در این مطالعه عملکرد بیوراکتورهای نوین usbf در حالت متعارف (بدون آکنه) و در حالت رشد تلفیقی (با اضافه کردن آکنه های معلق) در تصفیه فاضلاب شهری مورد بررسی قرار گرفته است. اثر تغییرات اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (cod ) در غلظت خوراک ورودی در دو سطح 20±270 و 100±490 میلی گرم بر لیتر، غلظت زیست توده معلق در سه سطح 3000، 4000 و 5000 میلی گرم بر لیتر و زمان ماند هیدرولیکی کل درسه سطح 4، 8 و 12 ساعت، در بیوراکتور مورد تحقیق قرار گرفت. در این تحقیق تانک ته نشینی در انتهای دستگاه قرار داشت و در آن از صفحات لاملا استفاده شد. در حالت رشد تلفیقی از آکنه های معلق کالدنس 2، با درصد پرشدگی 30 درصد استفاده و به سامانه زیستی اضافه گردید. همچنین با توجه به سطوح تعیین شده برای عوامل مورد بررسی و به منظور به دست آوردن عوامل مهم و برهمکنش بین عوامل در هر دو حالت متعارف و رشد تلفیقی، از طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی با سطوح مختلف استفاده شد. نتایج نشان داد که سامانه در حالت رشد تلفیقی راندمان مطلوب تری نسبت به حالت متعارف دارد و در زمان های ماند هیدرولیکی کمتر، راندمان سیستم تا 10 درصد بالاتر از حالت متعارف بوده است. سیستم در هر دو حالت متعارف و رشد تلفیقی در cod 20±270 میلی گرم بر لیتر با غلظت زیست توده معلق 5000 میلی گرم بر لیتر و زمان ماند هیدرولیکی 4 ساعت بهترین عملکرد را داشت. در این شرایط در حالت متعارف راندمان حدود 94 درصد و در حالت رشد تلفیقی حدود 97 درصد بود. همچنین نتایج نشان می دهد که در هر دو حالت متعارف و رشد تلفیقی، در بعضی موارد با افزایش زمان ماند هیدرولیکی، راندمان سیستم کاهش یافته است. کاهش راندمان سیستم در این حالت به دلیل قرار گرفتن میکروارگانیسم ها در فاز خودخوری می باشد. با توجه به نتایج در هر دو حالت بررسی شده با افزایش بار آلی وارد بر سیستم، راندمان کاهش یافته است و با افزایش غلظت زیست توده در سامانه، راندمان فرایند افزایش یافته است. نتایج به دست آمده از طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی با سطوح مختلف برای هر دو حالت متعارف و رشد تلفیقی نشان داد که عوامل غلظت خوراک ورودی، غلظت زیست توده، زمان ماند هیدرولیکی و برهمکنش بین غلظت خوراک ورودی و زمان ماند هیدرولیکی از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. در حالت متعارف زمان ماند هیدرولیکی و در حالت رشد تلفیقی، غلظت زیست توده بیشترین اثر را بر عملکرد سیستم داشته اند. همچنین مهم بودن برهمکنش بین زمان ماند هیدرولیکی و غلظت خوراک ورودی به دلیل رفتار متفاوت سیستم در زمان های ماند هیدرولیکی در غلظت های مختلف خوراک ورودی و قرار گرفتن میکروارگانیسم ها در فاز خودخوری در بعضی زمان های ماند هیدرولیکی، قابل توجیه است. در این تحقیق برای به دست آوردن ثوابت سینتیکی، مدل لارنس-مک کارتی برای حالت متعارف و مدل های گراو و استوور-کینکانون برای حالت رشد تلفیقی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در هر دو حالت، نتایج آزمایشگاهی از تطابق بالایی با مدل های مورد بررسی برخوردارند. بنابراین این مدل ها می توانند برای طراحی بیوراکتورهای اصلاح شده usbf و بیوراکتورهای نوین رشد تلفیقی مورد استفاده قرار گیرند.

