Name: Continuamente agitado digestor anaeróbico para convertir los desechos orgánicos en biogás: configuración del sistema y funcionamiento básico (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Aprende a construir y operar un digestor anaeróbico agitado continuamente a escala de laboratorio para evaluar sustratos orgánicos en la producción de biogás mediante biomasa metanogénica activa.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Esta investigación es apoyada con el apoyo del USDA a través de los Institutos Nacionales de la Alimentación y la Agricultura (NIFA), el número de concesión 2007-35504-05381; por concesión no. 58872 de NYSERDA y Nueva York 123 444 a través de los fondos de la Universidad de Cornell, Estación Experimental Agrícola de la fórmula federal de la NIFA USDA.

<ol><li>Dague, R. R., McKinney, R. E., Pfeffer, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solids+retention+in+anaerobic+waste+treatment+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Water+Pollut.+Control+Fed%22%5BJournal%5D)">Solids retention in anaerobic waste treatment systems.</a> J. Water Pollut. Control Fed. 42, R29-R46 (1970).</li>
<li>McCarty, P. L., Smith, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+wastewater+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Anaerobic wastewater treatment.</a> Environ. Sci. Technol. 20, 1200-1206 (1986).</li>
<li>Lettinga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+digestion+and+wastewater+treatment+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Antonie+Van+Leeuwenhoek%22%5BJournal%5D)">Anaerobic digestion and wastewater treatment systems.</a> Antonie Van Leeuwenhoek. 67, 3-28 (1995).</li>
<li>De Baere, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+digestion+of+solid+waste%3A+state-of-the-art%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Anaerobic digestion of solid waste: state-of-the-art.</a> Water Sci. Technol. 41, 283-290 (2000).</li>
<li>Angenent, L. T., Karim, K., Al-Dahhan, M. H., Wrenn, B. A., Domínguez-Espinosa, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+bioenergy+and+biochemicals+from+industrial+and+agricultural+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater.</a> Trends Biotechnol. 22, 477-485 (2004).</li>
<li>Jewell, W. J., Cummings, R. J., Richards, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methane+fermentation+of+energy+crops+-+maximum+conversion+kinetics+and+in-situ+biogas+purification%5BTitle%5D)+AND+%22Biomass+%26+Bioenergy%22%5BJournal%5D)">Methane fermentation of energy crops - maximum conversion kinetics and in-situ biogas purification.</a> Biomass & Bioenergy. 5, 261-278 (1993).</li>
<li>Weiland, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomass+digestion+in+agriculture%3A+A+successful+pathway+for+the+energy+production+and+waste+treatment+in+Germany%5BTitle%5D)+AND+%22Eng.+Life+Sci%22%5BJournal%5D)">Biomass digestion in agriculture: A successful pathway for the energy production and waste treatment in Germany.</a> Eng. Life Sci. 6, 302-309 (2006).</li>
<li>Zaks, D. P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+anaerobic+digesters+to+emissions+mitigation+and+electricity+generation+under+U.S.+climate+policy%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Contribution of anaerobic digesters to emissions mitigation and electricity generation under U.S. climate policy.</a> Environ. Sci. Technol. 45, 6735-6742 (2011).</li>
<li>Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. Wastewater Engineering, Treatment and Reuse: Metcalf & Eddy. , 4 edn, McGraw Hill. (2003).</li>
<li>Speece, R. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSpeece%2C+RE+%22Anaerobic+Biotechnology+for+Industrial+Wastewaters%22">Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters</a>. , Archaea Press. (1996).</li>
<li>Kleerebezem, R., van Loosdrecht, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixed+culture+biotechnology+for+bioenergy+production%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Opin.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Mixed culture biotechnology for bioenergy production.</a> Curr. Opin. Biotechnol. 18, 207-212 (2007).</li>
<li>Angenent, L. T., Wrenn, B. A. Chp. 15. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAngenent%2C+LT+%22Bioenergy%22">Bioenergy</a>. Wall, J., Harwood, C. S., Demain, A. L. , ASM Press. (2008).</li>
<li>Werner, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+community+structures+are+unique+and+resilient+in+full-scale+bioenergy+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Bacterial community structures are unique and resilient in full-scale bioenergy systems.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 4158-4163 (2011).</li>
<li>Holm-Nielsen, J. B., Al Seadi, T., Oleskowicz-Popiel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+future+of+anaerobic+digestion+and+biogas+utilization%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">The future of anaerobic digestion and biogas utilization.</a> Bioresour. Technol. 100, 5478-5484 (2009).</li>
<li>Hoffmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+shear+on+performance+and+microbial+ecology+of+completely-stirred+anaerobic+digesters+treating+animal+manure%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Effect of shear on performance and microbial ecology of completely-stirred anaerobic digesters treating animal manure.</a> Biotechnol. Bioeng. 100, 38-48 (2008).</li>
<li>Clesceri, L. S., Greenberg, A. E., Eaton, A. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aClesceri%2C+LS+%22Standard+Methods+for+the+Examination+of+Water+and+Wastewater%22">Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater</a>. , 20th edition, American Public Health Association. Washington, D.C., USA. (1998).</li>
<li>Amani, T., Nosrati, M., Sreekrishnan, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+digestion+from+the+viewpoint+of+microbiological%2C+chemical%2C+and+operational+aspects%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Reviews%22%5BJournal%5D)">Anaerobic digestion from the viewpoint of microbiological, chemical, and operational aspects: a review.</a> Environmental Reviews. 18, 255-278 (2010).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

