Name: ברציפות, עוררה digester אנאירובי המרת פסולת אורגנית אל תוך ביוגז: התקנת מערכת הפעלה בסיסית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: למדו כיצד לבנות ולהפעיל מעכל אנאירובי מעורב ברציפות במעבדה להערכת מצעים אורגניים לייצור ביוגז. השיטה מספקת כלי מחקרי חיוני לביוטכנולוגיה אנאירובית ולניהול פסולת אורגנית.

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

מחקר זה נתמך נתמך על ידי משרד החקלאות האמריקאי באמצעות המכון הלאומי המזון והחקלאות (NIFA), מספר מענק 2007-35504-05381, על ידי מענק לא. 58872 מ NYSERDA ו-NYC 123444 באמצעות כספים פדרליים אוניברסיטת קורנל תחנה חקלאית של ניסוי נוסחה 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>

אין ניגוד עניינים הצהיר.

מערכת עיכול אנאירובי שהוצג במאמר זה מספק מבוא כללי ועוד כמה הנחיות בסיסיות לטיפול ברוב מצעים במסגרת ניסיונית. מגוון רחב של סוגי המצע, תצורות digester, פרמטרים הפועלים, וכן את האקולוגיה הייחודית של הקהילה מעורבים חיידקים אלה שבבסיס מערכות מונע מתאר מדדים כמותיים קשיחים, אשר ניתן להחיל באופן אוניברסלי. למרות השוני הזה, את כל מערכות עיכול אנאירובי בעקבות סדרת היטב מאופיין של מסלולים השפלה ביולוגיים, אשר בתיווכו של תהליכים פיסיקליים וכימיים שעקרונותיו הם הבינו היטב, יכול להיות מיושם ע...

