Name: Continua-mosse digestore anaerobico per convertire i rifiuti organici in biogas: configurazione del sistema e funzionamento di base (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Impara a costruire e operare un digestore anaerobico continuo in scala laboratorio per valutare la produzione di biogas da substrati organici. Questo metodo consente di ottimizzare processi di biotecnologia anaerobica.

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

Questa ricerca è sostenuta è supportata dal USDA attraverso il National Institutes of Food and Agriculture (NIFA), numero di concessione 2007-35504-05381; da Grant no. 58.872 da NYSERDA e NYC-123444 attraverso i fondi federali la formula Cornell University Agricultural Experiment Station dal 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>

Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.

Il sistema di digestione anaerobica presentato in questo articolo fornisce una introduzione generale e alcune linee guida di base per il trattamento della maggior parte dei substrati in un contesto sperimentale. L&#39;ampia varietà di tipi di substrato, configurazioni digestivo, i parametri operativi e anche l&#39;ecologia unica della comunità microbica mista alla base di questi sistemi esclude che delinea rigidi parametri quantitativi, che possono essere applicati universalmente. Nonostante questa variabilità, tutti i ...

Digestione anaerobica (AD) è una tecnologia matura che coinvolge la conversione biologicamente mediata di complessi supporti rifiuti organici in biogas utili con il metano come vettore energetico. Ci sono molti vantaggi di trattamento anaerobico, compresa l&#39;energia minima e nutrienti e la riduzione della produzione biosolidi rispetto al trattamento aerobico 10. Inoltre, la versatilità della comunità microbica mista inerente a questi sistemi rende un&#39;ampia varietà di substrati organici idonei come materie prime 11,12. Infatti, è a causa di questi benefici che un numero crescente di domande di AD sono in corso di adozione al di fuori del convenzionale per il trattamento acque reflue urbane, in particolare nei settori industriale, comunali (per esempio, i rifiuti alimentari), 4,7,13 e agricoli. AD ha conosciuto il suo primo inizio la proliferazione importante nel 1980 in risposta alla crisi energetica nazionale del decennio precedente. Mentre il mondo affronta una crescente crisi energetica globale,accoppiato con il degrado ambientale, una maggiore attenzione viene ora posta sulle tecnologie dei biocarburanti e dei rifiuti-to-energy concept in particolare. Ad esempio, negli Stati Uniti, digestione anaerobica può generare 5,5% della potenza elettrica totale deve 8. Questo ha aumentato la domanda di ben controllati di ricerca sperimentale al pilota e su scala di laboratorio per valutare l&#39;idoneità dei nuovi materiali rifiuti organici e miscele di rifiuti per la digestione anaerobica 14. Abbiamo intenzione di fornire un modello generico per la costruzione, inoculazione, il funzionamento e il monitoraggio di una scala di laboratorio digestore anaerobico che sarà adatto per le valutazioni robuste. Digestori anaerobici esistono in molte configurazioni differenti. Alcune configurazioni comuni includono: continua-reattore agitato serbatoio (CSTR), con alimentazione continua influente; continuamente agitata digestore anaerobico (CSAD) con alimentazione periodica influente; plug