Photobioreactor جلبک تحت فشار: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

قبل از ورود به این دستورالعمل ، می خواهم کمی بیشتر توضیح دهم که این پروژه چیست و چرا من آن را انتخاب کردم. حتی اگر کمی طولانی باشد ، توصیه می کنم آن را بخوانید ، زیرا بسیاری از کارهایی که من انجام می دهم بدون این اطلاعات منطقی نخواهد بود.

نام کامل این پروژه یک فتوبیوراکتور جلبک تحت فشار با جمع آوری داده های مستقل خواهد بود ، اما این عنوان به عنوان عنوان کمی طولانی خواهد بود. تعریف فتوبیوراکتور به شرح زیر است:

"یک واکنشگر زیستی که از منبع نور برای پرورش میکروارگانیسم های فوتوتروف استفاده می کند. این موجودات از فتوسنتز برای تولید زیست توده از نور و دی اکسید کربن استفاده می کنند و شامل گیاهان ، خزه ها ، جلبک های ماکرو ، جلبک های ریز ، سیانوباکتری ها و باکتری های بنفش می شوند."

از راکتور من برای رشد جلبک های آب شیرین استفاده می شود ، اما ممکن است برای سایر موجودات زنده استفاده شود.

با توجه به بحران انرژی و مسائل مربوط به تغییرات آب و هوایی ، بسیاری از منابع جایگزین انرژی مانند انرژی خورشیدی در حال بررسی است. با این حال ، من معتقدم که انتقال ما از وابستگی به سوخت های فسیلی به منابع انرژی سازگار با محیط زیست تدریجی خواهد بود ، زیرا ما نمی توانیم اقتصاد را به سرعت اصلاح کنیم. سوخت های زیستی می توانند به عنوان یک سنگ قدم عمل کنند زیرا بسیاری از خودروهایی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند به راحتی می توانند به سوخت های زیستی تبدیل شوند. می پرسید سوخت های زیستی چیست؟

سوخت های زیستی سوخت هایی هستند که از طریق فرایندهای بیولوژیکی مانند فتوسنتز یا هضم بی هوازی تولید می شوند ، نه فرآیندهای زمین شناسی که باعث ایجاد سوخت های فسیلی می شوند. آنها می توانند از طریق فرایندهای مختلف ساخته شوند (که من در اینجا به تفصیل به آنها نمی پردازم). دو روش متداول ترانس استریفیکاسیون و اولتراسونیک است.

در حال حاضر ، گیاهان بزرگترین منبع سوخت های زیستی هستند. این امر بسیار مهم است زیرا برای ایجاد روغن های مورد نیاز برای سوخت های زیستی ، این گیاهان باید فتوسنتز کنند تا انرژی خورشیدی را به عنوان انرژی شیمیایی ذخیره کنند. این بدان معناست که وقتی سوخت های زیستی را می سوزانیم ، انتشار دی اکسید کربن که گیاهان جذب کرده بودند حذف می شود. این به عنوان خنثی کربن شناخته می شود.

با تکنولوژی فعلی ، گیاهان ذرت می توانند 18 گالن سوخت زیستی در هکتار بدهند. دانه های سویا 48 گالن و آفتابگردان 102 می دهند. گیاهان دیگری نیز وجود دارد ، اما هیچ کدام در مقایسه با جلبک هایی که می توانند 5،000 تا 15،000 گالن در هکتار بدهند (این تفاوت به دلیل نوع جلبک است). جلبک ها را می توان در حوضچه های باز معروف به مسیرهای مسابقه یا در فتوبیورآکتورها پرورش داد.

بنابراین اگر سوخت های زیستی بسیار عالی هستند و می توانند در خودروهایی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند استفاده شود ، چرا ما این کار را بیشتر انجام نمی دهیم؟ هزینه. حتی با عملکرد بالای روغن جلبک ، هزینه تولید سوخت های زیستی بسیار بیشتر از سوخت های فسیلی است. من این سیستم راکتور را ایجاد کردم تا ببینم آیا می توانم کارآیی یک فوتوبیورآکتور را افزایش دهم یا خیر و آیا کار می کند ، ایده من ممکن است در برنامه های تجاری مورد استفاده قرار گیرد.