עיכול אנאירובי (AD) היא טכנולוגיה בשלה מעורבים בתיווך המרה ביולוגית של מורכבות מצעים פסולת אורגנית אל תוך ביוגז שימושיים עם מתאן כנשא אנרגיה. ישנם יתרונות רבים של טיפול אנאירובי, כולל אנרגיה מינימלית ותשומות מזין מופחת ייצור biosolids בהשוואה לטיפול אירובית 10. בנוסף, את הרבגוניות של קהילת חיידקים מעורבת הגלום במערכות אלו הופך מגוון רחב של מצעים אורגניים מתאימים כמו ממקורות 11,12. אכן, בשל היתרונות הללו, כי מספר גדל והולך של יישומים עבור לספירה הם מאומצים מחוץ טיפול קונבנציונלי שפכים עירוניים, בעיקר את ענפי התעשייה, עירוניים (כגון: פסולת מזון), וחקלאי 4,7,13. AD חווה תחילת התפשטות הגדול הראשון שלה בשנת 1980 בתגובה למשבר האנרגיה הלאומית של העשור הקודם. כל העולם עומד בפני משבר האנרגיה העולמי הולך וגדל,יחד עם הידרדרות הסביבה, התמקדות רבה יותר בימים אלה מונחת על טכנולוגיות דלק ביולוגי ואת המושג פסולת אל האנרגיה בפרט. לדוגמה, בארצות הברית, עיכול אנאירובי יכולים להפיק 5.5% של החשמל בסך הכל צריך 8. זו הגדילה את הביקוש מחקר מבוקר היטב ניסיוני ב הטייס ואת בקנה מידה מעבדה כדי לבחון את התאמת חדשים חומרי פסולת אורגנית ותערובות פסולת עבור עיכול אנאירובי 14. אנו מתכוונים לספק מודל גנרי בנייה, הרכבה, הפעלה וניטור של digester מעבדה בקנה מידה אנאירובי כי יהיה מתאים הערכות חזקים. Digesters אנאירוביים קיים בתצורות שונות. כמה תצורות נפוצות כוללות: ברציפות, עוררה הכור מיכל (CSTR) עם האכלה influent מתמשך, רצוף עורר digester אנאירובי (CSAD) עם האכלה influent תקופתי; זרימת תקע (PF), שמיכה upflow בוצה אנארוביים (UASB); נודדות אנאירובי שמיכה כור (AMBR); הכור מבולבל אנאירובי (ABR), ואת רצף אצווה כור אנאירובי (ASBR) תצורות 9,15. תצורת CSTR ו CSAD אומצו באופן נרחב על מעבדת ניסויים בקנה מידה בגלל קלות ההתקנה בתנאי הפעלה נוחים. בגלל ערבוב רציף, זמן השמירה הידראולי (HRT) שווה לזמן בוצה השמירה (SRT). SRT היא פרמטר חשוב בעיצוב מודעות. התצורה היא גם תורמת ניסויים מבוקרים בשל אחידות מרחבית גדולה יותר של פרמטרים, כגון מינים ריכוזים כימיים, טמפרטורה, ושיעורי דיפוזיה. יש לציין, עם זאת, תצורה האופטימלי בקנה מידה מלא של digester אנאירובי תלוי התכונות הפיסיקליות והכימיות המיוחדות של המצע האורגני בין היבטים פחות טכניים אחרים, כגון איכות השפכים היעד. כך, למשל, לדלל זרמים פסולת עם תכולה גבוהה יחסית littl אורגני מסיסחלקיקים אלקטרוניים, כגון מבשלת שפכים, בדרך כלל חווים המרת אנרגיה רבה יותר תצורה גבוהה שיעור upflow bioreactor (למשל, UASB) ולא תצורת CSAD. ללא קשר, יש פרמטרים ההפעלה הבסיסיים החיוניים לעיכול מוצלח ורלוונטי לכל התצורות, המצדיקים בהסבר כללי השימוש בתצורה זו. אכן, בכל מערכת לספירה ובה קהילה מגוונת, פתוחה של חיידקים אנאירוביים יהיה סדרתי לעכל את המצע כדי מתאן (סופי המוצר הסופי עם האנרגיה הנמוכה ביותר פנוי לכל אלקטרונים). על מסלולים מטבוליים המעורבים בתהליך זה מהווה מארג מזון מורכב מסווג באופן רופף לארבעה שלבים trophic: הידרוליזה; acidogenesis; acetogenesis וכן methanogenesis. ב הידרוליזה, פולימרים אורגניים מורכבים (למשל, פחמימות, שומנים וחלבונים) מפורקים על מונומרים של כל אחד מהם (למשל, סוכרים, ארוכות שרשרת חומצות שומן וחומצות אמינו) על ידי hydrolyzing, חיידקים תסיסה. ב acidogenesis, מונומרים אלה מותסס על ידי חיידקים acidogenic לחומצות שומן נדיפות (VFAs) ו אלכוהול, אשר acetogenesis, הם מתחמצנים עוד יותר אצטט ומימן על ידי מימן לייצור חיידקים homoacetogenic ומחייב, בכבוד 5. בשלב האחרון של methanogenesis, אצטט ומימן עוברים מטבוליזם על ידי מתאן methanogens acetoclastic ו hydrogenotrophic. חשוב להבין כי תהליך לספירה הכללית, על ידי הסתמכות על סדרת ביניהם של חילוף חומרים על ידי קבוצות שונות של חיידקים, יהיה תלוי בתפקוד מוצלח של כל חבר לפני המערכת כולה יהיה לבצע בצורה אופטימלית. עיצוב ובנייה של מערכת bioreactor