Estudi d'un bucle de bioreactors pel desenvolupament d'un sistema de suport de vida biològic

Abstract

El projecte MELISSA (Micro Ecological Life Support System Alternative) estudia el desenvolupament d'un sistema de suport de vida biològic per les missions espacials de llarga durada. Per assolir aquest fi aquest projecte proposa, com a primer model, la utilització de quatre compartiments microbiològics i un compartiment de plantes superiors.<br/>Una de les vessants més importants d'aquest projecte és l'estudi de la connexió dels seus compartiments. L'objectiu d'aquest sistema és treballar de forma contínua en períodes llargs d'operació. Cal doncs estudiar l'evolució d'aquesta connexió tant en condicions òptimes de funcionament com davant de possibles pertorbacions.<br/>En aquest treball s'ha estudiat inicialment la connexió amb un medi sintètic dels compartiments II, III i IVa del bucle MELISSA a escala de laboratori. Aquesta connexió s'ha dut a terme satisfactòriament sense que s'evidenciïn efectes tòxics o nocius en cap dels compartiments al treballar en diferents condicions d'operació. <br/>S'ha procedit també a la connexió dels compartiments III i IVa a escala pilot, comprovant el seu bon funcionament i corroborant el sistema de control del compartiment IVa quan aquest treballa en connexió.<br/>També s'han estudiat dues de les pertorbacions possibles del sistema: l'entrada d'àcid acètic en el tercer compartiment i l'entrada de nitrits en el quart compartiment. Cap de les dues pertorbacions ha tingut efectes negatius en el funcionament dels compartiments on s'han dut a terme. <br/>Finalment s'ha procedit a la connexió completa en fase líquida i a escala de laboratori dels quatre compartiments microbiològics del bucle global del sistema MELISSA. <br/>Aquests estudis s'han dut a terme amb els diferents bioreactors dels quals es disposa a la planta pilot del projecte MELISSA de la UAB, lloc on s'efectua la integració i demostració dels diferents elements del bucle i del seu conjunt.<br/>Per altra banda s'ha fet un estudi del dimensionat dels diferents compartiments del projecte MELISSA i del grau de tancament assolit en el sistema, en diferents escenaris d'operació. Aquests inclouen tant la seva operació en el laboratori, utilitzant animals d'experimentació, com la seva aplicació al manteniment de la vida humana.

The MELISSA project (Microbiological Ecological Life Support System Alternative) of the European Space Agency (ESA) is a tool for the development of a biological life support system to be used during Manned Space Missions. In order to achieve this purpose the project proposes the connection between five compartments, four of which contain microbial organisms and one higher plants.<br/> To assure the satisfactory operation of the system, it is important to study the connection between these bioreactors not only at optimal conditions but also taking into account possible deviations in the behaviour of any of them.<br/>The connection between compartments II, III and IVa at laboratory scale and using an artificial medium has been studied at different operational conditions in this work. Using these different test conditions, the connection showed an excellent functioning during more than 5 residence times. Non relevant toxic effects have been observed.<br/>The connection between compartments III and IVa at pilot plant scale, as well as the feasibility of the control system of compartment IVa while it is working in connection to compartment III, have been also successfully tested. <br/>Two different deviations from the optimal operational conditions in the connection of compartments II, III and IVa have been studied: the income of volatile fatty acids in compartment III and the income of nitrite in compartment IVa. None of these two deviations produced any significant modification on the performance of these bioreactors. <br/>Finally, the connection of the whole MELISSA microbial loop at liquid stage has been performed at laboratory scale without presenting any major problem. <br/>In parallel, the compartments size and the achieved closure degree have been evaluated for different operational scenarios of the MELISSA loop. These scenarios include its use as a laboratory tool using experimental animals and its use as a life support system for a human crew.