مفاعل حيوي ضوئي للطحالب المضغوطة: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

قبل الغوص في هذه التعليمات ، أود أن أشرح قليلاً عن ماهية هذا المشروع ولماذا اخترت القيام به. على الرغم من أنها طويلة بعض الشيء ، إلا أنني أشجعك على قراءتها من فضلك ، لأن الكثير مما أفعله لن يكون له معنى بدون هذه المعلومات.

سيكون الاسم الكامل لهذا المشروع عبارة عن مفاعل حيوي ضوئي للطحالب مضغوطة مع مجموعة بيانات مستقلة ، ولكن هذا سيكون طويلاً قليلاً كعنوان. تعريف المفاعل الحيوي الضوئي هو:

"مفاعل حيوي يستخدم مصدرًا للضوء لزراعة الكائنات الحية الدقيقة ذات التغذية الضوئية. تستخدم هذه الكائنات عملية التمثيل الضوئي لتوليد الكتلة الحيوية من الضوء وثاني أكسيد الكربون وتشمل النباتات والطحالب والطحالب الكبيرة والطحالب الدقيقة والبكتيريا الزرقاء والبكتيريا الأرجواني"

يتم استخدام إعداد المفاعل الخاص بي لزراعة طحالب المياه العذبة ، ولكن يمكن استخدامه مع كائنات أخرى.

مع أزمة الطاقة لدينا وقضايا تغير المناخ ، هناك العديد من المصادر البديلة للطاقة ، مثل الطاقة الشمسية ، التي يجري استكشافها. ومع ذلك ، أعتقد أن انتقالنا من الاعتماد على الوقود الأحفوري إلى المزيد من مصادر الطاقة الصديقة للبيئة سيكون تدريجيًا ، حيث لا يمكننا إصلاح الاقتصاد بالكامل بسرعة. يمكن أن يكون الوقود الحيوي بمثابة نقطة انطلاق لأن العديد من السيارات التي تعمل بالوقود الأحفوري يمكن تحويلها بسهولة لتعمل على الوقود الحيوي. ما هو الوقود الحيوي الذي تسأل؟

الوقود الحيوي هو وقود يتم إنتاجه من خلال العمليات البيولوجية مثل البناء الضوئي أو الهضم اللاهوائي ، بدلاً من العمليات الجيولوجية التي تنتج الوقود الأحفوري. يمكن إجراؤها من خلال عمليات مختلفة (لن أغطيها بالتفصيل هنا). هناك طريقتان شائعتان هما الاسترة التحويلية والموجات فوق الصوتية.

تعتبر النباتات حاليًا أكبر مصدر للوقود الحيوي. هذا مهم لأنه من أجل إنتاج الزيوت اللازمة للوقود الحيوي ، يجب أن تمر هذه النباتات بعملية التمثيل الضوئي لتخزين الطاقة الشمسية كطاقة كيميائية. هذا يعني أنه عندما نحرق الوقود الحيوي ، يتم التخلص من الانبعاثات بثاني أكسيد الكربون الذي امتصته النباتات. يُعرف هذا بأنه محايد كربونيًا.

باستخدام التكنولوجيا الحالية ، يمكن لنباتات الذرة إنتاج 18 جالونًا من الوقود الحيوي لكل فدان. يعطي فول الصويا 48 جالونًا ، وعباد الشمس يعطي 102. هناك نباتات أخرى ، لكن لا شيء يقارن بالطحالب التي يمكن أن تعطي 5000 إلى 15000 جالون لكل فدان (يرجع الاختلاف إلى أنواع الطحالب). يمكن زراعة الطحالب في البرك المفتوحة المعروفة بالمجاري المائية أو في المفاعلات الحيوية الضوئية.

لذا ، إذا كان الوقود الحيوي رائعًا جدًا ويمكن استخدامه في السيارات التي تستخدم الوقود الأحفوري ، فلماذا لا نفعل ذلك أكثر؟ كلفة. حتى مع وجود إنتاجية عالية من زيت الطحالب ، فإن تكلفة إنتاج الوقود الحيوي أعلى بكثير من تكلفة الوقود الأحفوري. لقد قمت بإنشاء نظام المفاعل هذا لمعرفة ما إذا كان بإمكاني تحسين كفاءة مفاعل حيوي ضوئي ، وإذا كان يعمل ، فيمكن استخدام فكرتي في التطبيقات التجارية.