در اینجا مفهوم من است:

با افزودن فشار به یک فتوبیورآکتور ، می توانم حلالیت دی اکسید کربن را مطابق قانون هنری افزایش دهم ، که بیان می کند در دمای ثابت ، مقدار گاز معینی که در یک نوع و حجم مایع حل می شود متناسب مستقیم با فشار جزئی آن گاز در تعادل با آن مایع. فشار جزئی میزان فشار یک ترکیب معین است. به عنوان مثال ، فشار نسبی گاز نیتروژن در سطح دریا 78/0 اتمسفر است زیرا این درصد نیتروژن موجود در هوا است.

این بدان معناست که با افزایش غلظت دی اکسید کربن یا افزایش فشار هوا ، میزان CO2 محلول در بیوراکتور را افزایش می دهم. در این تنظیم ، من فقط فشار را تغییر خواهم داد. امیدوارم با این کار جلبک ها بتوانند بیشتر فتوسنتز کنند و سریعتر رشد کنند.

سلب مسئولیت: این آزمایشی است که من در حال حاضر انجام می دهم و من در زمان نوشتن این مقاله ، نمی دانم که بر تولید جلبک تأثیر می گذارد. در بدترین حالت ، به هر حال یک فتوبیوراکتور کاربردی خواهد بود. به عنوان بخشی از آزمایش من ، باید رشد جلبک ها را زیر نظر داشته باشم. من از سنسورهای CO2 برای این کار با کارت آردوینو و SD استفاده می کنم تا داده ها را برای تجزیه و تحلیل جمع آوری و ذخیره کنم. اگر می خواهید فقط یک photobioreactor بسازید ، این بخش جمع آوری داده ها اختیاری است ، اما من برای کسانی که می خواهند از آن استفاده کنند دستورالعمل و کد Arduino را ارائه می دهم.

مرحله 1: مواد

از آنجا که بخش جمع آوری داده ها اختیاری است ، من لیست مواد را به دو بخش تقسیم می کنم. همچنین ، تنظیمات من دو فتوبیوراکتور ایجاد می کند. اگر فقط یک راکتور می خواهید ، فقط از نیمی از مواد برای هر چیزی بالای 2 استفاده کنید (این لیست عدد یا موادی را که در صورت لزوم ابعاد را نشان می دهد) نشان می دهد. من همچنین پیوندهایی را به مواد خاصی اضافه کردم که می توانید از آنها استفاده کنید ، اما توصیه می کنم قبل از خرید قیمت ها را بررسی کنید زیرا می توانند تغییر کنند.

فتوبیوراکتور:

• 2 - بطری آب 4.2 گالن. (برای توزیع آب استفاده می شود. مطمئن شوید که بطری متقارن است و دسته ای در آن تعبیه نشده است. همچنین باید مجدداً قابل بسته شدن باشد.
• 1 - نوار LED RGB (15 تا 20 فوت یا نصف یک راکتور. نیازی به آدرس دهی جداگانه نیست ، اما مطمئن شوید که دارای کنترلر و منبع تغذیه خود است)
• 2 - 5 حباب آکواریوم گالنی با ظرفیت + تقریبا 2 فوت لوله (معمولاً همراه حباب ساز ارائه می شود)
• 2 - وزنه برای لوله حباب ساز. من فقط از 2 سنگ کوچک و نوار لاستیکی استفاده کردم.
• 2 پا - 3/8 اینچ لوله پلاستیکی داخلی
• 2 - 1/8 "سوپاپ دوچرخه NPT (پیوند آمازون برای سوپاپ ها)
• 1 لوله - 2 قسمت اپوکسی
• فرهنگ شروع جلبک
• کود گیاهی محلول در آب (من از نام تجاری MiracleGro از Home Depot استفاده کردم)

اطلاعات مهم:

بر اساس غلظت کشت راه انداز ، به ظرفیت گالن راکتور بیشتر یا کمتر نیاز خواهید داشت. در آزمایش من ، 12 دنباله از هر کدام 2.5 گالن انجام دادم اما فقط با 2 قاشق غذاخوری شروع کردم. من فقط باید جلبک ها را در یک مخزن جداگانه پرورش می دادم تا زمانی که به اندازه کافی داشتم. همچنین ، گونه ها مهم نیستند ، اما من از هماتوکوک استفاده کردم زیرا آنها بهتر از جلبک های رشته ای در آب حل می شوند. در اینجا پیوندی برای جلبک ها وجود دارد. به عنوان یک آزمایش جانبی سرگرم کننده ، ممکن است گاهی جلبک های بی نور بخرم. من دیدم که به طور طبیعی در پورتوریکو اتفاق می افتد و آنها واقعاً جالب به نظر می رسند.

