Isang Simpleng Turbidity Monitor at Control System para sa Microalgae: 4 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Sabihin lamang na nababagot ka sa sampling na tubig upang masukat ang kalungkutan, isang gross term na nagpapahiwatig ng anumang maliit, nasuspinde na mga maliit na butil sa tubig, na binabawasan ang tindi ng ilaw na may alinman sa isang pagtaas ng landas ng ilaw o isang mas mataas na konsentrasyon ng maliit na butil o pareho. Kaya, paano ito magagawa?

Nasa ibaba ang ilang mga hakbang na kinuha ko upang makabuo ng isang awtomatikong sistema ng pagsubaybay para sa density ng biomass ng microalgae. Ito ang micro-algae na nasa sukat ng sub-micron, mahusay na nasuspinde sa tubig, at sa halip ay may matinding lifestyle, na nagko-convert ng light energy at binawasan ang carbon dioxide sa bagong synthesized biomass. Sapat na iyan tungkol sa microalgae.

Upang sukatin ang pagkalungkot o density ng biomass, sa aking kaso, kailangan kong sukatin ang tindi ng ilaw sa panig ng detektor na na-convert sa isang pagbasa ng boltahe. Ang isang balakid na mayroon ako sa simula upang makahanap ng isang angkop na sensor na gumagana sa mga species ng microalgae na nakatrabaho ko.

Ang sukat ay maaaring masukat sa pamamagitan ng isang spectrophotometer. Ang spectrophotometer ng laboratoryo ay mahal at karamihan ay sumusukat ng isang sample nang paisa-isa. Kahit papaano, swerte ako na bumili ako ng isang murang turbidity sensor na maaari kong makita sa ebay.com o amazon.com, at sa aking sorpresa, gumagana nang maayos ang sensor sa mga microalgae species na aking na-eksperimento.

Hakbang 1: Mga Bahaging Kailangan:

1. Ang isang sensor ng turbidity tulad ng isang ito sa larawan na kumokonekta sa tubing. Ang isa sa listahan ay may bukas na daanan maliban kung balak mong ilubog ang sensor.

2. Isang board ng Arduino. Maaari itong maging Nano, o Mega / Uno (kung ginamit ang Yun Shield)

3. Isang potensyomiter. Mas mahusay na gamitin ang katumpakan tulad nito.

4. Isang OLED screen. Gumamit ako ng SSD1306, ngunit ang iba pang mga uri ng LCD tulad ng 1602, 2004 ay gagana (at baguhin ang naaayon sa code).

5. Isang replay board na may dalawang mga channel na tulad nito

6. Dalawa sa mga switch ng tatlong posisyon para sa karagdagang kontrol sa manu-manong

7. Mga Pump: Bumili ako ng isang 12V maliit na peristaltic pump, at ginamit ang isang Cole Parmer dual channel pump sa lab bilang pangunahing bomba. Kung ang pangunahing bomba ay mayroon lamang isang ulo ng channel, pagkatapos ay gamitin ang overflow tube upang makolekta ang sobrang biomass, mag-ingat na ang isang posibleng pag-sketch ng biomass sa tuktok ng reaktor kung gumagamit ka ng isang masiglang paghahalo ng airlift.

8. Isang Raspberry Pi o isang laptop upang mag-log data para sa Opsyon 1 o isang Yun Shield para sa Opsyon 2

Ang kabuuang gastos ay nasa saklaw na $ 200. Ang saklaw ng Cole Parmer pump ay halos $ 1000, at hindi kasama sa kabuuang gastos. Hindi ako gumawa ng isang eksaktong paglalagom.

Hakbang 2: Pagpipilian 1: Mag-log ng Data sa isang Computer / Raspberry Pi Via USB Cable

Paggamit ng isang computer o isang Raspberry Pi upang maitala ang ilang data ng output

Ang pag-record ay maaaring gawin ng pagpipilian sa pag-log tulad ng Putty (Windows) o Screen (Linux). O maaari itong gawin ng isang script ng Python. Ang script na ito ay nangangailangan ng Python3 at isang library na tinatawag na pyserial upang maging functional. Bukod sa naka-log na data ay madaling ma-access sa laptop o sa Desktop Remote, ang diskarte na ito ay tumatagal ng kalamangan sa oras sa computer na naka-log sa file kasama ang iba pang mga output.