هنا مفهومي:

بإضافة ضغط إلى مفاعل حيوي ضوئي ، يمكنني زيادة قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون كما هو موضح في قانون هنري ، الذي ينص على أنه عند درجة حرارة ثابتة ، فإن كمية الغاز التي تذوب في نوع معين وحجم السائل تتناسب طرديًا مع الضغط الجزئي لذلك الغاز في حالة توازن مع هذا السائل. الضغط الجزئي هو مقدار الضغط الذي يمارسه مركب معين. على سبيل المثال ، الضغط الجزئي لغاز النيتروجين عند مستوى سطح البحر هو.78 ضغط جوي حيث أن هذه هي النسبة المئوية للنيتروجين الموجود في الهواء.

هذا يعني أنه من خلال زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون أو زيادة ضغط الهواء ، سأزيد من كمية ثاني أكسيد الكربون المذاب في المفاعل الحيوي. في هذا الإعداد ، سأقوم فقط بتغيير الضغط. آمل أن يسمح هذا للطحالب بالخضوع لعملية التمثيل الضوئي بشكل أكبر والنمو بشكل أسرع.

إخلاء المسئولية: هذه تجربة أجريها حاليًا وأنا في وقت كتابة هذا المقال ، لا أعرف أنها ستؤثر على إنتاج الطحالب. الأسوأ ، سيكون مفاعل حيوي ضوئي وظيفي على أي حال. كجزء من تجربتي ، أحتاج إلى مراقبة نمو الطحالب. سأستخدم مستشعرات ثاني أكسيد الكربون لهذا الغرض مع بطاقة Arduino و SD لجمع البيانات وحفظها لي لتحليلها. يعد جزء جمع البيانات هذا اختياريًا إذا كنت تريد فقط إنشاء مفاعل حيوي ضوئي ، لكنني سأقدم تعليمات ورمز Arduino لأولئك الذين يرغبون في استخدامه.

الخطوة 1: المواد

نظرًا لأن جزء جمع البيانات اختياري ، فسوف أقوم بتقسيم قائمة المواد إلى قسمين. أيضًا ، يقوم الإعداد الخاص بي بإنشاء مفاعلين حيويين ضوئيين. إذا كنت تريد مفاعلًا واحدًا فقط ، فما عليك سوى استخدام نصف المواد لأي شيء أعلى من 2 (ستخبر هذه القائمة العدد أو المواد متبوعة بالأبعاد إن أمكن). لقد أضفت أيضًا روابط إلى مواد معينة يمكنك استخدامها ، لكنني أشجعك على إجراء بحث مسبق عن الأسعار قبل الشراء لأنها يمكن أن تتغير.

مفاعل حيوي ضوئي:

• 2 - 4.2 جالون زجاجة ماء. (تستخدم لتوزيع المياه. تأكد من أن الزجاجة متماثلة ولا تحتوي على مقبض مدمج. يجب أن تكون قابلة للغلق أيضًا.
• 1 - شريط RGB LED (من 15 إلى 20 قدمًا ، أو نصف المقدار لمفاعل واحد. لا يلزم أن يكون قابلاً للعنونة بشكل فردي ، ولكن تأكد من أنه يأتي مع وحدة التحكم ومصدر الطاقة الخاصين به)
• فقاعات حوض السمك بسعة 2-5 جالون + 2 قدم تقريبًا من الأنابيب (عادةً ما يتم توفيرها مع الفقاعة)
• 2 - أوزان لأنابيب الفقاعات. لقد استخدمت للتو صخرتين صغيرتين وشرائط مطاطية.
• 2 قدم - 3/8 "أنابيب بلاستيكية قطرها الداخلي
• 2 - 1/8 "صمامات الدراجة NPT (وصلة أمازون للصمامات)
• 1 أنبوب - 2 جزء من الايبوكسي
• استزراع بادئ الطحالب
• سماد نباتي قابل للذوبان في الماء (استخدمت ماركة MiracleGro من Home Depot)

معلومات مهمة:

بناءً على تركيز المزرعة البادئة ، ستحتاج إلى سعة أكبر أو أقل لكل جالون من المفاعل. في تجربتي ، أجريت 12 مسارًا كل منها 2.5 جالونًا ولكنني بدأت فقط بملعقتين كبيرتين. كان علي فقط أن أزرع الطحالب في خزان منفصل حتى أصبح لدي ما يكفي. أيضًا ، لا تهم الأنواع ، لكنني استخدمت المكورات الدموية لأنها تذوب في الماء أفضل من الطحالب الخيطية. هنا رابط للطحالب. كتجربة جانبية ممتعة ، قد أشتري الطحالب ذات الإضاءة الحيوية في وقت ما. لقد رأيت ذلك يحدث بشكل طبيعي في بورتوريكو وبدوا رائعين حقًا.