همچنین ، این احتمالاً چهارمین تکرار طراحی من است و من سعی کرده ام تا آنجا که ممکن است هزینه را کم کنم. این یکی از دلایلی است که من به دلیل تحت فشار قرار دادن یک کمپرسور واقعی ، از حباب های کوچک آکواریوم استفاده می کنم. با این حال ، آنها نیروی کمتری دارند و می توانند هوا را با فشاری در حدود 6 psi بعلاوه فشار ورودی آن حرکت دهند.

من این مشکل را با خرید حباب های هوا با ورودی ای که می توانم لوله ها را به آن متصل کنم ، حل کردم. از آنجا اندازه گیری های لوله 3/8 اینچ را انجام دادم. ورودی حباب ساز به لوله وصل می شود و سپس انتهای دیگر آن به راکتور متصل می شود. این هوا را بازیافت می کند تا بتوانم میزان دی اکسید کربن را با استفاده از سنسورهایم اندازه گیری کنم.. برنامه های تجاری احتمالاً فقط دارای منبع هوای ثابت برای استفاده و دور انداختن خواهند بود. در اینجا پیوندی برای حباب ها وجود دارد. آنها بخشی از فیلتر آکواریوم هستند که شما نیازی به آنها ندارید. من فقط از این موارد استفاده می کردم زیرا قبلاً از آن استفاده می کردم شما احتمالاً می توانید حباب زن بدون فیلتر را نیز به صورت آنلاین پیدا کنید.

جمع آوری داده ها:

• 2 - سنسورهای Vernier CO2 (آنها با آردوینو سازگار هستند ، اما گران هم هستند. من خودم را از مدرسه ام قرض گرفتم)
• لوله های کوچک کننده حرارتی - قطر حداقل 1 اینچ برای نصب بر روی سنسورها
• 2 - آداپتورهای ورودی آنالوگ ورنیر (کد سفارش: BTA -ELV)
• 1 - تخته نان
• سیم های جامپر تخته نان
• 1 - کارت SD یا MicroSD و آداپتور
• 1 - سپر کارت SD آردوینو. مال من از Seed Studio است و کد من نیز برای آن است. اگر سپر شما از منبع دیگری باشد ، ممکن است لازم باشد کد را تنظیم کنید
• 1 - آردوینو ، من از آردوینو مگا 2560 استفاده کردم
• کابل USB برای آردوینو (برای بارگذاری کد)
• منبع تغذیه آردوینو همچنین می توانید از آجر شارژر تلفن همراه کابل USB برای تامین برق 5 ولت استفاده کنید

مرحله 2: فشار

به منظور تحت فشار قرار دادن ظرف ، دو کار اصلی باید انجام شود:

1. درپوش باید بتواند به طور ایمن روی بطری ثابت شود
2. برای افزودن فشار هوا باید دریچه ای نصب شود

ما در حال حاضر سوپاپ داریم. به سادگی یک نقطه روی بطری را در بالای خط جلبک ها انتخاب کرده و سوراخی در آن ایجاد کنید. قطر سوراخ باید برابر قطر دریچه بزرگتر یا انتهای پیچ باشد (ابتدا می توانید یک سوراخ کوچکتر و سپس سوراخ قطر واقعی ایجاد کنید). این باید اجازه دهد تا انتهای غیر دریچه جو در بطری جا بگیرد. با استفاده از آچار قابل تنظیم ، شیر را در پلاستیک محکم کردم. این امر باعث ایجاد شیارهایی در پلاستیک برای پیچ نیز می شود. بعد ، من فقط شیر را بیرون آوردم ، نوار لوله کشی را اضافه کردم و دوباره در جای خود قرار دادم.

اگر بطری شما دارای پلاستیک دیواره ضخیم نیست:

با استفاده از مقداری کاغذ سنباده ، پلاستیک اطراف سوراخ را خشن کنید. سپس ، در قسمت بزرگتری از شیر ، مقدار زیادی اپوکسی بمالید. این می تواند اپوکسی دو قسمتی یا هر نوع دیگر باشد. فقط مطمئن شوید که می تواند فشار بالا را تحمل کند و در برابر آب مقاوم است. در مرحله بعد ، به سادگی شیر را در جای خود قرار دهید و کمی نگه دارید تا به محل خود بچسبد. اضافی اطراف لبه ها را پاک نکنید. قبل از آزمایش فوتوبیورآکتور ، زمان اپوکسی را نیز برای درمان بگذارید.

