Mass Transfer and Flow Characterization of Novel Algae Based Nutrient Removal System
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background: Recirculating aquaculture systems (RAS) are an essential component of sustainable inland seafood production. Still, nutrient removal from these systems can result in substantial environmental problems, or present a major cost factor with few added value options. In this study, an innovative and energy-efficient algae based nutrient removal system (NRS) was developed that has the potential to generate revenue through algal commercialization. We optimized mass transfer in our NRS design using novel aeration and mixing technology, using air lift pumps and developed an original membrane cartridge for the continuous operation of nutrient removal and algae production. Specifically, we designed, manufactured and tested a 60-liter NRS prototype. Based on specific airlift mixing conditions as well as concentration gradients, we assessed NRS nutrient removal capacity. We then examined the effects of different internal bioreactor geometries and radial orientations on the mixing efficiency. Results: Using the start-up dynamic method, the overall mass transfer coefficient was found to be in the range of 0.00164-0.0074s-1, depending on flow parameters and we confirmed a scaling relationship of mass transfer across concentration gradients. We found the optimal Reynolds number to be 500 for optimal mass transfer, as higher higher Reynolds numbers resulted in a relatively reduced increase of mass transfer. This relationship between mass transfer and Reynolds number is critical to assess scalability of our system. Our results demonstrate an even distribution of dissolved oxygen levels across the reactor core, demonstrating adequate mixing by the airlift pump, a critical consideration for optimal algal growth. Distribution of dissolved gases in the reactor was further assessed using flow visualization in order to relate the bubble distribution to the mass transfer capabilities of the reactor. Conclusions: Manipulation of the concentration gradient across the membrane demonstrates a more prominent role of airlift mixing at higher concentration gradients. Specifically, the mass transfer rate increased 3-fold when the concentration gradient was increased 2.5-fold. Our findings provide support for scalibilty of the design and support the use of this novel NRS for nutrient removal in aquaculture and potentially other applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».