לספירה צריך תמיד לקחת בחשבון את הדרישה כדי לאטום לחלוטין bioreactor. דליפות קטנות העליון של bioreactor (הפרדת אמיץ) או במערכת הגז הטיפול עלול להיות קשה לזהות, ולכן המערכת צריכה להיות פרהנבדק בטוח לפני השימוש. לאחר הבטחת ההתקנה ללא דליפה, כשלים עם מחקרים digester אנאירובי קרובות נובעות שגיאות במהלך חיסון, culturing, ואת היום יום המבצע. כתוצאה מכך, digesters יש מוניטין של להיות לא יציב באופן מהותי ונוטים כישלון צפוי. למה זה אז בקנה מידה מלא digesters כבר פעלו בתנאים יציבים במשך עשרות שנים 13? כישלון הוא עשוי לנבוע טיפול לא נכון על ידי המפעיל, במיוחד בתקופת ההפעלה שבהן הקהילה חיידקים חייב להסתגל לאט להרכב פסולת אורגנית חוזק. לכן, המטרה שלנו היא לא רק לספק מתודולוגיה לבניית מערכת לספירה, אבל גם כדי להבהיר את תהליכי חיסון, הפעלה וניטור של מערכות אלה. בחלק הראשון של המאמר יסביר כיצד לבנות CSTR או מערכת CSAD, בעוד החלק השני יספק הליך digester עם חיסון פעיל methanogenic ביומסה. זה מעשי יותר ופחות זמן רב כדי לחסן digesters עם ביומסה methanogenic פעיל מ מעורב אלכוהול או שפכים של digester ההפעלה היא טיפול מצע דומה, מאשר לנסות לפתח ביומסה מספיק מהתרבות המתהווה. החלק השלישי של המאמר יכסה שיקולים הפעלה, כגון מצע האכלה, decanting בשפכים, וכן פתרון בעיות הכור שונים. האכלה המצע decanting בשפכים עבור מערכת זו תתבצע על בסיס חצי רציפה (כלומר, האכלה תקופתית decanting בעוד רוב ביומסה ומשקאות חריפים מעורבת נשאר bioreactor). התדירות שבה digester מוזן / יצק הוא בסמכותו של המפעיל. באופן כללי, הזנת / decanting תכופה יותר במרווחים קבועים תקדם יציבות digester יותר עקביות בביצועים בין מחזורי האכלה. השער הרביעי יציג פרוטוקול ניטור בסיסי לשמש במהלך experimental נקודה. ניתוח רגיל, כמה, אשר המתוארים השיטות הסטנדרטיות לבדיקת מים ושפכים 16 (טבלה 1, 2), יידרש לאפיון של המצע ואת מערכת ניטור תקין. בנוסף המשתנים הנמדדים, היבט חשוב של פיקוח הוא לבדוק את רכיבי המערכת digester מתפקד כיאות. תחזוקה שוטפת למערכת digester שתסכל בעיות במערכת הגדולות שעלולות לסכן את הביצועים לאורך זמן ואת היציבות של digester. לדוגמה, כשל של גוף החימום, מה שמוביל לירידה בטמפרטורה, עלול לגרום הצטברות של חומצות שומן נדיפות על ידי הפחתת קצב חילוף החומרים של methanogens. בעיה זו יהיה מורכב אם המערכת חסרה בסיסיות מספיק כדי לשמור על רמות pH מעל מעכבות עבור methanogens. כמו כן, חשוב לזהות ולסגור דליפות אפשריות לאחר ירידות בלתי צפויות עכברוש ייצור ביוגזES. לכן, שכפול בתוך עיצוב ניסיוני על ידי, למשל, פועל שני bioreactors Side-by-side ובתנאי עבודה מדויקים, חשוב לזהות הפסדים גבוהים צפויים שנגרמו על ידי תקלות במערכת, כגון דליפות קטנות.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> הכור ציוד </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> מחוממת Recirculator </td><td> VWR מדעי </td><td> 13271-063 VWR </td><td> לשימוש עם מערכת מעיל חימום הכור </td></tr><tr><td> משתנה מהירות החשמל מעבדה stirrer </td><td> קליבלנד מיקסר ושות </td><td> (דגם 5VB) </td><td> מודל זה מאפשר הרכבה מיקסר עם מעמד טבעת </td></tr><tr><td> Wet-Type גז Precision Meter </td><td> ריטר Gasmeters </td><td> (דגם TG-01) </td><td> מודל זה צריך זרימת מינימום של (0.1 ליטר / שעה) והוא יכול להתמודד עם זרימה מרבי של 30 ליטר / שעה </td></tr><tr><td> גז Bubbler </td><td> Chemglass </td><td> (דגם AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> דגימת גז Tube </td><td> Chemglass </td><td> (מודל CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; נטיית ציר גלגל מניע </td><td> מברק &quot; </td><td> R04560-25-קול בן הזוג </td><td> להבי מאיץ עם מ&quot;מ 7.9375 נשא בקוטר </td></tr><tr><td> מאיץ פיר </td><td> Grainger </td><td> 2EXC9 Grainger </td><td> 1.83 מ &#39;עם מוט