أيضًا ، ربما يكون هذا هو التكرار الرابع للتصميم وقد حاولت جعل التكلفة منخفضة قدر الإمكان. هذا هو أحد الأسباب التي تجعلني أستخدم فقاعات أحواض السمك الصغيرة بدلاً من الضغط بضاغط فعلي. ومع ذلك ، فإن لديهم قوة أقل ويمكنهم تحريك الهواء بضغط يبلغ حوالي 6 رطل لكل بوصة مربعة بالإضافة إلى ضغط السحب.

لقد قمت بحل هذه المشكلة عن طريق شراء فقاعات هواء ذات مدخل يمكنني توصيل الأنابيب به. هذا هو المكان الذي حصلت فيه على قياسات الأنابيب الخاصة بي 3/8 . يتم توصيل مدخل الفقاعة بالأنابيب ، ثم يتم توصيل الطرف الآخر بالمفاعل. هذا يعيد تدوير الهواء حتى يمكنني أيضًا قياس محتوى ثاني أكسيد الكربون باستخدام أجهزة الاستشعار الخاصة بي. من المحتمل أن تحتوي التطبيقات التجارية على مصدر هواء ثابت لاستخدامه والتخلص منه بدلاً من ذلك. هنا رابط للفقاعات. إنها جزء من فلتر حوض السمك الذي لا تحتاج إليه. لقد استخدمت هذه فقط لأنني كنت أستخدم واحدًا من أجل أسماكي الأليفة. ربما يمكنك العثور على الفقاعة فقط بدون الفلتر عبر الإنترنت أيضًا.

جمع البيانات:

• 2 - مستشعرات Vernier CO2 (متوافقة مع Arduino ، ولكنها باهظة الثمن أيضًا. لقد استعرت من مدرستي)
• أنابيب الانكماش الحراري - قطرها 1 بوصة على الأقل لتناسب المستشعرات
• 2 - محولات Vernier التناظرية protoboard (رمز الطلب: BTA-ELV)
• 1 - اللوح
• الأسلاك الطائر اللوح
• 1 - كارت SD أو MicroSD ومحول
• 1 - درع بطاقة SD من Arduino. المنجم من Seed Studio والرمز الخاص بي مخصص له أيضًا. قد تحتاج إلى تعديل الكود إذا كان درعك من مصدر آخر
• 1 - Arduino ، لقد استخدمت Arduino Mega 2560
• كابل USB للاردوينو (لتحميل الكود)
• مصدر طاقة اردوينو. يمكنك أيضًا استخدام لبنة شاحن الهاتف مع كابل USB لتوفير طاقة 5 فولت

الخطوة الثانية: الضغط

من أجل الضغط على الحاوية ، يجب القيام بأمرين رئيسيين:

1. يجب أن يكون الغطاء قادرًا على التثبيت على الزجاجة بإحكام
2. يجب تركيب صمام لإضافة ضغط الهواء

لدينا بالفعل الصمام. اختر بقعة على الزجاجة أعلى بكثير من خط الطحالب وحفر حفرة فيها. يجب أن يكون قطر الفتحة مساويًا لقطر طرف الصمام الأكبر أو اللولبي (يمكنك عمل ثقب تجريبي أصغر أولاً ثم ثقب القطر الفعلي). يجب أن يسمح ذلك للنهاية التي لا تحتوي على صمامات بدخول الشعير إلى الزجاجة. باستخدام مفتاح ربط قابل للتعديل ، شددت الصمام في البلاستيك. هذا يصنع أخاديد في البلاستيك للمسمار أيضًا. بعد ذلك ، أخرجت الصمام وأضفت شريط السباكة وأعدته في مكانه.

إذا لم تكن الزجاجة بها بلاستيك سميك الجدران:

باستخدام بعض ورق الصنفرة ، قم بخشونة البلاستيك حول الفتحة. ثم ، على الجزء الأكبر من الصمام ، ضع كمية كبيرة من الايبوكسي. يمكن أن يكون من جزأين إيبوكسي أو أي نوع آخر. فقط تأكد من قدرته على تحمل الضغط العالي ومقاوم للماء. بعد ذلك ، ضع الصمام في مكانه واستمر في ذلك قليلاً حتى يثبت في مكانه. لا تمسح الفائض حول الحواف. اسمح لوقت الايبوكسي بالشفاء أيضًا قبل اختبار المفاعل الحيوي الضوئي.

