זיהום אוויר משפיע על איכות החיים של כל האורגניזמים. במאמר זה נתאר את השימוש בביוטכנולוגיה של מיקרו-אצות לטיפול בביו-גז (סילוק סימולטני של פחמן דו-חמצני ומימן גופרתי) ואת ייצור הביו-מתאן באמצעות בריכות אצות פתוחות חצי-תעשייתיות בקצב גבוה, וניתוח עוקב של יעילות הטיפול, pH, חמצן מומס וגידול מיקרו-אצות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
טיהור ביוגז באמצעות שימוש במערכת מיקרו-אצות-חיידקים בבריכות אצות חצי תעשייתיות בקצב גבוה
במאמר זה
סיכום
תקציר
בשנים האחרונות התפתחו מספר טכנולוגיות לטיהור ביו-גז לביו-מתאן. טיהור זה כרוך בהפחתת ריכוז הגזים המזהמים כגון פחמן דו חמצני ומימן גופרתי כדי להגדיל את תכולת המתאן. במחקר זה השתמשנו בטכנולוגיית גידול מיקרו-אצות כדי לטפל ולטהר ביו-גז המופק מפסולת אורגנית מתעשיית החזירים כדי להשיג ביו-מתאן מוכן לשימוש. לצורך גידול וטיהור הוקמו בסן חואן דה לוס לאגוס, מקסיקו, שני פוטוביוריאקטורים באורך 22.2 מ'3 בריכות פתוחות יחד עם מערכת טורי ספיחה של ספיגה. מספר יחסי נוזל/ביוגז במחזור (L/G) נבדקו כדי להשיג את יעילות ההסרה הגבוהה ביותר; נמדדו פרמטרים אחרים, כגון pH, חמצן מומס (DO), טמפרטורה וצמיחת ביומסה. ה-L/Gs היעילים ביותר היו 1.6 ו-2.5, והתוצאה הייתה שפכי ביו-גז מטופלים בהרכב של 6.8%vol ו-6.6%volב-CO2, בהתאמה, ויעילות סילוק עבור H2S עד 98.9%, כמו גם שמירה על ערכי זיהום O2 של פחות מ-2%vol. מצאנו כי pH קובע במידה רבה את סילוקCO2 , יותר מאשר L/G, במהלך הגידול, בגלל השתתפותו בתהליך הפוטוסינתזה של מיקרו-אצות ויכולתו לשנות pH כאשר הוא מסיס בשל טבעו החומצי. DO, והטמפרטורה התנודדה כצפוי מהמחזורים הטבעיים של אור-חושך של פוטוסינתזה והשעה ביום, בהתאמה. גידול הביומסה השתנה עםCO2 והזנת חומרים מזינים, כמו גם קצירת כורים; עם זאת, המגמה נותרה דרוכה לצמיחה.
מבוא
בשנים האחרונות התפתחו מספר טכנולוגיות לטיהור ביו-גז לביו-מתאן, המקדמות את השימוש בו כדלק שאינו מאובנים, ובכך מפחיתות פליטות מתאן בלתי ניתנות לפירוק1. זיהום אוויר הוא בעיה המשפיעה על רוב אוכלוסיית העולם, במיוחד באזורים עירוניים; בסופו של דבר, כ-92% מאוכלוסיית העולם נושמת אוויר מזוהם2. באמל"ט שיעורי זיהום האוויר נוצרים בעיקר כתוצאה משימוש בדלקים, כאשר בשנת 2014 48% מזיהום האוויר נגרם על ידי מגזר ייצור החשמל והחום3.
בעשור האחרון הוצעו יותר ויותר מחקרים על הקשר בין מזהמים באוויר לבין העלייה בשיעורי התמותה, הטוענים כי קיים מתאם חזק בין שני מערכי הנתונים, במיוחד בקרב אוכלוסיו....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. הגדרת המערכת
הערה: דיאגרמת צנרת ומכשור (P&ID) של המערכת המתוארת בפרוטוקול זה מוצגת באיור 2.
- הקמת כור
- הכינו את הקרקע על ידי פילוס ודחיסה שלה כדי לשפר את יציבות הכור.
- בשדה פתוח, חופרים שני חורים מוארכים ו-3 מ' מהסוף, בהמשך חופרים בור בעומק 3 מ'ו-1 מ' (המכונה באר אוורור).
- מקמו שני HRAPs (איור 3) בתוך החלל על תמיכות מתכת מכוסות גיאומברנה. כל כור חייב להיות בעל כושר פעולה של 22.2 מ '3.
- מקם משאבת אוויר לכל כור של 1728.42 וואט (2.35 כ"ס) קרוב לנקודה של HRAPs שבו נחפרו בארות האוורור.
- תקן ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
בהתאם לפרוטוקול, המערכת נבנתה, נבדקה וחוסנה. התנאים נמדדו ואוחסנו, והדגימות נלקחו ונותחו. הפרוטוקול בוצע במשך שנה, החל מאוקטובר 2019 ונמשך עד אוקטובר 2020. חשוב להזכיר שמכאן והלאה, HRAPs יכונו RT3 ו-RT4.