El sistema de digestión anaerobia se presenta en este artículo se proporciona una introducción general y algunas pautas básicas para el tratamiento de la mayoría de los sustratos en un contexto experimental. La gran variedad de tipos de sustratos, las configuraciones del digestor, los parámetros de funcionamiento, y también a la ecología única de la comunidad microbiana mixta-que subyace a estos sistemas se opone a esbozar duros indicadores cuantitativos, que se pueden aplicar universalmente. A pesar de todo esta variab...

La digestión anaerobia (DA) es una tecnología madura que supone la conversión biológica de complejos mediada por sustratos de desechos orgánicos en biogás útiles con el metano como fuente de energía. Hay muchos beneficios de tratamiento anaeróbico, incluida la energía mínima y los aportes de nutrientes y la producción de biosólidos reducido en comparación con el tratamiento aeróbico 10. Además, la versatilidad de la comunidad microbiana mixta inherente a estos sistemas hace que una amplia variedad de sustratos orgánicos adecuados como materias primas 11,12. De hecho, es debido a estos beneficios que un número creciente de solicitudes de AD se adoptan fuera del tratamiento convencional de aguas residuales municipales, especialmente en los sectores industriales, municipales (por ejemplo, residuos de alimentos), 4,7,13 y agrícola. AD experimentó su primer principio la proliferación importante en la década de 1980 en respuesta a la crisis energética nacional de la década anterior. A medida que el mundo se enfrenta a una creciente crisis mundial de energía,junto con la degradación del medio ambiente, una mayor concentración se encuentra ahora en las tecnologías de biocombustibles y el concepto de residuos en energía en particular. Por ejemplo, en los EE.UU., la digestión anaerobia puede generar 5,5% de la potencia eléctrica total necesita 8. Esto ha aumentado la demanda de bien controlada la investigación experimental en el piloto y escala de laboratorio para evaluar la idoneidad de los nuevos materiales de desecho orgánicos y mezclas de residuos de la digestión anaeróbica 14. Tenemos la intención de proporcionar un modelo genérico para la construcción, la inoculación, el funcionamiento y la supervisión de un digestor anaerobio a escala de laboratorio que será adecuado para las evaluaciones sólidas. Digestores anaerobios existen en muchas configuraciones diferentes. A pocas configuraciones comunes incluyen: continua-reactor de tanque agitado (CSTR), con alimentación continua del afluente; agita continuamente digestor anaeróbico (CSAD) con la alimentación influente periódico, flujo de pistón (PF), una manta lodo anaeróbico de flujo ascendente (UASB), reactor anaeróbico manta de la migración (Ambr), reactor anaeróbico desconcertado (ABR), y el reactor anaerobio por lotes secuenciales (ASBR) configuraciones de 9,15. La configuración de CSTR y CSAD han sido ampliamente adoptados para experimentos a escala de laboratorio, debido a su facilidad de instalación y las condiciones favorables de operación. A causa de mezclado continuo, el tiempo de retención hidráulico (TRH) es igual al tiempo de retención de lodos (SRT). El SRT es el parámetro de diseño importante para los anuncios. La configuración es también conducente a experimentos controlados debido a una mayor uniformidad espacial de parámetros, tales como concentraciones de especies químicas, la temperatura y velocidades de difusión. Hay que señalar, sin embargo, que el óptimo a escala completa de configuración para un digestor anaeróbico depende de las características particulares físicas y químicas del sustrato orgánico entre otros aspectos no técnicos, tales como la calidad del efluente de destino. Por ejemplo, diluir las corrientes de desechos con relativamente alto contenido orgánico soluble y littlpartículas e, como fábrica de cerveza de aguas residuales, por lo general experimentan una mayor conversión de energía en una configuración de flujo ascendente de alta velocidad de biorreactor (por ejemplo, UASB) en lugar de una configuración CSAD. De todos modos, hay parámetros fundamentales de funcionamiento que son esenciales para la digestión exitosa y relevante para todas las configuraciones, lo que justifica una explicación genérica de la utilización de esta configuración. De hecho, todos los sistemas de anuncios que contienen una comunidad diversa y abierta de los microbios anaerobios serie va a metabolizar el sustrato en metano (la final del producto final con la menor energía libre disponible por electrón). Las vías metabólicas implicadas en este proceso constituye una intrincada red alimentaria vagamente categorizados en cuatro etapas tróficas: hidrólisis; acidogénesis; acetogénesis y metanogénesis. En la hidrólisis, complejos polímeros orgánicos (por ejemplo, los hidratos de