大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。
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この記事について
サマリー
要約
近年、バイオガスをバイオメタンに精製する技術が数多く登場しています。この浄化には、二酸化炭素や硫化水素などの汚染ガスの濃度が低下し、メタン含有量が増加します。本研究では、養豚業から排出される有機廃棄物から発生するバイオガスを微細藻類の培養技術を用いて処理・精製し、すぐに使えるバイオメタンを得た。培養と精製のために、メキシコのサン・フアン・デ・ロス・ラゴスに22.2m3の露天掘りフォトバイオリアクターと吸収脱着カラムシステムを組み合わせて設置しました。いくつかの再循環液体/バイオガス比(L/G)がテストされ、最高の除去効率が得られました。pH、溶存酸素(DO)、温度、バイオマス成長などの他のパラメータを測定しました。最も効率的なL/Gは1.6と2.5であり、その結果、CO2中の組成はそれぞれ6.8%volと6.6%volで処理されたバイオガス廃液が得られ、H2Sの除去効率は最大98.9%であり、O2汚染値は2%vol未満に維持されました。微細藻類の光合成過程に関与し、酸性であることから可溶化時にpHを変化させる能力があるため、培養中のCO2除去はL/GよりもpHが大きく左右されることが分かりました。DOと温度は、それぞれ光合成の明暗自然サイクルと時刻から予想どおりに振動しました。バイオマスの成長は、CO2と栄養素の供給、および原子炉の収穫によって変化しました。しかし、この傾向は引き続き成長の兆しを見せています。
概要
近年、バイオガスをバイオメタンに精製し、非化石燃料としての利用を促進する技術がいくつか登場し、脱気不可能なメタン排出を軽減しています1。大気汚染は、特に都市部で世界の人口のほとんどに影響を与える問題です。最終的に、世界人口の約92%が汚染された空気を吸っています2。ラテンアメリカでは、大気汚染率は主に燃料の使用によって引き起こされており、2014年には大気汚染の48%が電力および熱生産部門によってもたらされました3。
過去10年間で、大気中の汚染物質と死亡率の増加との関係に関する研究がますます提案されており、特に子供の集団において、両方のデータセットの間に強い相関関係があると主張しています。
大気汚染の継続を回避する方法として、いくつかの戦略が提案されています。その1つが、風力タービンや太陽電池などの再生可能エネルギー源の使用であり、大気中へのCO2放出を減少させます4,5。別の再生可能エネルギー源は、有機物の嫌気性消化の副産物であるバイオガスから来ており、液体有機消化物とともに生成されます6。....
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プロトコル
1. システムのセットアップ
注:このプロトコルで記述されているシステムの配管および計装図(P&ID)を 図2に示します。
- リアクターのセットアップ
- 反応器の安定性を向上させるために、地盤を平らにして圧縮して準備します。
- オープンフィールドで、端から3mの細長い穴を2つ掘り、さらに深さ3m2 と1mの穴(通気井と呼ばれる)を掘ります。
- 2つのHRAP(図3)を、ジオメンブレンで覆われた金属支持体のスペース内に置きます。各原子炉の運転能力は22.2m3でなければなりません。
- 原子炉ごとに1728.42ワット(2.35馬力)のエアポンプを、曝気井が掘られたHRAPのポイントの近くに配置します。
- パドルホイール(1103.24ワット[1.5馬力]の電気モーターで動く)を反応器全体に固定して、バイオマスと培地の接触を促進します。
- ガス処理のセットアップ(図4)
- 6インチのポリ塩化ビニル(PVC)チューブで脱着カラムを構築し、蓋付きの上部から2mのところに....
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結果
プロトコルに従って、システムが構築され、テストされ、接種されました。条件を測定して保存し、サンプルを採取して分析しました。プロトコルは、2019年10月から2020年10月までの1年間実施されました。これ以降、HRAPはRT3およびRT4と呼ばれることに注意してください。
バイオメタン生産性
最も高いH2SおよびCO2除去を促進し、その結果、メタン濃度が最高になる条件を決定するために、0.5〜3.4の範囲でいくつかの再循環液体/バイオガス比(L / G)が試されました。これらの結果は、9月25日から9月28日までの期間に、少なくとも60分(1時間)の連続的なバイオガスバブリングの持続時間を持つ実験で得られた。これらの試験中、微細藻類はCO 2を固定し、バクテリアはH2Sを酸化し、メタン(CH4)を濃縮し、本質的にガス混合物を精製した。
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ディスカッション
何年にもわたって、この藻類技術は、バイオガスを精製するための過酷で高価な物理化学的手法の代替としてテストされ、使用されてきました。特に、 Arthrospira 属は 、クロレラとともにこの特定の目的のために広く使用されています。しかし、準工業規模で作られる方法論はほとんどなく、この手順に付加価値を与えています。
適切なL/G比を使用して、より低いO2濃度を維持することが重要です。ただし、これはこのプロトコルが適用される地域によって異なります。バイオメタンでは、パイプラインの爆発や腐食の危険性があるため、酸素含有量が厳しく規制されています。欧州連合の一部の国では、1%vol 29,30,31という低い内容を要求しています。一方、メタンは65%vol31を超える濃度でなければなりません。メキシコ.......