flow (PF), coperta di fanghi risalita anaerobica (UASB); reattore anaerobico coperta migrazione (Ambr); reattore anaerobico sconcertato (ABR), ed anaerobici reattore batch sequenziamento (ASBR) configurazioni 9,15. La configurazione CSTR e CSAD sono stati ampiamente adottati per esperimenti su scala di laboratorio a causa della sua facilità di installazione e le condizioni operative favorevoli. A causa di miscelazione continua, il tempo di ritenzione idraulica (HRT) è uguale al tempo di ritenzione dei fanghi (SRT). La SRT è il parametro di progetto importante per gli annunci. La configurazione è anche favorevole esperimenti controllati a causa di una maggiore uniformità spaziale di parametri, quali le concentrazioni specie chimiche, temperatura e velocità di diffusione. Va notato, tuttavia, che l&#39;ottimale scala configurazione per un digestore anaerobico dipende dalle particolari caratteristiche fisiche e chimiche del substrato organico tra gli altri aspetti non tecnici, quali la qualità bersaglio effluenti. Per esempio, diluire i flussi di rifiuti con relativamente alto contenuto organico solubile e littlparticolati elettronici, quali birra acque reflue, tipicamente esperienza di conversione energetica in un alto tasso di flusso ascendente bioreattore configurazione (ad esempio, UASB) piuttosto che una configurazione CSAD. Indipendentemente da ciò, ci sono parametri fondamentali di funzionamento che sono essenziali per la digestione di successo e rilevanti per tutte le configurazioni, che giustificano una spiegazione generica di utilizzare questa configurazione. Infatti, ogni sistema AD contenente una società diversa, comunità aperta di microbi anaerobici serie metabolizzare il substrato a metano (la finale prodotto finale con il più basso l&#39;energia disponibile gratuitamente per elettrone). Le vie metaboliche coinvolte in questo processo costituisce un&#39;intricata rete alimentare liberamente suddivisi in quattro livelli trofici: idrolisi, acidogenesi, acetogenesis e metanogenesi. In idrolisi, complessi polimeri organici (ad esempio, carboidrati, lipidi e proteine) sono suddivisi al loro rispettivi monomeri (ad esempio, zuccheri, a catena lunga acidi grassi e amminoacidi) da hydrolyzing, batteri fermentativi. In acidogenesi, questi monomeri sono fermentato dai batteri acidogeni di acidi grassi volatili (VFAs) e alcoli, che in acetogenesis, vengono ulteriormente ossidati acetato e idrogeno da homoacetogenic e obbligatoria idrogeno batteri produttori, rispetto 5. Nel passaggio finale di metanogenesi, acetato e idrogeno sono metabolizzati a metano da methanogens acetoclastic e hydrogenotrophic. È importante riconoscere che il processo complessivo AD, basandosi su una serie interconnessa di metabolismi gruppi differenti di microbi, dipende dalla funzione di successo di ciascun membro prima che il sistema nel suo complesso prestazioni ottimali. La progettazione e la costruzione di un sistema di bioreattore AD dovrebbe sempre prendere in considerazione l&#39;obbligo di sigillare completamente il bioreattore. Piccole perdite nella parte superiore del bioreattore (separa lo spazio di testa) o nel sistema di trattamento del gas può essere difficile da rilevare, e quindi il sistema deve essere presAssicurarsi testato prima dell&#39;uso. Dopo aver verificato una perdita di installazione senza, guasti, con studi digestore anaerobico spesso derivano da