פרודוקטיביות ביו-מתאן
על מנת לקבוע את התנאים המקדמים את סילוק H2Sו-CO2 הגבוה ביותר, וכתוצאה מכך, את הריכוז הגבוה ביותר של מתאן, נוסו מספר יחסי נוזל/ביוגז במחזור חוזר (L/G) בטווח שבין 0.5 ל-3.4. תוצאות אלה התקבלו עבור ניסויים עם משך של לפחות 60 דקות (1 .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
לאורך השנים, טכנולוגיית אצות זו נבדקה ושימשה כחלופה לטכניקות הפיזיקוכימיות הקשות והיקרות לטיהור ביוגז. בפרט, הסוג Arthrospira נמצא בשימוש נרחב למטרה ספציפית זו, יחד עם כלורלה. עם זאת, ישנן מתודולוגיות מעטות הנעשות בקנה מידה תעשייתי למחצה, מה שמוסיף ערך להליך זה.
חיוני לשמור על ריכוזי O2 נמוכים יותר על ידי שימוש ביחס L/G נכון; עם זאת, הדבר תלוי באזור שבו פרוטוקול זה יוחל. תכולת החמצן מווסתת מאוד בביו-מתאן עקב סכנת פיצוץ וקורוזיה בצנרת. מדינות מסוימות באיחוד האירופי .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
ניגוד עניינים. המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.
תודות
אנו מודים לפרויקט DGAPA UNAM מספר IT100423 על המימון החלקי. אנו מודים גם ל-PROAN ול-GSI על שאפשרו לנו לחלוק חוויות טכניות בנוגע לביו-גז הפוטוסינתטי שלהם המשדרגים מתקנים מלאים. התמיכה הטכנית של פדרו פסטור הרננדס גררו, קרלוס מרטין סיגאלה, חואן פרנסיסקו דיאז מארקס, מרגריטה אליזבת סיסנרוס אורטיז, רוברטו סוטרו בריונס מנדז ודניאל דה לוס קובוס ואסקונסלוס מוערכת מאוד. חלק ממחקר זה נעשה במעבדה להנדסה סביבתית IIUNAM עם תעודת ISO 9001:2015.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1 אינץ' סיבוב | CICLOTEC | N/A | |
| 1 אינץ' סיבוב | GPI | A10-LMA100IA1 | |
| מיכל ספיגה | EFISA | מיוצר בעיצוב | |
| מפוח אוויר (2.35 כ"ס) | Elmo Rietschle | 2BH11007AH01 | |
| מפוח ביוגז (2 HP) | Elmo Rietschle | 2BH11007AH01 | |
| הרכב ביוגז למדוד | Geotech | BIOGAS 5000 | |
| מכשיר לרכישת נתונים | LabJack Co. | U3-LV | |
| חיישן Aero-Tube | C3060AR | ||
| DO | Applisens | Z10023525 | |
| טריסודיום פוספט מיובש | Quimica PIMA | N/A | דרגת דשן (חממה ושימוש חוויתי) |
| טריסודיום פוספט דודקהידרש | Fermont | 35963 | דרגה אנליטית (משמשת בתרביות בתוך המעבדה) |
| קרום Durapore (45 ומיקרו; m) | MerckMillipore | HVLP04700 | |
| מנוע חשמלי 1.5 HP | Weg | 00158ET3ERS56C | |
| ברזל סולפט heptahydrate | Agroquimica Samet | N / A | דרגת דשן (חממה ושימוש חוויתי) |
| ברזל סולפט heptahydrate | Fermont | 63593 | דרגה אנליטית (משמש בתרבויות בתוך המעבדה) |
| Geomembrane | GEOSINCERE | N/A | |
| מגנזיום סולפט heptahydrate | Tepeyac | N/A | דרגת דשן (שימוש בחממה וניסיון) |
| מגנזיום סולפט heptahydrate | Fermont | 63623 | דרגה אנליטית (בשימוש בתרבויות בתוך המעבדה) |
| גלגל ההנעה | GSI | מיוצר תחת עיצוב | |
| חיישן pH | ואן לונדון pHoenix | 715-772-0041 | |
| מסך נייד | Rasspberry | Pi 3 B+ | |
| משאבה צנטריפוגלית מחזור (1.5 HP) | Aquapak | ALY 15 | |
| נתרן ביקרבונט | Industria del alcali | N / A | דרגת דשן (שימוש בחממה וניסיון) |
| נתרן ביקרבונט | פרמונט | 12903 | דרגה אנליטית (משמש בתרביות בתוך המעבדה) |
| נתרן כלורי | Sal Colima | N/A | דרגת דשן (שימוש בחממה וניסיון) |
| נתרן כלורי | פרמונט | 24912 | דרגה אנליטית (בשימוש בתרביות בתוך המעבדה) |
| נתרן חנקתי | Vitraquim | N / A | דרגת דשן (שימוש בחממה וניסיון) |
| נתרן חנקתי | Fermont | 41903 | דרגה אנליטית (משמש בתרבויות בתוך המעבדה) |
| תוכנית אחסון (pH, DO) | קרן התוכנה Python | שקיות Python IDLE 2.7 | |
| Tedlar | SKC Inc. | 232-25 | |
| מקליט טמפרטורה | T& D | TR-52i | |
| UV-Vis ספקטרופוטומטר | ThermoFisher מכשיר מדעי | GENESYS 10S | |
| משאבת ואקום | EVAR | EV-40 |
מקורות
- Muñoz, R., Meier, L., Diaz, I., Jeison, D. A review on the state-of-the-art of physical/chemical and biological technologies for biogas upgrading. Rev Environ Sci Biotechnol. 14, 727-759 (2015).
- Karimi, B., Shokrinezhad, B.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