أما بالنسبة للغطاء ، فإن الغطاء الذي أملكه يأتي بحلقة O ويؤمن بإحكام. أستخدم 30 رطلًا لكل بوصة مربعة كحد أقصى من الضغط ويمكن أن يعيقها. إذا كان لديك غطاء برغي ، فهذا أفضل. فقط تأكد من ربطه بشريط سباكين. أخيرًا ، يمكنك لف شريط لاصق أو شريط لاصق شديد التحمل أسفل الزجاجة فوق الغطاء لتثبيته بقوة.

لاختباره ، أضف الهواء ببطء عبر الصمام واستمع إلى تسرب الهواء. سيساعد استخدام بعض الماء والصابون في تحديد مكان خروج الهواء وتحتاج إلى إضافة المزيد من الإيبوكسي.

الخطوة 3: الفقاعات

كما ذكرت في قسم المواد ، تستند أبعاد الأنابيب الخاصة بي إلى الفقاعة التي اشتريتها. إذا استخدمت الرابط أو اشتريت نفس العلامة التجارية الفقاعة ، فلا داعي للقلق بشأن الأبعاد الأخرى. ومع ذلك ، إذا كان لديك ماركة مختلفة من الفقاعات ، فهناك بعض الخطوات التي يجب عليك اتخاذها:

1. تأكد من وجود كمية. سيكون لبعض الفقاعات مدخلات واضحة ، والبعض الآخر سيكون لها حول الإخراج (مثل الذي لدي ، راجع الصور).
2. قم بقياس قطر الإدخال وهذا هو القطر الداخلي للأنبوب.
3. تأكد من أن أنبوب الإخراج / الفقاعة يمكن أن يتناسب مع أنبوب الإدخال بسهولة إذا كان مدخل الفقاعة حول الإخراج.

بعد ذلك ، مرر الأنبوب الأصغر عبر الأنبوب الأكبر ثم اربط أحد طرفيه بمخرج الفقاعة. قم بتمرير الطرف الأكبر فوق الإدخال. استخدم الايبوكسي لتثبيته في مكانه ولإغلاقه من الضغط العالي. فقط كن حريصًا على عدم وضع أي إبوكسي داخل منفذ السحب. ملاحظة جانبية ، استخدام ورق الصنفرة لخدش السطح برفق قبل إضافة الإيبوكسي يجعل الرابطة أقوى.

أخيرًا ، اصنع ثقبًا في الزجاجة كبيرًا بما يكفي للأنبوب. في حالتي ، كانت 1/2 بوصة (الصورة 5). مرر الأنبوب الأصغر من خلاله وأعلى الزجاجة. يمكنك الآن إرفاق وزن (استخدمت أربطة مطاطية وحجرًا) وإعادته إلى الزجاجة. ثم ضع الأنبوب الأكبر في الزجاجة أيضًا وضع الإيبوكسي في مكانه. لاحظ أن الأنبوب الكبير ينتهي بعد دخوله الزجاجة مباشرة. هذا لأنه مدخل للهواء ولا تريد أن يتناثر الماء فيه. هو - هي.

فائدة وجود هذا النظام المغلق هو أن بخار الماء لن يهرب ولن ينتهي الأمر برائحة غرفتك مثل الطحالب.

الخطوة 4: المصابيح

تشتهر مصابيح LED بأنها موفرة للطاقة وأكثر برودة (من حيث درجة الحرارة) من المصابيح العادية المتوهجة أو الفلورية. ومع ذلك ، فإنها لا تزال تنتج بعض الحرارة ويمكن ملاحظتها بسهولة إذا تم تشغيلها بينما لا تزال ملفوفة. عندما نستخدم الشرائط في هذا المشروع ، فلن يتم تجميعها معًا. أي حرارة زائدة يتم إشعاعها أو امتصاصها بسهولة بواسطة محلول ماء الطحالب.

اعتمادًا على أنواع الطحالب ، سوف يحتاجون إلى قدر أكبر أو أقل من الضوء والحرارة. على سبيل المثال ، يتطلب نوع الطحالب الذي ذكرته سابقًا مزيدًا من الضوء. القاعدة الأساسية التي استخدمتها هي إبقائها في أدنى إعداد وزيادتها ببطء بمقدار مستوى أو اثنين من السطوع مع نمو الطحالب.