errori durante l &#39;inoculazione, la coltura, e giorno per giorno il funzionamento. Come risultato, digestori hanno la reputazione di essere intrinsecamente instabile e soggetta a guasti improvvisi. Perché è allora che su vasta scala digestori sono stati operati in condizioni stabili per 13 anni? Il fallimento è probabile che derivano da un uso improprio da parte dell&#39;operatore, in particolare durante il periodo di avvio durante il quale la comunità microbica deve ambientarsi lentamente alla composizione dei rifiuti organici e la forza. Pertanto, il nostro obiettivo non è solo quello di fornire una metodologia per la costruzione di un sistema di AD, ma anche per chiarire i processi di inoculazione, il funzionamento e il monitoraggio di questi sistemi. La prima sezione di questo articolo vi spiegherà come costruire il CSTR o il sistema CSAD, mentre la seconda sezione fornisce una procedura per l&#39;inoculazione con digestore attiva methanogbiomassa ENIC. E &#39;più pratico e meno tempo per inoculare digestori con biomassa attiva metanogenica dalla mixed-liquore o effluenti di un digestore operativo che sta trattando un substrato simile piuttosto che tentare di sviluppare una biomassa sufficiente da una cultura incipiente. La terza sezione di questo articolo copre le considerazioni operative, come substrato l&#39;alimentazione, la decantazione degli effluenti, e la risoluzione dei vari problemi del reattore. Alimentazione substrato e decantazione degli effluenti per questo sistema sarà condotta su una base semi-continuo (ad esempio, l&#39;alimentazione periodica e decantazione mentre la maggior parte della biomassa e mixed liquor rimane nel bioreattore). La frequenza in cui viene alimentato il digestivo / decantato è prerogativa dell&#39;operatore. In generale, l&#39;alimentazione / decantazione più frequentemente e ad intervalli regolari intende promuovere una maggiore stabilità del digestore e coerenza nelle prestazioni tra i cicli di alimentazione. La quarta sezione introdurrà un protocollo di controllo di base da utilizzare durante la esperienzerimental periodo. Diverse analisi standard, che sono illustrate nella Standard Methods per l&#39;analisi dell&#39;acqua e delle acque reflue 16 (Tabella 1, 2), sarà richiesto per la caratterizzazione del substrato e sistema di monitoraggio adeguato. In aggiunta alle variabili misurate, un aspetto importante di controllo è di verificare che i componenti del sistema digestivo funzionino correttamente. La manutenzione periodica del sistema digestivo prevenire i problemi principali del sistema che potrebbero altrimenti compromettere la prestazioni a lungo termine e la stabilità del digestore. Ad esempio, un guasto dell&#39;elemento riscaldante, portando ad una diminuzione della temperatura, potrebbe causare l&#39;accumulo di acidi grassi volatili, riducendo il tasso metabolico di methanogens. Questo problema potrebbe essere aggravato se il sistema mancava alcalinità sufficiente per mantenere il pH sopra livelli inibitori per methanogens. E &#39;anche importante rilevare e chiudere eventuali perdite dopo cadute inattese nel ratto la produzione di biogases. Pertanto, duplicazione nel disegno sperimentale, ad esempio, l&#39;esecuzione due bioreattori side-by-side nelle condizioni operative esatte, è importante rilevare perdite di prestazioni inattese causate da malfunzionamenti del sistema, come piccole perdite.