נירוסטה 7.9375 מ&quot;מ OD (יש לחתוך לגודל המתאים) </td></tr><tr><td> הברזל תמיכה יצוקה מעמדים </td><td> מוצרים החינוך האמריקנית </td><td> (דגם 7-G16) </td><td> עבור מיקסר גובר </td></tr><tr><td> שלוש שיניים הרחבה ערכת השמע </td><td> טופר </td><td> 21572-803 VWR </td><td> עבור מיקסר גובר </td></tr><tr><td> קלאמפ רגיל מחזיק </td><td> טופר </td><td> 21572-501 VWR </td><td> עבור מיקסר גובר </td></tr><tr><td> Peristaltic משאבה </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80-קול בן הזוג </td><td> עבור השפכים decanting </td></tr><tr><td> L / S משאבה סטנדרטית ראש </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21-קול בן הזוג </td><td> עבור לערות בשפכיםing-אביזר למשאבה peristaltic </td></tr><tr><td> L / S משאבה Precision Tubing </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18-קול בן הזוג </td><td> עבור decanting בשפכים - אביזר למשאבה peristaltic </td></tr><tr><td> ניתוח ציוד / ריאגנטים </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> pH ניתוח </td></tr><tr><td> ה-pH מטר </td><td> תרמו פישר סיינטיפיק - אוריון </td><td> 1212000 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> סה&quot;כ ונפיץ ניתוח מוצקים (שיטות סטנדרטיות: 2540-B, E) </td></tr><tr><td> אבק זכוכית dessicator </td><td> Kimax </td><td> WU-06536-30-קול בן הזוג </td><td></td></tr><tr><td> פורצלן מתאדים מנות </td><td> VWR </td><td> 89038-082 VWR </td><td></td></tr><tr><td> מעבדה תנור </td><td> תרמו פישר סיינטיפיק </td><td> (דגם 13-246-516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> לשכת בינוני מאפי תנור </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 Thermo Scientific </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> חומצה נדיפה ניתוח סה&quot;כ שומן (שיטות סטנדרטיות: 5560-C) </td></tr><tr><td> קיבולת גדולה משתנה מהירות צנטריפוגה </td><td> סיגמא </td><td> WU-17451-00-קול בן הזוג </td><td></td></tr><tr><td> המעבדה חם פלייט </td><td> Thermo Scientific </td><td> (דגם HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> גדול Condenser </td><td> Kemtech אמריקה </td><td> (דגם C150190) </td><td></td></tr><tr><td> מגיב חומצה אצטית [CAS: 64-19-7] </td><td> אלפא Aesar </td><td> AA33252-AK </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> &lt;td&gt; צריכת החמצן הכימית (שיטות סטנדרטיות: 5520-C) </td></tr><tr><td> חסום COD דוד </td><td> HACH </td><td> (דגם DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> תרבות צינורות בורוסיליקט </td><td> פיירקס </td><td> (דגם 9825-13) </td><td></td></tr><tr><td> מגיב Dichromate אשלגן [CAS: 7778-50-9] </td><td> Avantor חומרים ביצועים </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> מרקורי מגיב II סולפט [CAS: 7783-35-9] </td><td> Avantor חומרים ביצועים </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ferroin מחוון פתרון [CAS: 14634-91-4] </td><td> Ricca כימית </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> אמוניום ברזל (ב &#39;) hexahydrate סולפט [CAS: 7783-85-9] </td><td> אלפא Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> גז הרכב לפי ניתוח גז כרומטוגרפיה </td></tr><tr><td> כרומטוגרף </td><td> SRI מכשירים </td><td> דגם 8610C </td><td> חייב להיות מצויד בגלאי conductibility תרמית (TCD), באמצעות טור שהוזכרו להלן וגז הספק פועל בטמפרטורה מקורר באופן איזוטרמי של 105 ° C </td></tr><tr><td> הליום גז </td><td> Airgas </td><td> הוא HP300 </td><td> כדי לשמש הגז המוביל </td></tr><tr><td> ארז עמודות </td><td> Restek </td><td> 80484-800 </td><td> לשמש N 2, CH 4, CO 2 ההפרדה </td></tr></tbody></table>