على أي حال ، لإعداد نظام LED ، قم فقط بلف الشريط حول الزجاجة عدة مرات مع ظهور كل غلاف حوالي 1 بوصة. تحتوي قنانيتي على حواف بداخلها يتلاءم معها مصباح LED بشكل ملائم. لقد استخدمت للتو القليل من شريط التعبئة لإبقائه في مكانه. إذا كنت تستخدم زجاجتين مثلي ، فقم فقط بلف نصف زجاجة ونصف حول الأخرى.

الآن قد تتساءل لماذا لا تلتف شرائط LED الخاصة بي على طول الطريق إلى الجزء العلوي من المفاعل الحيوي الضوئي الخاص بي. لقد فعلت ذلك عن قصد لأنني كنت بحاجة إلى مساحة للهواء ولجهاز الاستشعار. على الرغم من أن حجم الزجاجة يبلغ 4.2 جالونًا ، إلا أنني استخدمت نصف ذلك فقط لزراعة الطحالب. أيضًا ، إذا كان المفاعل الخاص بي به تسرب صغير ، فإن ضغط الحجم سينخفض بشكل أقل حدة نظرًا لأن حجم الهواء المتسرب هو نسبة مئوية أصغر من إجمالي كمية الهواء داخل الزجاجة. هناك خط رفيع يجب أن أكون عليه حيث سيكون لدى الطحالب ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون لتنمو ، ولكن في نفس الوقت يجب أن يكون هناك كمية أقل من الهواء بحيث يكون لثاني أكسيد الكربون الذي تمتصه الطحالب تأثير على التركيب العام للطحالب الهواء ، مما يسمح لي بتسجيل البيانات.

على سبيل المثال ، إذا استنشقت كيسًا ورقيًا ، فسيتم ملؤه بنسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون. ولكن إذا استنشقت للتو الأجواء المفتوحة ، فسيظل التكوين العام للهواء متماثلًا تقريبًا ومن المستحيل اكتشاف أي تغيير.

الخطوة 5: اتصالات Protoboard

هذا هو المكان الذي يكتمل فيه إعداد مفاعلك الحيوي الضوئي إذا كنت لا ترغب في إضافة مجموعة بيانات اردوينو وأجهزة الاستشعار. يمكنك فقط التخطي إلى خطوة زراعة الطحالب.

ومع ذلك ، إذا كنت مهتمًا ، فستحتاج إلى إخراج الأجهزة الإلكترونية لاختبار أولي قبل وضعها في الزجاجة. أولاً ، قم بتوصيل درع بطاقة SD أعلى اردوينو. لا تزال أي دبابيس تستخدمها عادةً على اردوينو التي يستخدمها درع بطاقة SD متوفرة ؛ فقط قم بتوصيل سلك العبور بالفتحة الموجودة أعلاه مباشرة.

لقد أرفقت صورًا لتكوينات دبوس اردوينو بهذه الخطوة والتي يمكنك الرجوع إليها. تم استخدام الأسلاك الخضراء لتوصيل 5V بـ arduino 5V ، البرتقالية لتوصيل GND بأرض Arduino ، والأصفر لتوصيل SIG1 بـ Arduino A2 و A5. لاحظ أن هناك العديد من الوصلات الإضافية إلى المستشعرات التي كان من الممكن إجراؤها ، ولكنها ليست ضرورية لجمع البيانات وتساعد فقط مكتبة Vernier على أداء وظائف معينة (مثل تحديد المستشعر المستخدم)

فيما يلي نظرة عامة سريعة على ما تفعله دبابيس اللوحة الأولية:

1. إشارة خرج SIG2 - 10V تستخدم فقط بواسطة عدد قليل من أجهزة الاستشعار. لن نحتاجها.
2. GND - يتصل بأرض اردوينو
3. Vres - مستشعرات رنيه المختلفة لها مقاومات مختلفة. يساعد توفير الجهد وقراءة الإخراج الحالي من هذا الدبوس في تحديد المستشعرات ، لكنه لم ينجح معي. كنت أعرف أيضًا ما هو المستشعر الذي كنت أستخدمه مسبقًا ، لذا قمت بترميزه بالبرنامج.
4. المعرف - يساعد أيضًا في تحديد أجهزة الاستشعار ، ولكن ليس هناك حاجة هنا
5. 5 فولت - يمنح المستشعر طاقة 5 فولت. متصل بـ arduino 5V
6. SIG1 - خرج لأجهزة الاستشعار من مقياس من 0 إلى 5 فولت. لن أشرح معادلات المعايرة وكلها لتحويل إخراج المستشعر إلى بيانات فعلية ، ولكن فكر في مستشعر ثاني أكسيد الكربون على أنه يعمل على هذا النحو: كلما زاد استشعاره لثاني أكسيد الكربون ، زاد الجهد الذي يعود به على SIG2.