<table border="1"><tbody><tr><td> Reactor Attrezzature </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Comments </td></tr><tr><td> Ricircolo riscaldata </td><td> VWR Scientific </td><td> 13271-063 VWR </td><td> Per l&#39;uso con un sistema di reattore camicia di riscaldamento </td></tr><tr><td> Elettrico a velocità variabile Lab Stirrer </td><td> Cleveland Mixer Co. </td><td> (Modello 5VB) </td><td> Questo modello mixer facilita il montaggio con un proprio stand ad anello </td></tr><tr><td> Wet-Type Precision contatore del gas </td><td> Ritter Gasmeters </td><td> (Modello TG-01) </td><td> Questo modello ha bisogno di una portata minima di (0,1 L / h) e può gestire una portata massima di 30 L / h </td></tr><tr><td> Gas Bubbler </td><td> Chemglass </td><td> (Modello AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> Gas campionamento del tubo </td><td> Chemglass </td><td> (Modello CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; Girante assiale </td><td> Lightnin &#39; </td><td> R04560-25 Cole-Parmer </td><td> Pale della girante con 7,9375 millimetri diametro del foro </td></tr><tr><td> Girante Albero </td><td> Grainger </td><td> 2EXC9 Grainger </td><td> 1,83 m in acciaio inox asta con 7,9375 millimetri OD (deve essere tagliato a misura appropriata) </td></tr><tr><td> Supporto in ghisa Supporti </td><td> Prodotti educativi americani </td><td> (Modello 7-G16) </td><td> Per il montaggio mixer </td></tr><tr><td> Three-Prong Extension morsetto </td><td> Artiglio </td><td> 21572-803 VWR </td><td> Per il montaggio mixer </td></tr><tr><td> Morsetto Holder Regular </td><td> Artiglio </td><td> 21572-501 VWR </td><td> Per il montaggio mixer </td></tr><tr><td> Pompa peristaltica </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80 Cole-Parmer </td><td> Per effluenti decantazione </td></tr><tr><td> L / S testa della pompa standard </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21 Cole-Parmer </td><td> Per decantare degli effluentiING-accessorio pompa peristaltica </td></tr><tr><td> L / S Precision Tubing Pump </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18 Cole-Parmer </td><td> Per effluenti decantazione - accessorio pompa peristaltica </td></tr><tr><td> Analisi Attrezzature / Reagenti </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Comments </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Analisi del pH </td></tr><tr><td> pH Meter </td><td> Thermo Fisher Scientific - Orion </td><td> 1212000 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Totale e volatile solidi Analysis (Standard Methods: 2540-B, E) </td></tr><tr><td> Glass Vacuum Essiccatore </td><td> Kimax </td><td> WU-06536-30 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Porcellana evaporazione Piatti </td><td> VWR </td><td> 89038-082 VWR </td><td></td></tr><tr><td> Lab Forno </td><td> Thermo Fisher Scientific </td><td> (Modello 13-246-516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> Media Camera forno a muffola </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 Thermo Scientific </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Total Volatile analisi degli acidi grassi (Standard Methods: 5560-C) </td></tr><tr><td> Grande velocità di centrifuga Capacità Variabile </td><td> Sigma </td><td> WU-17451-00 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Laboratorio Hot Plate </td><td> Thermo Scientific </td><td> (Modello HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> Condensatore Large </td><td> Kemtech l&#39;America </td><td> (Modello C150190) </td><td></td></tr><tr><td> Reagente acido acetico [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; Richiesta chimica di ossigeno (Standard Methods: 5520-C) </td></tr><tr><td> COD Block Heater </td><td> HACH </td><td> (Modello DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> Tubi Cultura borosilicato </td><td> Pyrex </td><td> (Modello 9825-13) </td><td></td></tr><tr><td> Reagente bicromato di potassio [CAS: 7778-50-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> Mercury Reagente solfato II [CAS: 7783-35-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ferroina Indicator Solution [CAS: 14634-91-4] </td><td> Ricca Chemical </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> Ammonio ferro (II) esaidrato solfato [CAS: 7783-85-9] </td><td> Alfa Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Composizione del gas da analisi gascromatografica </td></tr><tr><td> Gas Chromatograph </td><td> SRI Instruments </td><td> Modello 8610C </td><td> Deve essere equipaggiato con un rilevatore di conducibilità termica (TCD), usando colonna di seguito indicato e gas vettore funzionare ad una temperatura isotermica di 105 ° C </td></tr><tr><td> Gas elio </td><td> Airgas </td><td> Egli HP300 </td><td> Per essere utilizzato come gas di trasporto </td></tr><tr><td> Confezionato-Column </td><td> Restek </td><td> 80484-800 </td><td> Per essere utilizzata per N 2, CH 4 e CO 2 di separazione </td></tr></tbody></table>