ברציפות, עוררה digester אנאירובי המרת פסולת אורגנית אל תוך ביוגז: התקנת מערכת הפעלה בסיסית

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

עיכול אנאירובי (AD) היא Bioprocess המשמש בדרך כלל להמיר פסולת אורגניות מורכבות לתוך ביוגז שימושיים עם מתאן הספק האנרגיה 1-3. יותר ויותר לספירה נמצא בשימוש פסולת תעשייתי, חקלאי, ועירוניים (מים) במהלך טיפולים 4,5. השימוש בטכנולוגיה מאפשר לספירה מפעילי תחנת להפחית עלויות סילוק פסולת השירות לקזז הוצאות האנרגיה. בנוסף לטיפול פסולת אורגנית, גידולי האנרגיה נמצאים להמרה מתאן האנרגיה המוביל 6,7. כמו יישום של טכנולוגיית לספירה מרחיב לטיפול של מצעים חדשים ושיתוף המצע תערובות 8, כך גם הביקוש מתודולוגיה בדיקות אמין על הטייס ואת קנה המידה-במעבדה. מערכות עיכול אנאירובי יש מגוון של תצורות, כולל הכור הטנק זז כל הזמן (CSTR), זרימת תקע (PF), ואת רצף אצווה כור אנאירובי (ASBR) תצורות 9 </sup&gt;. CSTR משמש לעתים קרובות במחקר, בשל הפשטות בתכנון המבצע, אלא גם על יתרונותיה של ניסויים. לעומת תצורות אחרות, CSTR מספק אחידות רבה יותר של פרמטרים במערכת, כגון טמפרטורה, ריכוז ערבוב, כימיים, ריכוז המצע. בסופו של דבר, בעת תכנון הכור בקנה מידה מלא, תצורת הכור האופטימלי יהיה תלוי אופיו של מצע מסוים בין שיקולים רבים אחרים פחות טכניים. עם זאת, תצורות לשתף את כל תכונות עיצוב בסיסיות ופרמטרים ההפעלה להבהיר את CSTR מתאים הערכות ראשוניות ביותר. אם חוקרים ומהנדסים להשתמש בזרם influent עם ריכוזים גבוהים יחסית של מוצקים, אז במעבדה בקנה מידה תצורות bioreactor לא ניתן להגיש ברציפות עקב בעיות חיבור של המעבדה בהיקף משאבות עם מוצקים או שיקוע של מוצקים בצינור. עבור תרחיש זה עם דרישות ערבוב רציף, מעבדה בקנה מידה bioreactors ניזונים מעת לעתואנחנו מתייחסים תצורות כגון digesters אנאירוביים שהסעירו ברציפות (CSADs). מאמר זה מציג מתודולוגיה כללית בנייה, יחסנו, הפעלה ופיקוח על מערכת CSAD לצורך בדיקת התאמתם של מצע אורגני ניתן לעיכול ארוך טווח אנאירובי. בסעיף הבנייה של מאמר זה יכסה בניית מערכת המעבדה בהיקף הכור. סעיף חיסון יסביר כיצד ליצור סביבה אנאירובית מתאים עם זריעת הבידוד methanogenic פעיל. סעיף ההפעלה יכסה, תפעול ותחזוקה, ופתרון בעיות. בסעיף בקרה יציג בדיקות פרוטוקולים באמצעות ניתוח סטנדרטי. השימוש באמצעים אלה הוא הכרחי עבור הערכות ניסיוניים אמינים של התאמה מצע של אלצהיימר. פרוטוקול זה אמור לספק הגנה טובה יותר מפני טעות נפוצה שנעשו מחקרים לספירה, שהיא להסיק כישלון כור נגרם על ידי המצע אניהשימוש n, כאשר באמת זה היה מבצע המשתמש לא נאות 10.