لسوء الحظ ، لا تعمل مكتبة مستشعرات Vernier إلا مع مستشعر واحد ، وإذا احتجنا إلى استخدام اثنين ، فسنحتاج إلى قراءة الجهد الخام الناتج عن المستشعرات. لقد قمت بتزويد الكود كملف.ino في الخطوة التالية.

أثناء قيامك بتوصيل أسلاك توصيل باللوحة ، ضع في اعتبارك أن صفوفًا من الثقوب متصلة. هذه هي الطريقة التي نربط بها محولات protoboard بـ arduino. أيضًا ، قد يستخدم قارئ بطاقة SD بعض المسامير ، لكنني تأكدت من أنها لا تتداخل مع بعضها البعض. (عادة ما يكون رقم التعريف الشخصي 4)

الخطوة 6: الكود والاختبار

قم بتنزيل برنامج arduino على جهاز الكمبيوتر الخاص بك إذا لم يكن مثبتًا بالفعل.

بعد ذلك ، قم بتوصيل المستشعرات بالمحولات وتأكد من أن جميع الأسلاك على ما يرام (تحقق للتأكد من أن المستشعرات على الإعداد المنخفض من 0-10 ، 000 جزء في المليون). أدخل بطاقة SD في الفتحة وقم بتوصيل اردوينو بجهاز الكمبيوتر الخاص بك عبر كابل USB. ثم افتح ملف SDTest.ino الذي قدمته في هذه الخطوة وانقر على زر التحميل. ستحتاج إلى تنزيل مكتبة SD كملف.zip وإضافتها أيضًا.

بعد تحميل الكود بنجاح ، انقر فوق الأدوات وحدد الشاشة التسلسلية. يجب أن تشاهد معلومات حول قراءة قراءة المستشعر التي تتم طباعتها على الشاشة. بعد تشغيل الكود لفترة من الوقت ، يمكنك فصل اردوينو وإخراج بطاقة SD.

على أي حال ، إذا أدخلت بطاقة SD في الكمبيوتر المحمول ، فسترى ملف DATALOG. TXT. افتحه وتأكد من وجود بيانات فيه. لقد أضفت بعض الوظائف إلى اختبار SD الذي سيحفظ الملف بعد كل عملية كتابة. هذا يعني أنه حتى إذا قمت بإخراج منتصف برنامج بطاقة SD ، فستحتوي على جميع البيانات حتى تلك النقطة. يعد ملف AlgaeLogger.ino الخاص بي أكثر تعقيدًا مع وجود تأخيرات لتشغيله لمدة أسبوع. علاوة على ذلك ، أضفت وظيفة ستبدأ ملف datalog.txt جديدًا إذا كان موجودًا بالفعل. لم يكن مطلوبًا أن يعمل الكود ، لكنني أردت فقط جميع البيانات التي يجمعها Arduino في ملفات مختلفة بدلاً من الاضطرار إلى الفرز بينها بالساعة الموضحة. يمكنني أيضًا توصيل اردوينو قبل بدء تجربتي وإعادة تعيين الكود فقط بالنقر فوق الزر الأحمر عندما أكون جاهزًا للبدء.

إذا نجح كود الاختبار ، فيمكنك تنزيل ملف AlgaeLogger.ino الذي قدمته وتحميله على اردوينو. عندما تكون جاهزًا لبدء جمع البيانات الخاصة بك ، قم بتشغيل اردوينو ، وأدخل بطاقة SD ، وانقر فوق الزر الأحمر على اردوينو لإعادة تشغيل البرنامج. سيأخذ الكود القياسات على فترات ساعة واحدة لمدة أسبوع واحد. (168 مجموعة بيانات)

الخطوة 7: تركيب أجهزة الاستشعار في المفاعل الحيوي الضوئي

أوه نعم ، كيف أنسى؟

تحتاج إلى تثبيت أجهزة الاستشعار في مفاعل حيوي ضوئي قبل محاولة جمع البيانات. لم يكن لدي سوى الخطوة لاختبار المستشعرات والرمز قبل هذا ، بحيث إذا كان أحد المستشعرات لديك معيبًا ، فيمكنك الحصول على واحد مختلف على الفور قبل دمجه في المفاعل الحيوي الضوئي. سيكون الاضطرار إلى إزالة المستشعرات بعد هذه الخطوة صعبًا ، لكنه ممكن. توجد تعليمات حول كيفية القيام بذلك في خطوة النصائح والأفكار النهائية.