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開示事項
利益相反。著者らは、利益相反がないことを宣言します。
謝辞
我々は、DGAPA UNAMプロジェクト番号IT100423の部分的な資金提供に感謝する。また、PROANとGSIには、光合成バイオガスのフル設備アップグレードに関する技術的経験を共有することを許可していただいたことに感謝します。ペドロ・パストール・エルナンデス・ゲレロ氏、カルロス・マルティン・シガラ氏、フアン・フランシスコ・ディアス・マルケス氏、マルガリータ・エリザベス・シスネロス・オルティス氏、ロベルト・ソテロ・ブリオネス・メンデス氏、ダニエル・デ・ロス・コボス・バスコンセロス氏の技術サポートに感謝します。この研究の一部は、ISO9001:2015の認証を取得してIIUNAM環境工学研究所で行われました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1"回転計 | CICLOTEC | N/A | |
| 1"回転計 | GPI | A10-LMA100IA1 | |
| 吸収タンク | EFISA | 前の設計 | |
| 送風機 (2.35 HP) | エルモ・リーチュレ | 2BH11007AH01 | |
| バイオガス送風機 (2 HP) | エルモ・リーチュレ | 2BH11007AH01 | |
| バイオガス組成物測定 | Geotech | BIOGAS 5000 | |
| データ収集デバイス | LabJack Co. | U3-LV | |
| ディフューザーチューブ | エアロチューブ | C3060AR | |
| DOセンサー | Applisens | Z10023525 | |
| ドデカ水和三ナトリウム リン酸 | Quimica PIMA | N / A | 肥料グレード(温室およびexperior使用) |
| ドデカ水和物リン酸三ナトリウム | Fermont | 35963 | 分析グレード(実験室内の培養に使用) |
| デュラポアメンブレン(45&マイクロ;m) | メルクミリポア | HVLP04700 | |
| 電気モーター 1.5 HP | Weg | 00158ET3ERS56C | |
| 硫酸第一鉄七水和物 | Agroquimica Samet | N/A | 肥料グレード (温室および経験的使用) |
| 第一鉄七水和物 | Fermont | 63593 | 分析グレード (実験室内の培養で使用) |
| ジオメンブレン | GEOSINCERE | N/A | |
| マグネシウム硫酸塩七水和物 | Tepeyac | N/A | 肥料グレード (温室および経験的使用) |
| 硫酸マグネシウム七水和物 | Fermont | 63623 | 分析グレード (実験室内の培養で使用) |
| パドルホイール | GSI | 以前の設計 | |
| pHセンサー | Van London pHoenix | 715-772-0041 | |
| ポータブルスクリーン | Rasspberry | Pi 3 B+ | |
| 再循環遠心ポンプ(1.5 HP) | Aquapak | ALY 15 | |
| 重炭酸ナトリウム | Industria del alcali | N/A | 肥料グレード (温室および経験的使用) |
| 重炭酸ナトリウム | フェルモント | 12903 | 分析グレード (実験室内の培養に使用) |
| 塩化ナトリウム | Sal Colima | N/A | 肥料グレード (温室および経験的使用) |
| 塩化ナトリウム | フェルモント | 24912 | 分析グレード(実験室内の培養に使用) |
| 硝酸ナトリウム | Vitraquim | N / A | 肥料グレード(温室および実験用) |
| 硝酸ナトリウム | Fermont | 41903 | 分析グレード(実験室内の培養に使用) |
| 保管プログラム(pH、DO) | Pythonソフトウェアの基礎 | Python IDLE 2.7 | |
| Tedlar バッグ | SKC Inc. | 232-25 | |
| 温度レコーダーT | &D | TR-52i | |
| 紫外可視分光光度計 | サーモフィッシャー 科学機器 | GENESYS 10S | |
| 真空ポンプ | EVAR | EV-40 |
参考文献
- 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.
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再版と許可