در مورد درپوش ، حلقه ای که من دارم دارای حلقه O است و محکم روی آن محکم می شود. من از حداکثر 30 psi فشار استفاده می کنم و می تواند آن را نگه دارد. اگر درپوش پیچ دارید ، حتی بهتر است. فقط مطمئن شوید که آن را با نوار لوله کشی پیچ کرده اید. در نهایت ، می توانید نوار چسب دار یا چسب مخصوص زیر بطری را روی درپوش بپیچید تا محکم نگه داشته شود.

برای آزمایش آن ، به آرامی هوا را از طریق شیر اضافه کرده و نشت هوا را بشنوید. استفاده از مقداری آب صابون به شناسایی محل خروج هوا کمک می کند و اپوکسی بیشتری باید اضافه شود.

مرحله 3: حباب ساز

همانطور که در قسمت مواد ذکر کردم ، ابعاد لوله من بر اساس حباب ساز خریداری شده است. اگر از پیوند استفاده کرده اید یا همان مارک حباب ساز را خریداری کرده اید ، دیگر نگران ابعاد دیگر نباشید. با این حال ، اگر مارک حباب ساز دیگری دارید ، باید چند مرحله را انجام دهید:

1. مطمئن شوید که مقدار مصرف وجود دارد. برخی از حباب ها ورودی واضحی دارند و برخی دیگر آن را در اطراف خروجی خواهند داشت (مانند آنچه من دارم ، به تصاویر مراجعه کنید).
2. قطر ورودی و قطر داخلی لوله را اندازه بگیرید.
3. اگر میزان ورودی/حباب ساز در اطراف خروجی است ، مطمئن شوید لوله خروجی/حباب ساز می تواند به راحتی در لوله ورودی شما قرار گیرد.

سپس لوله کوچکتر را از لوله بزرگتر عبور دهید و سپس یک سر آن را به خروجی حباب ساز وصل کنید. انتهای بزرگتر را روی ورودی بکشید. از اپوکسی برای نگه داشتن آن در محل و محکم شدن در برابر فشار بالا استفاده کنید. فقط مراقب باشید که هیچ اپوکسی را داخل درگاه ورودی قرار ندهید. نکته جانبی ، استفاده از کاغذ سنباده برای خراشیدن سطحی قبل از افزودن اپوکسی باعث محکم شدن پیوند می شود.

در نهایت ، یک سوراخ در بطری به اندازه کافی بزرگ برای لوله ایجاد کنید. در مورد من ، 1/2 اینچ بود (تصویر 5). لوله کوچکتر را از طریق آن و بالای بطری عبور دهید. اکنون می توانید وزنه ای (من از نوارهای لاستیکی و سنگ استفاده کردم) را وصل کرده و دوباره در سپس لوله بزرگتر را نیز داخل بطری قرار دهید و آن را در محل خود اپوکسی کنید. توجه داشته باشید که لوله بزرگ درست پس از ورود به بطری به پایان می رسد. این به این دلیل است که ورودی هوا است و شما نمی خواهید آب به داخل آن پاشیده شود. آی تی.

مزیت داشتن این سیستم بسته این است که بخار آب خارج نمی شود و اتاق شما بوی جلبک نمی دهد.

مرحله 4: LED ها

LED ها به دلیل صرفه جویی در انرژی و بسیار سردتر (از نظر دما) نسبت به لامپ های معمولی رشته ای یا فلورسنت معروف هستند. با این حال ، آنها هنوز هم مقداری گرما تولید می کنند و اگر به صورت رول شده روشن باشد ، می توان به راحتی متوجه آن شد. وقتی از نوارها در این پروژه استفاده می کنیم ، آنها چندان روی هم قرار نمی گیرند. هرگونه گرمای اضافی به راحتی توسط محلول آب جلبک تابیده یا جذب می شود.

بسته به نوع جلبک ها ، آنها به نور یا حرارت کم و بیش نیاز خواهند داشت. برای مثال ، نوع بیولومینسنت جلبک هایی که قبلاً ذکر کردم به نور بیشتری نیاز دارد. یک قاعده کلی که من استفاده می کنم این است که آن را در پایین ترین حالت نگه می دارم و با رشد جلبک ها به تدریج میزان روشنایی آن را یک یا دو درجه افزایش می دهم.