على أي حال ، سأقوم بدمج المستشعرات في غطاء الزجاجة الخاصة بي لأنها الأبعد عن الماء ولا أريد أن تبتل. لاحظت أيضًا أن كل بخار الماء يتكثف بالقرب من القاع والجدران الرقيقة للزجاجة ، لذا فإن هذا الموضع سيمنع بخار الماء من إتلاف المستشعرات.

للبدء ، حرك أنبوب الانكماش الحراري فوق المستشعر ، لكن تأكد من عدم تغطية جميع الثقوب. بعد ذلك ، قم بتقليص الأنبوب باستخدام لهب صغير. اللون لا يهم لكني استخدمت اللون الأحمر للرؤية.

بعد ذلك ، قم بعمل ثقب مقاس 1 بوصة في منتصف الغطاء واستخدم ورق الصنفرة لتخشين البلاستيك المحيط به ، فهذا سيساعد على رابطة الإيبوكسي جيدًا.

أخيرًا ، أضف بعض الإيبوكسي إلى الأنبوب وحرك المستشعر في مكانه على الغطاء. أضف المزيد من الإيبوكسي على السطح الخارجي والداخلي للغطاء حيث يلتقي الغطاء بالانكماش الحراري واتركه حتى يجف. يجب أن يكون الآن محكم الإغلاق ، لكننا سنحتاج إلى الضغط عليه لاختباره ليكون آمنًا.

الخطوة الثامنة: اختبار الضغط بأجهزة الاستشعار

نظرًا لأننا اختبرنا بالفعل المفاعل الحيوي الضوئي مسبقًا باستخدام صمام الدراجة ، فإننا نحتاج فقط إلى القلق بشأن الغطاء هنا. مثل المرة السابقة ، أضف الضغط ببطء واستمع إلى التسريبات. إذا وجدت واحدة ، أضف بعض الإيبوكسي إلى داخل الغطاء ومن الخارج.

استخدم أيضًا الماء والصابون للعثور على التسريبات إذا أردت ، لكن لا تضع أيًا منها داخل المستشعر.

من المهم للغاية عدم خروج أي هواء من المفاعل الحيوي الضوئي. تتأثر قراءة مستشعر ثاني أكسيد الكربون بثابت مرتبط مباشرة بالضغط. ستسمح لك معرفة الضغط بحل تركيز ثاني أكسيد الكربون الفعلي لجمع البيانات وتحليلها.

الخطوة 9: زراعة الطحالب والمغذيات

لتنمية الطحالب ، املأ الحاوية فوق مصابيح LED بالماء. يجب أن يكون حوالي 2 جالونًا تعطي أو تأخذ بضعة أكواب. ثم أضف سماد نباتي قابل للذوبان وفقًا للإرشادات الموجودة على الصندوق. لقد أضفت القليل في الواقع لزيادة نمو الطحالب. أخيرًا ، أضف ثقافة بادئ الطحالب. لقد استخدمت في الأصل ملعقتين كبيرتين للغالونين بالكامل ، لكنني سأستخدم كوبين أثناء تجربتي لجعل الطحالب تنمو بشكل أسرع.

اضبط مصابيح LED على أقل إعداد وقم بزيادتها لاحقًا إذا أصبح الماء داكنًا للغاية. قم بتشغيل الفقاعة واترك المفاعل لمدة أسبوع أو نحو ذلك حتى تنمو الطحالب. تحتاج كثيرًا إلى تحريك الماء عدة مرات لمنع الطحالب من الاستقرار في القاع.

أيضًا ، تمتص عملية التمثيل الضوئي الضوء الأحمر والأزرق بشكل أساسي ، ولهذا السبب تكون الأوراق خضراء. لإعطاء الطحالب الضوء الذي تحتاجه دون تسخينها كثيرًا ، استخدمت الضوء الأرجواني.