מעבדה בקנה מידה digesters אנאירוביים לאפשר למדענים לחקור דרכים חדשות של אופטימיזציה של היישומים הקיימים של הביוטכנולוגיה אנאירובי כדי להעריך את הפוטנציאל לייצר מתאן של פסולת אורגנית שונים. מאמר זה מציג מודל כללי לבנייה, הרכבה, הפעלה וניטור של הסקאלה, מעבדה ברציפות עוררה digester אנאירובי.

עיכול אנאירובי (Anaerobic digestion - AD) הוא תהליך ביולוגי המשמש בדרך כלל להמרת פסחתים אורגניים מורכבים לביוגז שימושי, כאשר המתאן משמש כנשא האנרגיה...

המטרה הכללית של הליך זה היא להדגים את הבנייה, ההדגמה, התפעול היומי והניטור הנכון של מכל עיכול אנאירובי עם ערבול רציף בקנה מידה מעבדתי, במטרה להעריך את התאימות של תסבכת אורגנית נתונה לטיפול של עיכול אנאירובי ארוך טווח. הדבר משיג ראשית על ידי בניית מערכת עיכול אנאירובית.השלב השני הוא חסון של המעכל באמצעות ביומסה מתיגנית פעילה, על ידי יצירת סביבה אנאירובית מתאימה בתוך מערכת הביוראקטור. לאחר מכן, מתוארה הפעולה התקינה של מערכת המעכל, כולל ניקוז שפכים, דקנטציה, הזנה ופתרון בעיות. השלב הסופי הוא הגדרת אסטרטגיית ניטור להערכת ביצועי המעכל ויציבותו, תוך שימוש בניתוחים סטנדרטיים המקובלים בתחום הביוטכנולוגיה האנאירובית.בסופו של דבר, התוצאות מראות את יעילות העיכול האנארובי בטיפול בתסבכת אורגנית לייצור אנרגיה ולהפחתת העומס האורגני, באמצעות מערכת עיכול אנארובי בקנה מידה מעבדתי, מנוטרת באופן קבוע ומבוקרת היטב. אנשים רבים שאינם מכירים את תהליך העיכול של AOB ימצאו אותו מאתגר, מכיוון שיש לשמור על סביבה נטולת חמצן עבור הביומסה האנארובית הקפדנית. כמו כן, משתמשים עשויים למצוא את תקופת ההפעלה הראשונית איטית ומייסרת במקצת, שכן נדרש זמן רב עד שיהיו מספיק מטאנוגנים כדי לפתח ריכוז ביומסה המסוגל להתמודד עם קצב העמסה אורגנית מסוים.עם זאת, יש לדעת כי אם פועלים לפי הפרוטוקול המפורט במאמר זה בקפדנות, ניתן להימנע מבעיות אלו. ולסיום, לאחר שהושגה עיכול יציב, ניתן להתחיל בניסויים עם מערכות אלו. אך הדבר עלול להוות קושי עבור החוקרים, מאחר שמדובר בעבודה עם מערכות ביולוגיות מורכבות הרגישות מאוד להפרעות חיצוניות או סביבתיות.טכנולוגיית עיכול עשויה להפגין יציבות וניבוי יוצאי דופן כאשר היא מופעלת בעקביות, בסדירות ובשיטה קבועה. זהו דבר שאנו מקווים להעביר בסרטון זה. כדי להתחיל בבניית המעכל, בחרו כלי הכולל את המאפיינים המוצגים כאן עם נפח העבודה הרצוי.אם הכלי אינו מצויד במעטפת מים מחוממת, מקמו אותו בסביבה עם בקרת טמפרטורה, כגון אמבט מים מחומם או תא אינקובציה.יצב את הכלי במצב אנכי באזור עם מספיק שטח פנוי על השולחן להצבת שאר הרכיבים. הרכיבו את מכסה הכלי כפי שמוצג כאן.הפתחים של צינורות השפכים והניקוז צריכים להיות רחבים מספיק כדי למנוע סתימה של הצינורות מבפנים. הביוראקטור צריך להיות באורך מספיק כדי להישאר טבול במצע המעיכול בזמן דקנטציה, תוך שהוא בולט ממעלה המכסה. כדי לאפשר חיבור של צינורות, המעטפת של האימפלר צריכה להתרחב ככל האפשר אל תוך מצע המעיכול.מרחו גריז ואקום על בסיס סיליקון על משטח המגע של המכסה והצמידו אותו לחלק העליון של כלי העיכול. בעזרת מעמד טבעת ותפסים,יצבו את המערבל בעל המהירות המשתנה במקביל לציר האנכי של כלי העיכול, ולאחר מכן חברו את ציר האימפלר. בשל רעידות ותנועות של מנוע המערבל, חשוב להשתמש במעמד עצמאי בעל תנועה חופשית.חברו מקטע של צינור גמיש הן לצינור הכניסה (influent) והן לצינור היציאה (effluent), ולאחר מכן חברו מקטע צינור נוסף לפתח הגז שישמש כקו הגז; על הצינורות להיות מהודקים יותר מכפי שמוצג על מנת למנוע דליפות. השלב הבא כולל חיבור של קו הביוגז לכל אחד מהרכיבים השונים והנחתם על המדפים מעל הדיגסטור. ראשית, חברו את פתח דגימת הגז, שצריך להיות ממוקם בקרבת החלל העליון (headspace) של הריאקטור.בשלב הבא, חברו את מלכודת הקצף, אשר נפחה צריכה להיות לפחות 25% מנפח הריאקטור; עליה להכיל שני פתחים, אחד עבור קו כניסת הביוגז והשני עבור קו יציאת הביוגז. צינור הכניסה צריך להגיע לעומק רב יותר מאשר צינור היציאה. בנו את סבב ניקוי מימן הגופרית באמצעות צינור זכוכית ארוך בעל קוטר פנימי של שני סנטימטרים.מלאו את הצינור בצמר פלדה כדי לספק שטח פנים מספיק להסרה, אך לא בצפיפות שתחסום את זרימת הביוגז. הוסיפו פתח כניסה ופתח יציאה לביוגז בכל קצה של הצינור. לבסוף, הכינו מאגר גז מכל חומר אטום לאוויר הניתן לכיווץ, כגון בלון גומי עבה או כדור אוויר, עם נפח העולה על פי שניים מנפח ההזנה המיועד.לאחר מכן, הוסיפו את הבובעבוב (bubbler) ואת מד הגז אם המערכת תהיה תחת בקרת טמפרטורה באמצעות מחמם מים במעגל סירקולציה. מקמו את היחידה מעל מפלס הנוזל של מעטפת החימום והשתמשו בצינור גמיש כדי לחברה למעטפת החימום. כוון את המחמם לטמפרטורה המתאימה לעיכול מזופילי או תרמופילי.בצעו בדיקת דליפה למערכת. התחילו במילוי מיכל המעכל במים. לאחר מכן, השתמשו בגז כדי להפעיל לחץ קל בקו הכניסה, ללחץ הנמוך מ-5 PSI, וכעת חברו את הגז האנאירובי לצינור הכניסה.