به هر حال ، برای راه اندازی سیستم LED ، کافی است نوار را چند بار دور بطری بپیچید و هر بسته بندی حدود 1 اینچ بالا بیاید. بطری من دارای برجستگی هایی بود که LED به راحتی در آن قرار می گرفت. من فقط از کمی نوار بسته بندی برای نگه داشتن آن در محل استفاده کردم. اگر از دو بطری مانند من استفاده می کنید ، فقط نیمی را در یک بطری و نیمی را در بطری دیگر بپیچید.

حالا شاید برای شما این سوال پیش آمده باشد که چرا نوارهای LED من تا انتهای فتوبیورآکتور من پیچیده نمی شوند. من این کار را عمدا انجام دادم زیرا به فضا برای هوا و سنسور نیاز داشتم. اگرچه حجم بطری 4.2 گالن است ، من فقط از نیمی از آن برای رشد جلبک ها استفاده کردم. همچنین ، اگر راکتور من نشتی کوچک داشته باشد ، فشار حجم به شدت کاهش می یابد زیرا حجم هوای خروجی درصد کوچکتری از مقدار کل هوای داخل بطری است. یک خط ظریف وجود دارد که من باید در جایی که جلبک ها دارای دی اکسید کربن کافی برای رشد هستند وجود داشته باشد ، اما در همان زمان باید هوا به اندازه کافی کم باشد تا دی اکسید کربن جلبک ها جذب شود و روی ترکیب کلی مواد تأثیر بگذارد. هوا ، به من اجازه می دهد تا داده ها را ضبط کنم.

به عنوان مثال ، اگر در یک کیسه کاغذی تنفس می کنید ، درصد بالایی از دی اکسید کربن پر می شود. اما اگر فقط در فضای باز نفس بکشید ، ترکیب کلی هوا همچنان یکسان خواهد بود و تشخیص هیچ تغییری غیرممکن است.

مرحله 5: اتصالات Protoboard

اگر نمی خواهید مجموعه داده ها و حسگرهای آردوینو را اضافه کنید ، تنظیمات photobioreactor شما کامل می شود. فقط می توانید از مرحله رشد جلبک ها بگذرید.

اگر علاقمند هستید ، قبل از قرار دادن وسایل الکترونیکی در یک بطری ، باید آن را برای آزمایش اولیه بیرون بیاورید. ابتدا سپر کارت SD را در بالای آردوینو وصل کنید. هرگونه پینی که معمولاً در arduino استفاده می کنید و توسط محافظ کارت SD استفاده می شود ، هنوز در دسترس است. فقط سیم جامپر را به سوراخ بالای آن وصل کنید.

من تصاویری از تنظیمات پین arduino را به این مرحله ضمیمه کرده ام که می توانید به آنها مراجعه کنید. سیمهای سبز برای اتصال 5V به آردوینو 5V ، نارنجی برای اتصال GND به زمین Arduino و زرد برای اتصال SIG1 به Arduino A2 و A5 استفاده شد. توجه داشته باشید که بسیاری از اتصالات اضافی به سنسورها وجود دارد ، اما برای جمع آوری داده ها لازم نیست و فقط به کتابخانه ورنیه کمک می کند تا عملکردهای خاصی را انجام دهد (مانند شناسایی سنسور مورد استفاده)

در اینجا یک مرور سریع از کارهایی که پین های protoboard انجام می دهند آورده شده است:

1. SIG2 - سیگنال خروجی 10V فقط توسط چند سنسور ورنیه استفاده می شود. ما به آن نیاز نخواهیم داشت
2. GND - به زمین آردوینو متصل می شود
3. Vres - سنسورهای مختلف ورنیه مقاومت های متفاوتی در خود دارند. تأمین ولتاژ و خواندن خروجی فعلی از این پین به شناسایی سنسورها کمک می کند ، اما برای من کار نکرد. من همچنین می دانستم که از چه سنسوری استفاده می کنم ، بنابراین برنامه را سخت کدگذاری کردم.
4. شناسه - همچنین به شناسایی حسگرها کمک می کند ، اما در اینجا لازم نیست
5. 5 ولت - قدرت 5 ولت به سنسور می دهد. متصل به آردوینو 5 ولت
6. SIG1 - خروجی سنسورها از مقیاس 0 تا 5 ولت. من معادلات کالیبراسیون و همه چیز را برای تبدیل خروجی سنسور به داده های واقعی توضیح نمی دهم ، اما تصور کنید سنسور CO2 به این شکل کار می کند: هرچه CO2 بیشتری حس کند ، ولتاژ بیشتری در SIG2 برمی گرداند.