carbono, lípidos y proteínas) se descomponen en sus respectivos monómeros (por ejemplo, los azúcares de cadena larga de ácidos grasos y aminoácidos) por hydrolyzing, las bacterias fermentativas. En acidogénesis, estos monómeros son fermentados por bacterias acidogénicas a los ácidos grasos volátiles (AGV) y alcoholes, que en acetogénesis, se oxida a acetato e hidrógeno por homoacetogenic y obligatorio que producen hidrógeno-bacterias, respetuosamente 5. En el paso final de metanogénesis, acetato e hidrógeno se metabolizan a metano por metanógenos acetoclastic y hidrogenotróficas. Es importante reconocer que el proceso general de AD, apoyándose en una serie interconectada de los metabolismos de los diferentes grupos de microbios, dependerá de la función con éxito de cada miembro antes de que el sistema como un todo se realice de manera óptima. El diseño y la construcción de un sistema de biorreactor de AD siempre se debe tener en cuenta la obligación de sellar completamente el biorreactor. Las pequeñas fugas en la parte superior del biorreactor (que separa el espacio de cabeza) o en el sistema de manipulación de gas puede ser difícil de detectar, y por lo tanto, el sistema debe ser preSeguro de prueba antes de su uso. Después de asegurarse de una instalación libre de fugas, fallos con los estudios de digestor anaerobio a menudo provienen de errores durante la inoculación, el cultivo, y la operación del día a día. Como resultado, los digestores tiene una reputación de ser intrínsecamente inestable y propensa a fallos inesperados. ¿Por qué es entonces que a gran escala digestores han estado funcionando en condiciones estables durante décadas 13? Si no es probable que se derivan del manejo inadecuado por parte del operador, sobre todo durante el período de puesta en marcha durante el cual la comunidad microbiana deben aclimatarse poco a poco a la composición de los residuos orgánicos y la fuerza. Por lo tanto, nuestro objetivo no es sólo para proporcionar una metodología para la construcción de un sistema de AD, pero para aclarar también los procesos de la inoculación, operación y vigilancia de estos sistemas. La primera sección del artículo se explica cómo construir el reactor de mezcla o el sistema de CSAD, mientras que la segunda sección se aplique un procedimiento para la inoculación con digestor activa methanogbiomasa ENIC. Es más práctico y menos tiempo para inocular con digestores de biomasa metanogénica activa de la. Licor-mezcla o efluente de un digestor operativo que está tratando a un sustrato similar a intentar desarrollar una biomasa suficiente de una incipiente cultura La tercera sección del artículo se cubren las consideraciones de operación, como sustrato de la alimentación, la decantación de efluentes, y solucionar diversos problemas de los reactores. La alimentación de sustrato y decantación de efluentes para este sistema se llevará a cabo en una base semi-continua (es decir, la alimentación periódica y decantación mientras que la mayoría de la biomasa y licor mezclado permanece en el biorreactor). La frecuencia con que se alimenta el digestor / decanta es la prerrogativa del operador. En general, la alimentación / decantación con más frecuencia y en intervalos regulares, promoverá una mayor estabilidad del digestor y la consistencia en el rendimiento entre los ciclos de alimentación. La cuarta sección se presenta un protocolo de monitoreo básico que se utilizará durante la experimental periodo. Varios análisis estándar, que se exponen en los métodos estándar para el Examen de Agua y Aguas Residuales 16 (Tabla 1, 2), se requerirá para la caracterización del sustrato y el seguimiento adecuado del sistema. Además de las variables medidas, un aspecto importante de seguimiento es comprobar que los componentes del sistema digestor están funcionando correctamente. El mantenimiento regular al sistema digestor anticiparse a los problemas principales del sistema que de otro modo podrían poner en peligro el rendimiento a largo plazo y la estabilidad del digestor. Por ejemplo, un fallo del elemento de calentamiento, dando lugar a un descenso de la temperatura, podría causar la acumulación de ácidos grasos volátiles mediante la reducción de la tasa metabólica de metanógenos. Este problema se agrava si el sistema carecía de alcalinidad suficiente para mantener el pH por encima de los niveles de inhibidores de metanógenos. También es importante para detectar posibles fugas y cerrar después de gotas inesperados en rata producción de biogásES. Por lo tanto, la duplicación en el diseño experimental, por ejemplo, la ejecución de dos biorreactores de lado a lado en las condiciones exactas de funcionamiento, es importante para detectar las pérdidas no esperadas de rendimiento causadas por el mal funcionamiento del sistema, tales como pequeñas fugas.