Narito ang isa pang tutorial na isinulat ko para sa kung paano mag-set up ng isang Raspberry Pi at mangolekta ng data mula sa Arduino. Ito ay isang sunud-sunod na gabay upang makakuha ng data mula sa isang Arduino patungo sa isang Raspberry Pi.

At ang code para sa Arduino ay naka-host dito para sa Opsyon 1: pagpapatakbo ng turbidity sensor system at pag-log ng data sa isang computer.

Tulad ng nabanggit ko sa itaas, ito ay isang simpleng sistema, ngunit para sa sensor na makagawa ng makabuluhang data, pagkatapos ang paksa ng mga sukat tulad ng microalgae, takipsilim, gatas, o ang mga nasuspindeng mga partikulo na kailangang masuspinde, medyo matatag.

Naglalaman ang naitala na file ng time stamp, set point, halaga ng pagsukat ng kaguluhan at kung kailan nakabukas ang pangunahing bomba. Iyon ay dapat magbigay sa iyo ng ilang mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng system. Maaari kang magdagdag ng higit pang mga parameter sa Serial.println (dataString) sa.ino file.

Ang isang kuwit (o isang tab, o iba pang mga character upang hatiin ang data sa bawat cell sa spreadsheet) ay dapat idagdag sa bawat output upang ang data ay maaaring hatiin sa Excel para sa paggawa ng isang grap. Makakatipid sa iyo ang kuwit ng ilang buhok (nai-save nito ang minahan), lalo na pagkatapos magkaroon ng ilang libong mga linya ng data, at malaman kung paano hahatiin ang mga numero at nakalimutan na magdagdag ng isang kuwit sa pagitan.

Hakbang 3: Pagpipilian 2: Naka-log ang Data sa Yun Shield

Paggamit ng isang Yun Shield sa tuktok ng Arduino Mega o Uno upang mag-log ng data

Nagpapatakbo ang Yun Shield ng kaunting distro ng Linux, at maaari itong kumonekta sa Internet, magkaroon ng mga USB port at slot ng SD card, upang ang data ay maaaring naka-log sa isang USB stick o isang SD card. Ang oras ay nakuha mula sa system ng Linux, at ang file ng data ay nakuha mula sa isang programang FTP tulad ng WinSCP o FileZilla o direkta mula sa USB, reader ng SD card.

Narito ang code na naka-host sa Github para sa Opsyon 2.

Hakbang 4: Pagganap ng Turbidity Sensor

Gumamit ako ng isang Amphenol turbidity sensor (TSD-10) at kasama nito ang datasheet. Mas mahirap i-verify ang produkto mula sa online na listahan. Ang datasheet ay may kasamang isang grapiko ng readout ng boltahe (Vout) na may iba't ibang konsentrasyon ng karamdaman na kinakatawan sa Nephelometric Turbidity Unit (NTU). Para sa microalgae, ang density ng biomass ay karaniwang nasa haba ng haba ng haba ng 730 nm, o 750 mm upang masukat ang konsentrasyon ng maliit na butil, na tinatawag na optical density (OD). Kaya narito ang paghahambing sa pagitan ng Vout, OD730 (sinusukat ng isang Shimadzu Spectrometer), at OD750 (na-convert mula sa NTU sa datasheet).

Ang pinaka-kanais-nais na estado ng sistemang ito ay ang turbidity-static o turbidostat na awtomatikong masusukat at makokontrol ng system ang density ng biomass sa (o malapit) sa isang itinakdang halaga. Narito ang isang grap na ipinapakita ang sistemang ito na ginanap.

Pagbubunyag:

Ang turbidity monitoring and control system na ito (madalas na tinatawag na turbidostat) ay isa sa tatlong mga yunit na nagtrabaho ako sa isang pagtatangka na bumuo ng isang advance na photobioreactor. Ang gawaing ito ay natupad habang nagtatrabaho ako sa Biodesign Swette Center para sa Environmental Biotechnology, Arizona State University. Ang mga siyentipikong kontribusyon ng sistemang ito upang isulong ang paglilinang ng algal ay na-publish sa Algal Research Journal.