لجن تولیدی در واحدهای تصفیه ی آب و فاضلاب که در دسته ی زیست توده ها و منابع تجدید پذیر انرژی جای می گیرد قابلیت استفاده شدن به عنوان ماده ی خام برای تولید سوخت زیستی اتانول را داراست. بنابراین، با استفاده از آن به عنوان منبعی خام و ارزان قیمت جهت تولید مواد با ارزش افزوده، نه تنها مشکلات مربوط به مدیریت لجن تقلیل خواهد یافت بلکه زمینه ی تأمین سوختی پاک نیز فراهم می گردد. در پژوهش پیش رو برای اولین بار امکان سنجی تولید یک فرآورده ی با ارزش افزوده، سوخت زیستی اتانول، از لجن خروجی از هاضم بی هوازی تصفیه خانه ی فاضلاب شهری بررسی شد. بدین منظور، پیش فرآوری های بازی، اسیدی، حرارتی، اولتراسونیک و ترکیب باز و حرارت روی لجن انجام شد. یک میکروارگانیسم مولد اتانول، گونه ی مخمر ساکارومایسس سرویزیه، به صورت هوازی و بی هوازی روی لجن های پیش فرآوری شده و پیش فرآوری نشده، با غلظت 1% وزن به حجم، رشد داده شد تا اثر پیش فرآوری بر روی میزان آزاد سازی مواد مغذی موجود در لجن، رشد سلولی مخمر و میزان تولید اتانول مشخص گردد. آنالیز های گوناگون روی لجن نیز نشان دادند که مقدار کربن و نیتروژن موجود در لجن به ترتیب عبارت است از 0/08± 30/85و 0/01± 3/47 درصد که البته مخمر قادر به مصرف کربن موجود نبوده و گلوکز به عنوان منبع کربنی باید به آن اضافه گردد. هم چنین، میزان فسفر موجود در لجن 457/2 میلی گرم بر لیتر به دست آمد. نتایج به دست آمده حاکی از آن بودند که پیش فرآوری های بازی و ترکیب بازی و حرارتی توانستند در بین پنج پیش فرآوری مورد استفاده در غلظت 1% از لجن تر به ترتیب بیشترین مقدار اتانول یعنی درصد بازده تئوری 28 و 23 را تولید کنند. هم چنین، غلظت سلولی مخمر پس از پیش فرآوری بازی از میزان 105 ×7/2 سلول زنده به میزان107 ×1/43 افزایش یافت. به علاوه، مشخص شد که لجن خشک محیط کشت مناسبی برای تولید اتانول نیست و انجام پیش فرآوری های ترکیبی بازی و حرارتی و یا بازی تنها روی آن، منجر به تولید 0/03گرم اتانول بر گرم گلوکز اولیه پس از 48 ساعت تخمیر شد. هم چنین، طی آزمایش های گوناگون روشن شد ذرات لجن برای رشد مخمر بازدارنده هستند و هر چه غلظت لجن در محیط کشت نهایی بیش تر باشد بازدهی اتانول نیز کم تر خواهد بود. جهت کاهش این اثر می توان از مایع رویی لجن پیش فرآوری شده و پیش فرآوری نشده استفاده نمود. همچنین، بهترین نتایج به دست آمده در مقیاس کوچک، برای بررسی صحت داده ها و کنترل بهتر شرایط آزمایش و نزدیک شدن به شرایط واقعی، در مقیاس فرمانتور نیز مورد آزمایش قرار گرفتند. بازده اتانول تولیدی برای مایع رویی لجن پیش-فرآوری نشده که بالاترین بازدهی را داشت در مقیاس فرمانتور پس از گذشت 72 ساعت از فرآیند تخمیر برابر بود با 38%. بنابراین، لجن خروجی از هاضم بی هوازی تصفیه خانه ها می تواند به عنوان ماده ی خام اولیه برای تولید اتانول مورد استفاده قرار گیرد.