متأسفانه ، کتابخانه سنسور ورنیه تنها با یک سنسور کار می کند و اگر نیاز به استفاده از دو سنسور داشته باشیم ، باید ولتاژ خام خروجی سنسورها را بخوانیم. من در مرحله بعد کد را به عنوان فایل.ino ارائه کرده ام.

همانطور که سیم های بلوز را به تخته نورد وصل می کنید ، به خاطر داشته باشید که ردیف سوراخ ها به هم متصل شده اند. به این ترتیب ما آداپتورهای صفحه اولیه را به آردوینو وصل می کنیم. همچنین ، ممکن است برخی از پین ها توسط کارت خوان SD استفاده شوند ، اما من مطمئن شدم که آنها هیچ تداخلی با یکدیگر ندارند. (معمولاً پین 4 دیجیتال است)

مرحله 6: کد و تست

اگر نرم افزار arduino را قبلاً نصب نکرده اید ، آن را در رایانه خود بارگیری کنید.

در مرحله بعد ، سنسورها را به آداپتورها وصل کنید و مطمئن شوید که تمام سیم کشی خوب است (بررسی کنید تا مطمئن شوید که سنسورها از 0 تا 10 ، 000 ppm در وضعیت پایین قرار دارند). کارت SD را در شکاف قرار دهید و آردوینو را از طریق کابل USB به رایانه خود وصل کنید. سپس فایل SDTest.ino که در این مرحله ارائه کرده ام را باز کرده و روی دکمه بارگذاری کلیک کنید. شما باید کتابخانه SD را به عنوان یک فایل.zip بارگیری کرده و آن را نیز اضافه کنید.

بعد از اینکه کد با موفقیت بارگذاری شد ، روی ابزارها کلیک کرده و مانیتور سریال را انتخاب کنید. شما باید اطلاعات مربوط به قرائت سنسور را که روی صفحه چاپ می شود مشاهده کنید. پس از اجرای مدتی کد ، می توانید آردوینو را از برق بکشید و کارت SD را خارج کنید.

به هر حال ، اگر کارت SD را به لپ تاپ خود وارد کنید ، یک فایل DATALOG. TXT مشاهده خواهید کرد. آن را باز کنید و مطمئن شوید که داده در آن وجود دارد. من برخی از توابع را به تست SD اضافه کرده ام که پس از هربار نوشتن فایل را ذخیره می کند. این بدان معناست که حتی اگر کارت SD را در اواسط برنامه بردارید ، تا آن زمان تمام داده ها را در اختیار خواهد داشت. فایل AlgaeLogger.ino من حتی با تاخیرهایی پیچیده تر می شود تا یک هفته اجرا شود. علاوه بر این ، من یک تابع اضافه کردم که در صورت وجود یک فایل datalog.txt جدید شروع می شود. لازم نیست کد کار کند ، اما من فقط می خواستم تمام داده هایی که آردوینو روی فایل های مختلف جمع آوری می کند به جای اینکه آنها را بر اساس ساعت نمایش داده شده مرتب کند. همچنین می توانم arduino را قبل از شروع آزمایش وصل کنم و وقتی برای شروع آماده هستم فقط با کلیک روی دکمه قرمز کد را بازنشانی کنم.

اگر کد تست کار کرد ، می توانید فایل AlgaeLogger.ino را که من تهیه کردم بارگیری کنید و آن را در arduino بارگذاری کنید. هنگامی که آماده شروع جمع آوری داده ها هستید ، arduino را روشن کنید ، کارت SD را وارد کنید و روی دکمه قرمز روی arduino کلیک کنید تا برنامه دوباره راه اندازی شود. این کد در فواصل یک ساعته به مدت 1 هفته اندازه گیری می شود. (168 مجموعه داده)

مرحله 7: نصب سنسورها در Photobioreactor

اوه بله ، چگونه می توانم فراموش کنم؟

قبل از جمع آوری داده ها ، باید سنسورها را در فتوبیوراکتور نصب کنید. من فقط مرحله ای را برای آزمایش سنسورها و کد قبل از این سنسور داشتم تا اگر یکی از سنسورهای شما معیوب است ، بلافاصله قبل از ادغام آن در فتوبیوراکتور ، حسگر دیگری را دریافت کنید. مجبور به حذف سنسورها پس از این مرحله سخت خواهد بود ، اما این امکان وجود دارد. دستورالعمل نحوه انجام این کار در مرحله نکات و اندیشه های نهایی آمده است.