לאחר מכן, הדקו את קו הביוגז ואת קווי השפכים כדי לבדוק דליפות באמצעות מי סבון מסביב למכסה הריאקטור, ולאחר מכן הסירו את תסביך קו הביוגז כדי לבחון דליפות בכל מערכת הטיפול בגז. הפעילו את האימפלר ואת גוף החימום והשאירו אותם לפעול במהלך הלילה כדי לוודא שהמערבל והמחמם יכולים לתחזק פעולה רציפה לצורך חידום הדיגסטר. במידת הצורך, השתמשו במים ששולפו עם גז אנאירובי כדי לדלל את התמים לנפח שימלא את הדיגסטר.הסר מים מהדיגסטר האנאירובי לפני ההזבנה. השתמש בגז אנאירובי כדי לשטוף את מערכת הדיגסטר הריקה במשך מספר דקות על ידי חיבורו לצינור ההזנה, סגירת קו השפכים ואיטום החלל שבין המערבל, הציר והמעטפת בעזרת סרט הדבקה. כדי למנוע אובדן של גז אנאירובי, ודא כי מאגר הגז מרוקן.כעת, חברו משפך לצינור ההזנה והוסיפו את התמיס ה接זול (inoculum). יש להקפיד לערבב אותו מעת לעת כדי להבטיח אחידות. חברו מחדש את הגז האנאירובי לצינור ההזנה.הפעילו את המערבל ושטפו את תכני הדיגסטר למשך 15 דקות לפחות. עם זאת, ערבוב אינו הכרחי. לאחר מכן, נתקו את תפס הגז, את צינור ההזנה, ושחררו את תפס מיכל הגז.הדיגסטור פועל כעת ויש להפעילו למשך מספר ימים לפני תחילת ההזנה. לאחר חישוב שמרני של קצב העמסה אורגנית (OLR) ראשוני, הגבירו בהדרגה את ה-OLR עד להגעה לערך היעד. הכינו את תערובת ההזנה ואחסנו אותה בטמפרטורה של 4°C עד למועד ההזנה.רוקנו את השאיפה מהמכשיר המעכל (digester) על ידי חיבור צינור השאיפה למשאבה, והסירו נפח השווה לנפח ההזנה שעתידו להוסיף. אחסנו את השאיפה בטמפרטורה של ארבעה מעלות Celsius לצורך אנליזה מאוחרת. כדי להוסיף את ההזנה, חברו משפך לצינור ההזנה ושפכו פנימה את ההזנה, תוך וידוא שהמוצקים נסחפים יחד עם עיקר הנוזל.יש לנטר את המערכת על ידי בדיקה תכופה של הדיג'סטור ומרכיביו במהלך ההפעלה. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת למערכות הערבוב והחימום; ערבוב לא מספיק יגרום לירידה חדה בריכוז המוצקים בשפכים. יש לבדוק מעת לעת שהשמן או המים במד הגז נמצאים ברמות המתאימות, ולהחליף את צמר הפלדה במלכודת מימן הגופרית, שכן היא תהפוך לשחורה ומבריקה.מתוך תגובה עם מימן גופרי ויצירת ברזל גופרי. לבסוף, בצע את הניתוח המפורט בפרוטוקול הכתוב ואשר שהערכים נמצאים באופן עקבי בתוך הטווח האופטימלי המוגדר.接接 Inoculation מוצלחת של המכבה מסומנת על ידי ייצור ביוגז בתוך מספר ימים.היחס בין מתאן לפחמן דו-חמצני בביוגז יעלה במהלך תקופת ההתאקלמות ככל שגויסו יותר ביומסה מתגנית. הצמיחה האיטית של המתנוגנים בהשוואה לאסידוגנים הופכת תקופות התאקלמות ארוכות ושינויים תפעוליים הדרגתיים לנחוצים. כאן אנו מדגימים את התגובה הדינמית של מכשיר עיכול כאשר מוכנס OLR גבוה מוקדם מדי בשלב ההפעלה הראשוני.בדוגמה זו, לא היה מספיק biomass של מתינגנוגנים כדי להסיר את החומצות השומניות הנדיפות או ה-VFAs שנוצרו בשלב פירוק התססת החומצות של התססת השתת. דבר זה הוביל להצטברות של VFAs ולשינוי עקבי בירידה ב-pH. כדי לתקן מצב זה, ה-OLR הופחת כדי להגביל את ייצור ה-VFAs על ידי ENS ולאפשר גיוס רב יותר של anogen לפני החזרה ל-OLR גבוה יותר.לאחר מכן הדיגסטורים הראו עיכול יציב למשך שלוש תקופות של זמן שהייה הידראולי. ניתן להניח עיכול יציב או תנאי מצב קירוב למצב מכוון כאשר הפרמטרים הנמדדים, כגון שיעורי ייצור הביוגז, ריכוזי VFA כולליים, ריכוזי מוצקים נדיפים ורמות pH, נשמרים בעקביות בטווח של 10% מערכיהם הממוצעים למשך פרק זמן מינימלי של HRT אחד או 25 ימים. המשמעות נחשפת באיור זה, המראה את התגובה הממושכת של מערכת ה-CSTR להפרעה שנגרמה מערבוב לא מספיק.היעדר ערבוב נאות אפשר למוצקים לשקוע בריאקטור, מה שגרם להסרה של פחות מוצקים. במהלך דקנטציה של השפכים, הצטברותם הובילה לריכוזי מוצקים גבוהים יותר בשפכים. לאחר שהוחזר ערבוב מספיק, נדרש זמן של כ-HRT אחד כדי להחזיר את המdigester לריכוז מוצקים רגיל בשפכים.מכלל עיכול אנאירובי הוא מערכת ביולוגית, ולכן הוא יפגין שונות פנימית מסוימת בביצועיו. יש לכמת שונות זו לפני שהנסיין יוכל להבחין בהשפעות הספציפיות הנגרמות מהפרעות ניסיוניות המוטלות על המערכת. נדרשים שלושה תקופים של HRT לפני ביצוע שינוי ניסיוני במערכת התגובה.מכיוון שפרק זמן זה נחשב בדרך כלל למספיק כדי להניח ריכוזים יציבים של מינים כימיים בתמיסת השפכים המעורבבת (mixed liquor), עד לסוף פרק זמן זה, על החוקר להיות מסוגל לבסס קו בסיס מהימן עבור כל פרמטר שנמדד. קו בסיס זה משמש כבסיס להשוואה עבור ניסויים עתידיים שיבצעו הליך זה. ניתן לבצע שיטות אחרות, כגון בדיקת פוטנציאל מתאן ביוכימי (biochemical methane potential assay), מבחן פעילות גנטית של מתנוגנים (meth genetic activity test) ובדיקת רעילות מעיית (enteric toxicity assay), כדי לענות על שאלות כגון: מהי תנובת המתאן המקסימלית שניתן להשיג באמצעות סובסטרט נתון?מהי הפעילות המטבולית של ביומסת המתאן במערכת הכור? וכן, מהו ההיקף ומשך הזמן שבהם רעילות הקשורה לסובסטרט משפיעה על הביומסה האנאירובית? ביצוע סוגים אלו של ניתוחים יאפשר למפעיל לאפיין טוב יותר את הסובסטרט וכן להעריך טוב יותר את התאמת הטיפול ב-IC לטיפול בסוגים אלו של פסולת אורגנית.תודה.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