<table border="1"><tbody><tr><td> Reactor Equipo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> Recirculador climatizada </td><td> VWR Scientific </td><td> VWR 13271-063 </td><td> Para el uso con un sistema de calefacción del reactor chaqueta </td></tr><tr><td> Eléctrico de velocidad variable Agitador de laboratorio </td><td> Cleveland Mixer Co. </td><td> (Modelo 5VB) </td><td> Este modelo facilita mezclador de montaje con un soporte de anillo </td></tr><tr><td> Wet-Tipo de precisión del medidor de gas </td><td> Ritter Gasmeters </td><td> (Modelo TG-01) </td><td> Este modelo necesita un caudal mínimo de (0,1 l / h) y puede manejar un caudal máximo de 30 l / h </td></tr><tr><td> Gas Bubbler </td><td> Chemglass </td><td> (Modelo AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> Tubo de gas de muestreo </td><td> Chemglass </td><td> (Modelo CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; impulsor axial </td><td> Lightnin &#39; </td><td> R04560-25 Cole-Parmer </td><td> Álabes del rodete con 7,9375 mm de diámetro interior </td></tr><tr><td> El impulsor del eje </td><td> Grainger </td><td> 2EXC9 Grainger </td><td> 1,83 m de varilla de acero inoxidable, con 7,9375 mm de diámetro exterior (tiene que ser cortado al tamaño adecuado) </td></tr><tr><td> Soporte de hierro fundido Soportes </td><td> Americana de Productos Educativos </td><td> (Modelo 7-G16) </td><td> Para el montaje de sonido </td></tr><tr><td> Tres espigas de Extensión de la abrazadera </td><td> Garra </td><td> VWR 21572-803 </td><td> Para el montaje de sonido </td></tr><tr><td> Pinza regular </td><td> Garra </td><td> VWR 21572-501 </td><td> Para el montaje de sonido </td></tr><tr><td> Bomba peristáltica </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80 Cole-Parmer </td><td> Por decantación de efluentes </td></tr><tr><td> L / S estándar cabeza de la bomba </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21 Cole-Parmer </td><td> Por decantación de efluentesING-cómplice de la bomba peristáltica </td></tr><tr><td> L / S de precisión tubería de la bomba </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18 Cole-Parmer </td><td> Por decantación de efluentes - accesorio bomba peristáltica </td></tr><tr><td> Equipamiento para análisis / Reactivos </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Análisis de pH </td></tr><tr><td> Medidor de pH </td><td> Thermo Fisher Scientific - Orion </td><td> 1212000 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Los sólidos totales y volátiles Análisis (Standard Methods: 2540-B, E) </td></tr><tr><td> Vidrio desecador de vacío </td><td> Kimax </td><td> WU-06.536-30 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Platos de porcelana de evaporación </td><td> VWR </td><td> VWR 89038-082 </td><td></td></tr><tr><td> Laboratorio Horno </td><td> Thermo Fisher Scientific </td><td> (Modelo 13-246-516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> Cámara Medio Horno de mufla </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 Thermo Scientific </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Análisis total de ácidos grasos volátiles (Standard Methods: 5560-C) </td></tr><tr><td> De gran capacidad centrífuga de velocidad variable </td><td> Sigma </td><td> WU-17451-00 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Laboratorio de Hot Plate </td><td> Thermo Scientific </td><td> (Modelo HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> Condensador grande </td><td> Kemtech Latina </td><td> (Modelo C150190) </td><td></td></tr><tr><td> Reactivo de ácido acético [CAS: 64-19-7] </td><td> Alfa Aesar </td><td> AA33252-AK </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> &lt;td&gt; Demanda Química de Oxígeno (Standard Methods: 5520-C) </td></tr><tr><td> COD Calentador del bloque </td><td> HACH </td><td> (Modelo DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> Los tubos de borosilicato Cultura </td><td> Pirex </td><td> (Modelo 9825-13) </td><td></td></tr><tr><td> Reactivo de dicromato de potasio [CAS: 7778-50-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> Reactivo Sulfato de Mercurio II [CAS: 7783-35-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ferroin Indicador Solución [CAS: 14634-91-4] </td><td> Ricca Química </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> Amonio hierro (II) sulfato hexahidrato [CAS: 7783-85-9] </td><td> Alfa Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> La composición del gas mediante el análisis de cromatografía de gases </td></tr><tr><td> Cromatógrafo de gases </td><td> SRI Instruments </td><td> Modelo 8610C </td><td> Debe estar equipado con un detector de conductividad térmica (TCD), utilizando una columna de abajo mencionadas y gas portador funcionar a una temperatura isotérmica de 105 ° C </td></tr><tr><td> Gas helio </td><td> Airgas </td><td> El HP300 </td><td> Para ser utilizado como gas portador </td></tr><tr><td> Repleto de columna </td><td> Restek </td><td> 80484-800 </td><td> Para ser utilizado para el N 2, CH 4 y CO 2 de separación </td></tr></tbody></table>

continuamente agitado digestor anaeróbico para convertir los desechos orgánicos en biogás: configuración del sistema y funcionamiento básico

Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation

La digestión anaerobia (DA) es un proceso biotecnológico que se utiliza comúnmente para convertir los desechos orgánicos complejos en una planta de biogás con metano como útiles 1-3, el portador de energía. Cada vez más, el año está siendo utilizado en los residuos industriales, agrícolas y municipales (agua) las aplicaciones de tratamiento 4,5. El uso de la tecnología AD permite a los operadores de la planta para reducir los costos de eliminación de residuos y compensar los gastos de energía de servicios públicos. Además de tratar los residuos orgánicos, los cultivos energéticos se están convirtiendo en el metano portador de energía 6,7. A medida que la aplicación de la tecnología AD amplía para el tratamiento de nuevos sustratos y mezclas de sustrato co-8, también lo hace la demanda de una metodología de prueba fiable en el piloto y escala de laboratorio. Sistemas de digestión anaeróbica tienen una variedad de configuraciones, incluyendo el reactor de depósito continuamente agitado (CSTR), el flujo de tapón (PF), y el reactor anaeróbico por lotes secuenciales (ASBR) configuraciones 9 </sup&gt;. El CSTR se utiliza frecuentemente en la investigación debido a su simplicidad en el diseño y operación, sino también por sus ventajas en la experimentación. En comparación con otras configuraciones, el CSTR proporciona una mayor uniformidad de los parámetros del sistema, tales como temperatura, concentración de la mezcla, química, y la concentración de sustrato. En última instancia, al diseñar un reactor a escala completa, la configuración del reactor óptimo dependerá de la naturaleza de un sustrato dado entre muchas otras consideraciones no técnicas. Sin embargo, todas las configuraciones comparten características fundamentales de diseño y parámetros de operación que hacen que el CSTR apropiado para la mayoría de las evaluaciones preliminares. Si los investigadores y los ingenieros utilizan una corriente del afluente, con concentraciones relativamente altas de sólidos, y luego a escala de laboratorio configuraciones de biorreactores no puede ser alimentado de forma continua, debido a problemas de taponamiento de las bombas a escala de laboratorio con los sólidos, o la sedimentación de sólidos en la tubería. Para ese escenario, con continuos requerimientos de mezcla, a escala de laboratorio biorreactores se alimentan periódicamentey nos referimos a este tipo de configuraciones como se agita continuamente digestores anaeróbicos (CSADs). Este artículo presenta una metodología general para la construcción, la inoculación, operar y controlar un sistema CSAD con el propósito de poner a prueba la idoneidad de un determinado sustrato orgánico a largo plazo de digestión anaerobia. La sección de construcción de este artículo cubrirá la construcción del sistema de reactor a escala de laboratorio. La sección de la inoculación se explica cómo crear un ambiente anaerobio adecuado para la siembra con un inóculo metanogénica activa. La sección de operación cubrirá la operación, mantenimiento y solución de problemas. La sección de control presentará protocolos de pruebas mediante análisis estándar. El uso de estas medidas es necesaria para las evaluaciones experimentales fiables de idoneidad sustrato para la EA. Este protocolo deberá proporcionar una mayor protección en contra de un error común en los estudios de AD, que es a la conclusión de que el fracaso del reactor fue causado por el sustrato in uso, cuando en realidad era una operación inadecuada del usuario 10.

A escala de laboratorio digestores anaeróbicos permitirá a los científicos para investigar nuevas formas de optimizar las aplicaciones existentes de la biotecnología anaeróbica y para evaluar el potencial de producción de metano de los diversos residuos orgánicos. Este artículo presenta un modelo generalizado para la construcción, la inoculación, la operación y el seguimiento de una escala de laboratorio se agita continuamente digestor anaeróbico.

Continuamente agitado digestor anaeróbico para convertir los desechos orgánicos en biogás: configuración del sistema y funcionamiento básico

La digestión anaerobia (DA) es un bioproceso que se utiliza comúnmente para convertir residuos orgánicos complejos en un biogás útil, utilizando el metano como portador de energía...