continua-mosse digestore anaerobico per convertire i rifiuti organici in biogas: configurazione del sistema e funzionamento di base

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

Digestione anaerobica (AD) è una bioprocesso che viene comunemente utilizzato per convertire i rifiuti organici complessi in un biogas utili con il metano come vettore energetico 1-3. Sempre più spesso, AD viene utilizzato in campo industriale, rifiuti agricoli, e comunali (acqua) applicazioni di trattamento 4,5. L&#39;uso della tecnologia AD consente agli operatori di ridurre i costi degli impianti di smaltimento dei rifiuti e di compensare le spese di utilità di energia. Oltre al trattamento dei rifiuti organici, colture energetiche sono stati trasformati in metano vettore energetico 6,7. Poiché l&#39;applicazione della tecnologia AD amplia per il trattamento di nuovi substrati e co-substrato miscele 8, anche la domanda per una metodologia di test affidabile al pilota e su scala di laboratorio. Sistemi di digestione anaerobica hanno una varietà di configurazioni, tra cui il reattore a serbatoio agitato continuo (CSTR), con flusso a pistone (PF), e anaerobica reattore batch sequenziamento (ASBR) 9 configurazioni </sup&gt;. Il CSTR viene frequentemente utilizzato nella ricerca per la sua semplicità di progettazione e di funzionamento, ma anche per i suoi vantaggi in sperimentazione. Rispetto ad altre configurazioni, il CSTR fornisce una maggiore uniformità di parametri di sistema, quali la temperatura, miscelazione, concentrazione chimica, e la concentrazione del substrato. In definitiva, quando si progetta una scala reattore, la configurazione del reattore ottimale dipenderà dal carattere di un dato substrato tra le molte altre considerazioni non tecnici. Tuttavia, tutte le configurazioni condividono caratteristiche di progettazione fondamentali e parametri di funzionamento che rendono il CSTR appropriato per valutazioni più preliminari. Se i ricercatori e gli ingegneri utilizzano un flusso influente con concentrazioni relativamente alte di solidi, poi lab scala configurazioni bioreattore non può essere alimentato in continuo a causa di problemi di collegare lab scala pompe con i solidi o di sedimentazione dei solidi in tubi. Per questo scenario con continue richieste di miscelazione, di laboratorio su scala bioreattori sono alimentati periodicamentee ci riferiamo alle configurazioni quali continuamente agitata digestori anaerobici (CSADs). Questo articolo presenta una metodologia generale per la costruzione, inoculare, il funzionamento e monitoraggio di un sistema di CSAD allo scopo di verificare l&#39;idoneità di un determinato substrato organico a lungo termine digestione anaerobica. La sezione di costruzione di questo articolo tratterà la costruzione del laboratorio di scala del sistema reattore. La sezione inoculazione spiegherà come creare un ambiente anaerobico adatto per la semina con un inoculo attivo metanogenica. La sezione operativa riguarderà gestione, manutenzione e risoluzione dei problemi. La sezione di controllo introdurrà protocolli di prova usando analisi standard. L&#39;uso di queste misure è necessario per le valutazioni affidabili sperimentali di idoneità substrato per l&#39;AD. Questo protocollo dovrebbe fornire una maggiore protezione nei confronti di un errore comune negli studi AD, che è quello di concludere che il guasto del reattore è stato causato dal substrato in uso, quando in realtà era improprio utilizzo da parte dell&#39;utente 10.

Digestori anaerobici su scala di laboratorio permetterà agli scienziati di ricercare nuovi modi di ottimizzare le applicazioni esistenti della biotecnologia anaerobica e per valutare il potenziale di produzione del metano vari rifiuti organici. Questo articolo introduce un modello generalizzato per la costruzione, inoculazione, il funzionamento e il monitoraggio di un laboratorio su scala continuamente agitata digestore anaerobico.

Continua-mosse digestore anaerobico per convertire i rifiuti organici in biogas: configurazione del sistema e funzionamento di base

La digestione anaerobica (AD) è un bioprocesso comunemente utilizzato per convertire rifiuti organici complessi in biogas utile, con il metano come vettore energetico...