به هر حال ، من سنسورها را در درب بطری خود ادغام می کنم ، زیرا دورترین فاصله آن با آب است و نمی خواهم خیس شود. همچنین ، من متوجه تمام بخار آب متراکم شده در پایین و دیواره های باریک بطری شدم ، بنابراین این قرارگیری از آسیب بخار آب به سنسورها جلوگیری می کند.

برای شروع ، لوله کاهنده حرارت را روی سنسور بکشید ، اما مطمئن شوید که تمام سوراخ ها را نپوشانید. در مرحله بعد ، لوله را با استفاده از شعله کوچک کوچک کنید. رنگ مهم نیست اما من از رنگ قرمز برای دید استفاده کردم.

سپس یک سوراخ 1 اینچی در مرکز درب ایجاد کنید و از کاغذ سنباده برای پلاستیک اطراف آن استفاده کنید. این به چسبندگی اپوکسی به خوبی کمک می کند.

در نهایت ، مقداری اپوکسی به لوله اضافه کنید و سنسور را در محل درب قرار دهید. مقداری اپوکسی دیگر در قسمت بیرونی و داخل کلاهک که در آن درپوش با گرمای کوچک کننده برخورد می کند اضافه کنید و اجازه دهید خشک شود. در حال حاضر باید هوا بسته شود ، اما برای ایمن بودن باید فشار آن را آزمایش کنیم.

مرحله 8: آزمایش فشار با سنسورها

از آنجا که ما قبلاً فتوبیوراکتور را با سوپاپ دوچرخه آزمایش کرده ایم ، فقط باید در مورد کلاهک در اینجا زحمت بکشیم. مانند دفعه قبل ، به آرامی فشار بیاورید و به نشت ها گوش دهید. در صورت پیدا کردن ، مقداری اپوکسی به داخل درپوش و قسمت بیرونی آن اضافه کنید.

در صورت تمایل از آب صابون برای یافتن نشتی استفاده کنید ، اما داخل سنسور قرار ندهید.

بسیار مهم است که هیچ هوایی از فتوبیوراکتور خارج نشود. خواندن سنسور CO2 تحت تأثیر ثابت مستقیماً با فشار قرار می گیرد. دانستن فشار به شما این امکان را می دهد که غلظت واقعی دی اکسید کربن را برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها حل کنید.

مرحله 9: فرهنگ جلبک ها و مواد مغذی

برای رشد جلبک ها ، ظرف را تا بالای LED ها با آب پر کنید. این باید حدود 2 گالن باشد یا چند فنجان بدهد. سپس ، کود گیاهی محلول را طبق دستورالعمل روی جعبه اضافه کنید. من کمی بیشتر در واقع برای افزایش رشد جلبک ها اضافه کردم. در نهایت ، فرهنگ شروع کننده جلبک را اضافه کنید. من در ابتدا از 2 قاشق غذاخوری برای کل 2 گالن استفاده کردم ، اما در طول آزمایش خود از 2 فنجان استفاده می کنم تا جلبک ها سریعتر رشد کنند.

LED ها را روی کمترین تنظیم قرار دهید و بعداً اگر آب بیش از حد تیره شد آن را افزایش دهید. حباب ساز را روشن کنید و اجازه دهید راکتور به مدت یک هفته یا بیشتر بماند تا جلبک ها رشد کنند. بسیاری از شما باید آب را چند بار بچرخانید تا از نشستن جلبک ها به کف جلوگیری کنید.

همچنین ، فتوسنتز عمدتا نور قرمز و آبی را جذب می کند ، به همین دلیل برگها سبز هستند. برای اینکه به جلبک ها نور مورد نیاز خود را بدون گرم کردن زیاد آنها بدهم ، از نور بنفش استفاده کردم.

