, e cila zvogëlon intensitetin e dritës ose me një shteg në rritje të dritës ose me një përqendrim më të lartë të grimcave ose të dyja. Pra, si ta bëni atë?

Më poshtë janë disa hapa që kam ndërmarrë për të ndërtuar një sistem automatik monitorimi për dendësinë e biomasës së mikroalgave. Këto janë mikro-alga që janë në madhësi nën-mikron, të pezulluara mirë në ujë, dhe përkundrazi kanë një mënyrë jetese ekstreme, duke konvertuar energjinë e dritës dhe zvogëluar dioksidin e karbonit në biomasë të sintetizuar rishtazi. Kjo është e mjaftueshme për mikroalgat.

Për të matur turbullirat ose dendësinë e biomasës, në rastin tim, më duhet të mat intensitetin e dritës në anën e detektorit e cila shndërrohet në një lexim të tensionit. Një pengesë që kisha në fillim për të gjetur një sensor të përshtatshëm që punon me speciet e mikroalgave me të cilat kam punuar.

Turbullira mund të matet me një spektrofotometër. Spektrofotometri laboratorik është i shtrenjtë dhe kryesisht mat një mostër në të njëjtën kohë. Disi, isha me fat që bleva një sensor të lirë turbullirash që mund ta gjeja në ebay.com ose amazon.com, dhe për habinë time, sensori punon mirë me speciet e mikroalgave që kam eksperimentuar.

Hapi 1: Pjesët e nevojshme:

1. Një sensor turbullimi si ky në foto i cili lidh tubin. Ai në listë ka një pasazh të hapur nëse nuk planifikoni të zhytni sensorin.

2. Një bord Arduino. Mund të jetë Nano, ose Mega/Uno (nëse përdoret Yun Shield)

3. Një potenciometër. Më mirë të përdorni një të tillë të saktë.

4. Një ekran OLED. Kam përdorur SSD1306, por llojet e tjera të LCD si 1602, 2004 do të funksiononin (dhe rishikoni kodin në përputhje me rrethanat).

5. Një tabelë rishikimi me dy kanale si kjo

6. Dy ndërprerës me tre pozicione për kontroll manual shtesë

7. Pompat: Bleva një pompë të vogël peristaltike 12V, dhe përdor një pompë të dy kanaleve Cole Parmer në laborator si pompë kryesore. Nëse pompa kryesore ka vetëm një kokë kanali, atëherë përdorni tubin e tejmbushjes për të mbledhur biomasën e tepërt, kini kujdes që një skimim i mundshëm i biomasës në majë të reaktorit nëse përdorni një përzierje të fuqishme të ngritjes së ajrit.

8. Një Raspberry Pi ose një kompjuter portativ për të regjistruar të dhënat për Opsionin 1 ose një Yun Shield për Opsionin 2

Kostoja totale është në rangun prej $ 200. Pompë Cole Parmer shkon rreth $ 1000, dhe nuk përfshihet në koston totale. Unë nuk bëra një përmbledhje të saktë.

Hapi 2: Opsioni 1: Regjistroni të dhënat në një kompjuter/ Raspberry Pi përmes kabllit USB

Përdorimi i një kompjuteri ose një Raspberry Pi për të regjistruar disa të dhëna dalëse

Regjistrimi mund të bëhet me opsionin e regjistrimit si Putty (Windows) ose Screen (Linux). Ose mund të bëhet me një shkrim Python. Ky skenar kërkon që Python3 dhe një bibliotekë e quajtur pyserial të jetë funksionale. Përveç që të dhënat e regjistruara janë lehtësisht të arritshme në laptop ose në Desktop Remote, kjo qasje merr përparësitë e kohës në kompjuterin që është regjistruar në skedar së bashku me daljet e tjera.

Këtu është një tutorial tjetër që kam shkruar për mënyrën e krijimit të një Raspberry Pi dhe mbledhjen e të dhënave nga Arduino. Shtë një udhëzues hap pas hapi për të marrë të dhëna nga një Arduino në një Raspberry Pi.

Dhe kodi për Arduino është vendosur këtu për Opsionin 1: funksionimi i sistemit të sensorit të turbullirës dhe regjistrimi i të dhënave në një kompjuter.

Siç e përmenda më lart, ky është një sistem i thjeshtë, por që sensori të prodhojë të dhëna domethënëse, atëherë subjekti i matjeve të tilla si mikroalgat, muzgu, qumështi ose grimcat e pezulluara duheshin pezulluar, relativisht të qëndrueshme.

Skedari i regjistruar përmban vulën kohore, pikën e caktuar, vlerën e matjes së turbullirave dhe kur pompa kryesore ishte ndezur. Kjo duhet t'ju japë disa tregues të performancës së sistemit. Ju mund të shtoni më shumë parametra në Serial.println (dataString) në skedarin.ino.

Një presje (ose një skedë, ose karaktere të tjera për të ndarë të dhënat në secilën qelizë në spreadsheet) duhet të shtohet në secilën dalje në mënyrë që të dhënat të mund të ndahen në Excel për të bërë një grafik. Presja do t'ju kursejë disa flokë (do të kursejë timen), veçanërisht pasi keni disa mijëra rreshta të dhënash, dhe do të kuptoni se si të ndani numrat dhe keni harruar të shtoni një presje në mes.

Hapi 3: Opsioni 2: Të dhënat regjistrohen në Mburojën Yun

Përdorimi i një Yun Shield në krye të Arduino Mega ose Uno për të regjistruar të dhënat

Mburoja Yun drejton një shpërndarje minimale Linux, dhe mund të lidhet me internetin, të ketë porte USB dhe fole për kartën SD, kështu që të dhënat mund të regjistrohen në një shkop USB ose një kartë SD. Koha merret nga sistemi Linux dhe skedari i të dhënave merret nga një program FTP si WinSCP ose FileZilla ose direkt nga USB, lexuesi i kartave SD.

Këtu është kodi i hostuar në Github për Opsionin 2.

Hapi 4: Performanca e Sensorit të Turbullirës

Kam përdorur një sensor të turbullimit të Amfenolit (TSD-10) dhe vjen me fletën e të dhënave. Hardershtë më e vështirë të verifikosh produktin nga lista online. Fleta e të dhënave përfshin një grafik të leximit të tensionit (Vout) me përqendrim të ndryshëm të turbullirës të përfaqësuar në Njësinë Nefelometrike të Turbullirave (NTU). Për mikroalgat, dendësia e biomasës është zakonisht në gjatësinë e valës 730 nm, ose 750 mm për të matur përqendrimin e grimcave, të quajtur dendësia optike (OD). Pra, këtu është krahasimi midis Vout, OD730 (i matur me një Spektrometër Shimadzu) dhe OD750 (i konvertuar nga NTU në fletën e të dhënave).

Gjendja më e dëshirueshme e këtij sistemi është turbullira-statike ose turbidostat që sistemi mund të masë automatikisht dhe të kontrollojë dendësinë e biomasës në (ose afër) në një vlerë të caktuar. Këtu është një grafik që tregon këtë sistem të kryer.

Zbulimi:

Ky sistem i monitorimit dhe kontrollit të turbullirës (i quajtur shpesh turbidostat) është një nga tre njësitë që kam punuar në përpjekje për të ndërtuar një fotobioreaktor të avancuar. Kjo punë u krye ndërsa punoja në Qendrën Biodesign Swette për Bioteknologjinë Mjedisore, Universiteti Shtetëror i Arizonës. Kontributet shkencore të këtij sistemi për të çuar përpara kultivimin e algave u botuan në Algal Research Journal.