في الصور المرفقة ، كنت أزرع فقط 2 ملاعق كبيرة من المبتدئين كان علي أن أقوم بحوالي 40 كوبًا لتجربتي الفعلية. يمكنك معرفة أن الطحالب نمت كثيرًا مع الأخذ في الاعتبار أن الماء كان صافيًا تمامًا من قبل.

الخطوة العاشرة: النصائح والأفكار النهائية

لقد تعلمت الكثير أثناء بناء هذا المشروع ويسعدني أن أجيب على الأسئلة في التعليقات بأفضل ما أستطيع. في غضون ذلك ، إليك بعض النصائح التي لدي:

1. استخدم شريطًا رغويًا مزدوج الجوانب لتثبيت الأشياء في مكانها. كما أنه يقلل من الاهتزازات الصادرة عن الفقاعات.
2. استخدم شريط طاقة لحماية جميع الأجزاء بالإضافة إلى توفير مساحة لتوصيل الأشياء.
3. استخدم مضخة دراجة بمقياس ضغط ، ولا تضيف ضغطًا دون ملء الزجاجة بالماء. هذا هو لسببين. أولاً ، سيزداد الضغط بشكل أسرع ، وثانيًا ، سيمنع وزن الماء قاع الزجاجة من الانقلاب.
4. قم بتدوير الطحالب بين الحين والآخر للحصول على حل متساوٍ.
5. لإزالة المستشعرات: استخدم شفرة حادة لقطع الأنبوب عن المستشعر وتمزيقه قدر الإمكان. ثم اسحب المستشعر برفق.

سأضيف المزيد من النصائح عندما تتبادر إلى الذهن.

أخيرًا ، أود أن أنهي بقولي بعض الأشياء. الغرض من هذا المشروع هو معرفة ما إذا كان يمكن زراعة الطحالب بشكل أسرع لإنتاج الوقود الحيوي. على الرغم من أنه مفاعل حيوي ضوئي عامل ، لا يمكنني ضمان أن الضغط سيحدث فرقًا حتى تنتهي جميع تجاربي. في ذلك الوقت ، سأقوم بإجراء تعديل هنا وأظهر النتائج (ابحث عنه في وقت ما في منتصف شهر مارس).

إذا شعرت أن هذه التعليمات قد تكون مفيدة وكانت الوثائق جيدة ، فاترك لي إعجابًا أو تعليقًا. لقد دخلت أيضًا في مسابقات LED و Arduino و Epilog ، لذا صوّت لي إذا كنت أستحق ذلك.

حتى ذلك الحين ، DIY'ing سعيد للجميع

تعديل:

كانت تجربتي ناجحة وتمكنت من الوصول إلى معرض العلوم بالولاية أيضًا! بعد مقارنة الرسوم البيانية لأجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون ، أجريت أيضًا اختبار ANOVA (تحليل التباين). ما يفعله هذا الاختبار في الأساس هو أنه يحدد احتمالية حدوث النتائج المعطاة بشكل طبيعي. كلما اقتربت قيمة الاحتمال من 0 ، قل احتمال رؤية النتيجة المحددة ، مما يعني أن أي متغير مستقل تم تغييره كان له تأثير فعلي على النتائج. بالنسبة لي ، كانت قيمة الاحتمال (المعروفة أيضًا باسم القيمة p) منخفضة جدًا ، حيث تم رفع حوالي 10 إلى -23…. هذا يعني أن الضغط المتزايد في المفاعل سمح للطحالب بالنمو بشكل أفضل وامتصاص المزيد من ثاني أكسيد الكربون كما توقعت.

في الاختبار الذي أجريته ، كان لدي مجموعة تحكم بدون ضغط مضاف ، و 650 سم مكعب من الهواء ، و 1300 سم مكعب من الهواء ، و 1950 سم مكعب من الهواء. توقفت المستشعرات عن العمل بشكل صحيح على أعلى مسار ضغط ، لذلك استبعدته على أنه خارجي. ومع ذلك ، لم تتغير قيمة P كثيرًا ولا يزال من السهل تقريبها إلى 0. في التجارب المستقبلية ، سأحاول إيجاد طريقة موثوقة لقياس امتصاص ثاني أكسيد الكربون بدون أجهزة استشعار باهظة الثمن ، وربما ترقية المفاعل بحيث يمكنه التعامل بأمان مع أعلى ضغوط.

الوصيف في مسابقة LED 2017