در تصاویر ضمیمه شده ، من فقط 2 قاشق غذاخوری استارت اولیه را که برای آزمایش واقعی خود حدود 40 فنجان داشتم ، بزرگ می کردم. شما می توانید بگویید که جلبک ها با توجه به اینکه آب قبلاً کاملاً شفاف بود ، رشد زیادی کرد.

مرحله 10: نکات و اندیشه های نهایی

من در حین ساخت این پروژه چیزهای زیادی آموختم و خوشحال می شوم در حد توان به سوالات در نظرات پاسخ دهم. در همین حال ، در اینجا چند نکته وجود دارد:

1. از نوار فوم دو طرفه برای محکم کردن وسایل در محل خود استفاده کنید. همچنین ارتعاشات حباب ساز را کاهش می دهد.
2. از یک نوار برقی برای محافظت از همه قطعات و همچنین فضای لازم برای اتصال وسایل به برق استفاده کنید.
3. از پمپ دوچرخه با فشار سنج استفاده کنید و بدون پر کردن بطری با آب فشار وارد نکنید. این به دو دلیل است. اول ، فشار سریعتر افزایش می یابد ، و دوم ، وزن آب از واژگونی ته بطری جلوگیری می کند.
4. هر از گاهی جلبک ها را بچرخانید تا یک راه حل یکنواخت داشته باشید.
5. برای برداشتن سنسورها: از تیغه ای تیز استفاده کنید تا لوله را از سنسور جدا کرده و تا آنجا که می توانید پاره کنید. سپس ، به آرامی سنسور را بیرون بکشید.

نکات بیشتری را که به ذهنم رسید ، اضافه خواهم کرد.

در پایان ، می خواهم با بیان چند نکته صحبت خود را به پایان برسانم. هدف از این پروژه این است که ببینیم آیا جلبک ها می توانند سریعتر برای تولید سوخت های زیستی رشد کنند یا خیر. در حالی که یک فتوبیوراکتور فعال است ، من نمی توانم تضمین کنم که فشار تا زمانی که تمام آزمایشات من انجام نشود ، تغییری ایجاد می کند. در آن زمان ، من یک ویرایش در اینجا انجام می دهم و نتایج را نشان می دهم (در اواسط مارس آن را جستجو کنید).

اگر فکر می کردید این دستورالعمل به طور بالقوه مفید است و اسناد و مدارک خوب است ، برای من لایک یا نظر بگذارید. من همچنین در مسابقات LED ، Arduino و Epilog شرکت کرده ام بنابراین اگر شایسته آن هستم به من رای دهید.

تا آن زمان ، خوشحالم که همه DIY'ing هستند

ویرایش:

آزمایش من با موفقیت انجام شد و من نیز توانستم با آن به نمایشگاه علمی دولتی بروم! پس از مقایسه نمودارهای سنسورهای دی اکسید کربن ، آزمایش ANOVA (تجزیه واریانس) را نیز انجام دادم. اساساً آنچه این آزمایش انجام می دهد این است که احتمال وقوع نتایج داده شده به طور طبیعی را تعیین می کند. هرچه مقدار احتمال به 0 نزدیکتر باشد ، احتمال مشاهده نتیجه داده شده کمتر است ، بدین معنا که هر متغیر مستقل تغییر کند در واقع بر نتایج تأثیر می گذارد. برای من ، مقدار احتمال (با نام p -value) بسیار کم بود ، جایی در حدود 10 به -23 رسید … اساساً 0. این بدان معناست که افزایش فشار در راکتور باعث می شود که جلبک ها بهتر رشد کرده و CO2 بیشتری را همانطور که پیش بینی کرده بودم جذب کنند.

در آزمایش من یک گروه کنترل بدون فشار اضافه شده ، 650 سانتی متر مکعب هوا ، 1300 سانتی متر مکعب هوا و 1950 سانتی متر مکعب هوا اضافه شده بود. عملکرد سنسورها در بالاترین مسیر فشار به درستی متوقف شد ، بنابراین من آن را بعنوان یک فاصله دور حذف کردم. با این وجود ، مقدار P تغییر چندانی نکرد و به راحتی به 0 تبدیل شد. در آزمایش های آینده ، من سعی می کردم راهی مطمئن برای اندازه گیری جذب CO2 بدون سنسورهای گران قیمت پیدا کنم ، و شاید راکتور را ارتقا دهم تا بتواند با خیال راحت بالاتر را کنترل کند. فشارها

نفر دوم مسابقات LED 2017