התחל עם מעכל אנאירובי, כור אטום ונטול חמצן שנזרע בבוצה סינתטית המחקה את המוצקים השקועים ממי שפכים.הבוצה מכילה חיידקים אנאירוביים מזופיליים, קהילה מיקרוביאלית מעורבת.חיידקים אלה משגשגים בטמפרטורות מתונות ומניעים את עיכול החומר האורגני של הבוצה.מערבבים ברציפות את הבוצה כדי לשמור על פעילות החיידקים ולקדם את העיכול.מאוחר יותר, הוסיפו לבוצה ביו-פלסטיק, שהם פולימרים מתכלים.במהלך הדגירה, חיידקים הידרוליטיים נצמדים לביו-פלסטיק וממירים אותם לתרכובות מסיסות.לאחר מכן חיידקים מותססים הופכים את התרכובות...

עיכול אנאירובי של ביו-פלסטיק לייצור ביוגז

כור מוצק רומן Upflow אנאירובית מדינה (UASS) שימש לייצור ביוגז מחומרי גלם סיבי. נוזל עיכול מכור UASS היה המפוח hydrothermally לbiochar HTC בכור אצווה בלחץ. שילובם של שני המושגים יואנרגיה יושם במחקר זה כדי להגדיל את ייצור Bioenergy כולל.

הערכה משולבת אנאירובי העיכול והידרותרמיים פחום ליואנרגיה הפקה

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.

טיהור ביוגז באמצעות שימוש במערכת מיקרו-אצות-חיידקים בבריכות אצות חצי תעשייתיות בקצב גבוה

פרוטוקול זה מתאר שיטות עבודה מומלצות לקביעת ייצור מתאן ופרמטרים קינטיים מיקרוביאליים באמצעות רספירומטריה עבור מיקרוביוטה אנאירובית, עיכול משותף, פסולת מזון ובוצה המופעלת על ידי פסולת.

מדידת פוטנציאל ביו-מתאן של פסולת שאריות מזון המתעכלת באופן אנארובי עם בוצה המופעלת על ידי פסולת באמצעות רספירומטריה

פרוטוקול זה מציג שיטה ניתנת להרחבה להמרת פסולת מזון לביו-פלסטיק מתכלה (PHA). הוא משתמש בעיכול אנאירובי עצור לטיפול מקדים בפסולת מזון, תסיסה מיקרוביאלית הלופילית לביוסינתזה של PHA, ותהליך נטול כימיקלים במורד הזרם לשחזור PHA.

גישה ניתנת להרחבה צעד אחר צעד של ייצור ביו-פלסטיק בר קיימא מפסולת מזון

Bioreactor לחץ מחזורית מסוגל להעמיד שסתום רקמת לב לתנאי הלחץ פיזיולוגיים ופתולוגיים תוכנן. תוכנית LabVIEW מאפשר למשתמשים לשלוט על גודל הלחץ, משרעת ותדירות. מכשיר זה יכול לשמש כדי לחקור את mechanobiology של רקמת לב שסתום או תאים בודדים.

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

בפרוטוקול זה מוצג הייצור, ההתקנה והתפעול הבסיסי של ביו-ריאקטור פיקוליטר מיקרופלואידי (PLBR) לניתוח תאים בודדים של מיקרואורגניזמים פרוקריוטיים. מיקרואורגניזמים רלוונטיים מבחינה תעשייתית נותחו כהוכחה עקרונית המאפשרת תובנות לגבי קצב גדילה, מורפולוגיה והטרוגניות פנוטיפית על פני תקופות זמן מסוימות, בקושי אפשרי בשיטות קונבנציונליות.

ביו-ריאקטור מיקרו-נוזלי פיקוליטר לניתוח מיקרוביאלי של תאים בודדים: ייצור, הגדרת מערכת ותפעול

Fermentors משמשים כדי להגדיל את תשואת התרבות והפרודוקטיביות של תאים מהונדסים גנטיים. לאחר הקרנת מועמדי תרבית תאים של חיידקים או של בעלי חיים רבים בצלוחיות לרעוד, הצעד ההגיוני הבא הוא להגדיל ביומסה של התרבות שנבחרה עם fermentor. סרטון זה מדגים את ההקמה ותפעול של מערכת bioreactor המעבדתיים אופיינית.

מבצע של Bioreactor Benchtop

דבקות תאים היא המפתח לגישות רבות במחקר ביו-חומרים והנדסת רקמות. טכניקה שלב אחר שלב מוצגת באמצעות כימיה רטובה לשינוי פני השטח של הפולימר החשוב PTFE עם פפטידים.

כימיה רטובה פפטיד קיבוע על polytetrafluoroethylene עבור Cell-הדבקה משופרת

במאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול להפקיד חומרים אורגניים באופן סלקטיבי על טקסטיל, המאפשרים אינטגרציה הישירה של מכשירים אלקטרוניים אורגניים עם פריטי לבוש. המכשירים המפוברקים ניתן לשלב באופן מלא בטקסטיל, כיבוד המראה המכאני שלהם ומאפשר יכולות חישה.

שיטת ייצור פשוט Scalable עבור מכשירים אלקטרוניים אורגניים על טקסטיל

למדו כיצד לבנות ולהפעיל מעכל אנאירובי מעורב ברציפות במעבדה להערכת מצעים אורגניים לייצור ביוגז. השיטה מספקת כלי מחקרי חיוני לביוטכנולוגיה אנאירובית ולניהול פסולת אורגנית.

ברציפות, עוררה digester אנאירובי המרת פסולת אורגנית אל תוך ביוגז: התקנת מערכת הפעלה בסיסית

גלה סרטונים נוספים