El objetivo general de este procedimiento es demostrar la construcción, inoculación, operación diaria y monitoreo adecuado de un digestor anaeróbico a escala de laboratorio, con el fin de evaluar la idoneidad de un sustrato orgánico determinado para un tratamiento de digestión anaeróbica a largo plazo. Esto se logra primero mediante la construcción de un sistema de digestor anaeróbico.El segundo paso consiste en inocular el digestor con una biomasa metanogénica activa estableciendo un ambiente anaeróbico adecuado dentro del sistema de biorreactor. A continuación, se describe el funcionamiento adecuado del sistema de digestión, incluyendo el efluente, el decantado, la alimentación y la resolución de problemas. El paso final es introducir una estrategia de monitoreo para evaluar el rendimiento y la estabilidad del digestor utilizando análisis estándar comúnmente empleados en el campo de la biotecnología anaeróbica.En última instancia, los resultados muestran la eficacia de la digestión anaeróbica en el tratamiento de un sustrato orgánico para la producción de energía y la reducción de la carga orgánica mediante un sistema de digestión anaeróbica a escala de laboratorio bien controlado y monitoreado regularmente. Muchas personas nuevas en el proceso de digestión AOB lo encontrarán desafiante porque deben mantener un entorno libre de oxígeno para la biomasa estrictamente anaeróbica. Además, los usuarios podrían encontrar que el período de arranque es un poco lento y tedioso, ya que se requiere mucho tiempo para que crezca una cantidad suficiente de metanógenos y se desarrolle una concentración de biomasa capaz de manejar una cierta tasa de carga orgánica.Pero debe saberse que si se sigue rigurosamente el protocolo descrito en este artículo, estos problemas pueden evitarse. Y finalmente, una vez lograda una digestión estable, se puede comenzar a experimentar con estos sistemas. Sin embargo, esto también puede causar problemas para los investigadores porque estamos trabajando con sistemas biológicos complejos que son muy sensibles a perturbaciones externas o ambientales.La tecnología de digestión puede exhibir una estabilidad y predictibilidad extraordinarias cuando se opera con consistencia, regularidad y método. Esto es algo que esperamos transmitir en este video. Para comenzar la construcción de un digestor, seleccione un recipiente que contenga las características mostradas aquí con el volumen de trabajo deseado.Si el recipiente no está equipado con una camisa de agua calentada, colóquelo en un entorno con control de temperatura, como un baño de agua caliente o una cámara de incubación. Sujete el recipiente en posición vertical en un área con suficiente espacio horizontal en la bancada para colocar los componentes restantes. Construya la tapa del recipiente como se muestra aquí.Los puertos de los tubos de efluente y de salida deben ser lo suficientemente anchos para evitar obstrucciones dentro de los tubos. El biorreactor debe tener una longitud suficiente para permanecer sumergido en el medio del digestor durante el decantado, a la vez que sobresale por la parte superior de la tapa. Para permitir la fijación de los tubos, el revestimiento del agitador debe extenderse lo más posible dentro del medio del digestor.Aplique grasa de vacío a base de silicona en la superficie de contacto de la tapa y sujétela a la parte superior del recipiente del digestor. Utilizando un soporte con anillo y abrazaderas, asegure el mezclador de velocidad variable paralelo al eje vertical del digestor y luego fije el eje del impulsor. Debido a las vibraciones y movimientos del motor del mezclador, es importante utilizar un soporte independiente y de movimiento libre.Conecte un tramo de tubo flexible a ambos tubos, el de entrada y el de salida, y luego conecte otro tramo de tubo al puerto de gas para usarlo como línea de gas; el tubo debe quedar más apretado de lo que se muestra para evitar fugas. El siguiente paso consiste en conectar la línea de biogás a cada uno de los diversos componentes y colocarlos en los estantes situados encima del digestor. Primero, conecte el puerto de muestreo de gas, que debe colocarse cerca del espacio de cabeza del reactor.A continuación, conecte la trampa de espuma, que debe tener al menos un 25% del volumen del reactor; debe contener dos puertos, uno para la línea de entrada del biogás y otro para la línea de salida del biogás. El tubo de entrada debe extenderse a una profundidad mayor que el tubo de salida. Construya el depurador de sulfuro de hidrógeno utilizando un tubo de vidrio largo con un diámetro interno de dos centímetros.Rellénelo con lana de acero para proporcionar suficiente área de superficie para la descomposición, pero no tan apretado que se bloquee el flujo de biogás. Añada un puerto de entrada y otro de salida para el biogás en cada extremo del tubo. Finalmente, fabrique un depósito de gas con cualquier material hermético plegable, como un globo de caucho grueso o una pelota de aire, con un volumen superior al doble del volumen de alimentación deseado.Luego agregue el burbujeador y el medidor de gas si el sistema se controlará en temperatura mediante un calentador de agua con circulación. Coloque la unidad por encima del nivel del líquido del manguito de calentamiento y utilice tubos flexibles para conectarla al manguito de calentamiento. Ajuste el calentador a la temperatura adecuada para la digestión mesófila o termófila.Realice una prueba de fuga del sistema. Comience llenando el tanque del digestor con agua. Luego use gas para presurizar ligeramente la línea de entrada a una presión inferior a cinco PSI. Ahora conecte el gas anaeróbico al tubo de entrada.A continuación, sujete con abrazaderas la línea de biogás y las líneas de efluente y verifique fugas utilizando agua jabonosa alrededor de la tapa del reactor; luego retire la abrazadera de la línea de biogás para comprobar fugas en todo el sistema de manejo de gas. Encienda el agitador y el elemento calefactor y déjelos funcionar durante la noche para asegurar que el mezclador y el calentador puedan mantener una operación continua y así inocular el digestor. Si es necesario, utilice agua que haya sido purgada con un gas anaeróbico para diluir el inóculo hasta un volumen que llene completamente el digestor.Elimine el agua del digestor anaeróbico antes de la inoculación. Use gas anaeróbico para purgar el sistema del digestor vacío durante varios minutos conectándolo al tubo de alimentación, colocando una abrazadera en la línea de efluente y sellando con cinta el espacio entre el mezclador, el eje y la funda. Para evitar la pérdida de gas anaeróbico, asegúrese de purgar el depósito de gas.A continuación, conecte un embudo al tubo de alimentación y agregue el inóculo, asegurándose de mezclarlo periódicamente para garantizar la uniformidad. Vuelva a conectar el gas anaeróbico al tubo de alimentación.Encienda la mezcladora y purgue el contenido del digestor durante al menos 15 minutos. Sin embargo, la agitación no es necesaria. Luego, desconecte la pinza de gas, el tubo de alimentación y desactive la pinza del depósito de gas.El digestor ya está en funcionamiento y debe operar durante un par de días antes de comenzar la alimentación. Después de calcular una tasa inicial conservadora de carga orgánica, o OLR, aumente gradualmente la OLR hasta alcanzar el valor objetivo. Prepare la mezcla de alimentación y guárdela a cuatro grados Celsius hasta el momento de la alimentación.Decante el efluente del digestor conectando el tubo de efluente a una bomba y retire un volumen igual al volumen de alimento que se va a añadir. Almacene el efluente a cuatro grados Celsius para su análisis posterior. Para añadir el alimento, conecte un embudo al tubo de alimentación y vierta el alimento, asegurándose de que los sólidos sean arrastrados junto con el fluido principal.Supervise el sistema revisando frecuentemente el digestor y sus componentes durante la operación. Preste especial atención a los sistemas de mezclado y calefacción, ya que una mezcla insuficiente provocará una disminución brusca en la concentración de sólidos en el efluente. Revise periódicamente que el aceite o agua en el medidor de gas se encuentre en los niveles adecuados y reemplace la lana de acero en la trampa de sulfuro de hidrógeno, ya que esta se volverá negra y brillante.De reaccionar con sulfuro de hidrógeno y formar sulfuro de hierro. Finalmente, realice el análisis indicado en el protocolo escrito y verifique que los valores caigan consistentemente dentro del rango óptimo especificado. La inoculación exitosa del digestor se caracteriza por la producción de biogás en cuestión de días.La relación entre metano y dióxido de carbono del biogás aumentará durante el período de aclimatación a medida que se reclute más biomasa metagénica. El crecimiento lento de los metanógenos en comparación con los ácidos hace necesario un período prolongado de aclimatación y cambios operativos graduales. Aquí demostramos la respuesta dinámica de un digestor cuando se introduce una alta CVO demasiado pronto en la fase de arranque.En este ejemplo, hubo una biomasa de metano insuficiente para eliminar los ácidos grasos volátiles o AGV generados en la etapa de degradación del sustrato conocida como acidogénesis. Esto provocó una acumulación de AGV y, posteriormente, una reducción del pH. Para corregir esta situación, se redujo la carga orgánica (OLR) con el fin de limitar la producción de AGV por parte de ENS y permitir un mayor reclutamiento de anógenos antes de volver a la carga orgánica más alta.Los digestores mostraron entonces una digestión estable durante tres períodos de retención hidráulica. Se puede suponer una digestión estable o condiciones de estado pseudoestacionario cuando los parámetros medidos, como las tasas de producción de biogás, las concentraciones totales de ácidos grasos volátiles (AGV), las concentraciones de sólidos volátiles y los niveles de pH, se mantienen consistentemente dentro del 10 % de sus valores promedio durante un período mínimo de un tiempo de retención hidráulica (TRH) o 25 días. La importancia se revela en esta figura, que muestra la respuesta prolongada del sistema CSTR a una perturbación causada por una mezcla insuficiente.La falta de una mezcla adecuada permitió que los sólidos se sedimentaran en el reactor, lo que significó que se eliminara una menor cantidad de sólidos. Durante la decantación del efluente, su acumulación provocó concentraciones más altas de sólidos en el efluente. Una vez que se restableció una mezcla suficiente, se necesitó aproximadamente un TMR para que el digestor volviera a una concentración normal de sólidos en el efluente.Un digestor anaeróbico es un sistema biológico, por lo tanto presentará cierta variabilidad interna y rendimiento. Esta variabilidad debe cuantificarse antes de que el investigador pueda discernir los efectos específicos provocados por las perturbaciones experimentales impuestas al sistema. Se requieren tres períodos de TRH antes de realizar un cambio experimental en el sistema del reactor.Dado que este periodo generalmente se considera suficiente para asumir concentraciones estables de especies químicas en el licor mezclado, al final de este intervalo, el experimentador debería poder establecer una línea base confiable para cada parámetro medido. Esta línea base sirve como punto de comparación para experimentos futuros siguiendo este procedimiento. Otros métodos, como el ensayo de potencial metánico bioquímico, la prueba de actividad genética metanogénica y el ensayo de toxicidad entérica, pueden realizarse para responder preguntas como, ¿cuál es el rendimiento máximo de metano que puede lograrse mediante un sustrato determinado?¿Cuál es la actividad metabólica de la biomasa metanogénica en el sistema del reactor? ¿Y también, hasta qué grado y durante cuánto tiempo la toxicidad relacionada con el sustrato está afectando a la biomasa anaerobia? Realizar este tipo de análisis permitirá al operador caracterizar mejor el sustrato y evaluar más adecuadamente la idoneidad del tratamiento en IC para manejar este tipo de residuos orgánicos.Gracias.

continuously-stirred-anaerobic-digester-to-convert-organic-wastes

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Comience con un digestor anaeróbico, un reactor sellado y libre de oxígeno sembrado con un lodo sintético que imita los sólidos sedimentados de las aguas residuales.El lodo contiene microbios anaeróbicos mesófilos, una comunidad microbiana mixta.Estos microbios prosperan a temperaturas moderadas e impulsan la digestión de la materia orgánica del lodo.Mezcle continuamente el lodo para mantener la actividad bacteriana y promover la digestión.Más tarde, agregue bioplásticos, que son polímeros...

Digestión anaeróbica de bioplásticos para la producción de biogás

Una novela de estado sólido (UAS) reactor anaeróbico de flujo ascendente se utilizó para la producción de biogás a partir de materia prima fibrosa. Lodos de digestión del reactor UAS se carboniza hidrotermal en HTC biochar en un reactor discontinuo a presión. La integración de los dos conceptos de bioenergía se aplicó en este estudio para aumentar la producción global de la bioenergía.

Evaluación de la gestión integrada de Digestión Anaerobia y carbonización hidrotermal para la producción de bioenergía

La contaminación del aire afecta la calidad de vida de todos los organismos. Aquí, describimos el uso de la biotecnología de microalgas para el tratamiento de biogás (eliminación simultánea de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno) y la producción de biometano a través de estanques semiindustriales abiertos de algas de alta tasa y el posterior análisis de la eficiencia del tratamiento, el pH, el oxígeno disuelto y el crecimiento de microalgas.

Purificación de biogás mediante el uso de un sistema de microalgas-bacterias en estanques semiindustriales de algas de alta tasa

Este protocolo describe una buena práctica para determinar la producción de metano y los parámetros cinéticos microbianos mediante respirometría para la microbiota anaeróbica que codigiere los residuos de restos de alimentos y los lodos activados por residuos.

Medición del potencial de biometano de los residuos de restos de comida codigeridos anaeróbicamente con lodos activados por residuos mediante respirometría

Este protocolo presenta un método escalable para convertir los residuos de alimentos en bioplásticos biodegradables de polihidroxialcanoato (PHA). Utiliza la digestión anaeróbica detenida para el pretratamiento de residuos de alimentos, la fermentación microbiana halófila para la biosíntesis de PHA y un proceso posterior libre de químicos para la recuperación de PHA.

Enfoque escalable paso a paso de la producción sostenible de bioplásticos a partir de residuos alimentarios

Un biorreactor presión cíclica capaz de someter a los tejidos del corazón de la válvula de presión a las condiciones fisiológicas y patológicas ha sido diseñado. Un programa LabVIEW permite a los usuarios para controlar la presión magnitud, amplitud y frecuencia. Este dispositivo puede ser utilizado para estudiar el tejido mecanobiología de las válvulas del corazón o células aisladas.

Diseño de un biorreactor de presión cíclica de la Ex Vivo Estudio de las válvulas aórtica del corazón

En este protocolo se introduce la fabricación, configuración y operación básica de un biorreactor de picolitros microfluídico (PLBR) para el análisis de microorganismos procariotas de una sola célula. Se analizaron microorganismos de relevancia industrial como prueba de principio, lo que permitió conocer la tasa de crecimiento, la morfología y la heterogeneidad fenotípica durante ciertos períodos de tiempo, lo que difícilmente es posible con los métodos convencionales.

Biorreactor de picolitro microfluídico para análisis microbiano de una sola célula: fabricación, configuración del sistema y operación

Los fermentadores se utilizan para aumentar el rendimiento de la cultura y la productividad de las células obtenidas por biotecnología. Después de revisar varios microbios o animales candidatos de cultivo de células en matraces de agitación, el siguiente paso lógico es incrementar la biomasa del cultivo seleccionado con el fermentador. Este video muestra la configuración y el funcionamiento de un sistema típico de biorreactor de sobremesa.

La operación de un biorreactor de sobremesa

La adhesividad celular es clave para muchos enfoques en la investigación de biomateriales y la ingeniería de tejidos. Se presenta una técnica paso a paso que utiliza química húmeda para la modificación de la superficie del importante polímero PTFE con péptidos.

Química húmeda y el péptido Inmovilización de politetrafluoroetileno para la adhesión celular mejorada

En este trabajo, se presenta un protocolo para depositar selectivamente materiales orgánicos sobre los textiles, lo que permite la integración directa de dispositivos electrónicos orgánicos con llevar encima. Los dispositivos fabricados pueden integrarse plenamente en el sector textil, respetando su aspecto mecánico y permitiendo capacidades de detección.

Un método de fabricación simple y escalable para dispositivos electrónicos orgánicos sobre los Textiles

Aprende a construir y operar un digestor anaeróbico agitado continuamente a escala de laboratorio para evaluar sustratos orgánicos en la producción de biogás mediante biomasa metanogénica activa.

Continuamente agitado digestor anaeróbico para convertir los desechos orgánicos en biogás: configuración del sistema y funcionamiento básico (Video) | JoVE Journal

Continuamente agitado digestor anaeróbico para convertir los desechos orgánicos en biogás: configuración del sistema y funcionamiento básico

Explorar más videos