L'obiettivo generale di questa procedura è dimostrare la costruzione, l'inoculazione, il funzionamento quotidiano e il corretto monitoraggio di un digestore anaerobico su scala di laboratorio, al fine di valutare l'idoneità di un determinato substrato organico al trattamento mediante digestione anaerobica a lungo termine. Ciò viene realizzato innanzitutto costruendo un sistema di digestione anaerobica.Il secondo passaggio consiste nell'inoculare il digestore con una biomassa metanogenica attiva, creando un ambiente anaerobico adeguato all'interno del sistema bioreattore. Successivamente viene descritto il corretto funzionamento del sistema di digestione, inclusi effluente, surnatante, alimentazione e risoluzione dei problemi. L'ultimo passaggio prevede l'introduzione di una strategia di monitoraggio per valutare le prestazioni e la stabilità del digestore, utilizzando analisi standard comunemente impiegate nel campo della biotecnologia anaerobica.In definitiva, i risultati dimostrano l'efficacia della digestione anaerobica nel trattare un substrato organico al fine di produrre energia e ridurre la concentrazione organica attraverso un sistema di digestione anaerobica su scala di laboratorio ben controllato e regolarmente monitorato. Molte persone alle prime esperienze con il processo di digestione anaerobica lo troveranno impegnativo, poiché è necessario mantenere un ambiente privo di ossigeno per la biomassa strettamente anaerobica. Inoltre, gli utenti potrebbero trovare il periodo iniziale un po’ lento e noioso, perché occorre molto tempo affinché si sviluppi una concentrazione sufficiente di metanogeni in grado di sostenere un determinato tasso di carico organico.Tuttavia, è importante sapere che, seguendo scrupolosamente il protocollo descritto in questo articolo, questi problemi possono essere evitati. Infine, una volta ottenuta una digestione stabile, si può iniziare a sperimentare con questi sistemi. Tuttavia, ciò può causare difficoltà agli sperimentatori poiché stiamo lavorando con sistemi biologici complessi, molto sensibili a perturbazioni esterne o ambientali.La tecnologia della digestione può mostrare una stabilità e prevedibilità straordinarie quando viene gestita con coerenza, regolarità e metodo. È proprio questo che speriamo di trasmettere in questo video. Per iniziare la costruzione di un digestore, selezionare un recipiente che presenti le caratteristiche mostrate qui e il volume operativo desiderato.Se il contenitore non è dotato di una camicia riscaldata ad acqua, posizionarlo in un ambiente con temperatura controllata, come un bagno termico o una camera di incubazione riscaldata. Fissare il contenitore in posizione verticale in un'area con spazio orizzontale sufficiente per posizionare i componenti rimanenti. Assemblare il coperchio del contenitore come mostrato qui.Le aperture dei tubi di effluente e dei tubi di scarico devono essere abbastanza larghe da evitare l'occlusione delle parti interne dei tubi. Il bioreattore deve avere una lunghezza sufficiente per rimanere immerso nel mezzo del digestore durante la decantazione, sporgendo contemporaneamente dalla parte superiore del coperchio. Per consentire il fissaggio dei tubi, la guaina dell'elica deve estendersi il più possibile all'interno del mezzo del digestore.Applicare grasso per vuoto a base di silicone sulla superficie di contatto del coperchio e fissarlo alla sommità del reattore di digestione. Utilizzando un supporto a treppiede e morsetti, fissare il mixer a velocità variabile in modo parallelo all'asse verticale del reattore, quindi montare l'albero dell'elica. A causa delle vibrazioni e dei movimenti del motore del mixer, è importante utilizzare un supporto indipendente e libero da vincoli.Collegare un tratto di tubo flessibile sia al tubo di ingresso che a quello di uscita, quindi collegare un altro tratto di tubo alla presa del gas, da utilizzare come linea per il gas; il tubo dovrebbe essere più stretto di quanto mostrato per evitare perdite. Il passo successivo prevede il collegamento della linea del biogas a ciascuno dei vari componenti e il loro posizionamento sugli scaffali sopra il digestore. Innanzitutto, collegare la presa per il campionamento del gas, che deve essere posizionata vicino allo spazio gassoso del reattore.Successivamente, collegare il trappola in schiuma, che dovrebbe avere un volume pari almeno al 25% di quello del reattore; deve contenere due aperture, una per la linea di ingresso del biogas e un'altra per la linea di uscita del biogas. Il tubo di ingresso deve estendersi a una profondità maggiore rispetto al tubo di uscita. Costruire lo scrubber per l'idrogeno solforato utilizzando un lungo tubo di vetro con un diametro interno di due centimetri.Riempirla con lana di acciaio per fornire una superficie sufficiente per la rimozione, ma non così densamente da ostruire il flusso del biogas. Aggiungere un ingresso e un'uscita per il biogas alle due estremità del tubo. Infine, realizzare una riserva di gas utilizzando qualsiasi materiale ermetico flessibile, come un pallone di gomma spessa o una camera d'aria, con un volume superiore al doppio del volume di alimentazione previsto.Quindi aggiungere il diffusore di bolle e il misuratore di gas se il sistema verrà controllato termicamente mediante un riscaldatore ad acqua circolante. Posizionare l'unità al di sopra del livello del liquido nella camicia di riscaldamento e utilizzare tubi flessibili per collegarla alla camicia di riscaldamento. Impostare il riscaldatore alla temperatura appropriata per la digestione mesofila o termofila.Eseguire un test di tenuta del sistema. Iniziare riempiendo il serbatoio del digestore con acqua. Quindi utilizzare un gas per pressurizzare leggermente la linea di affluente a una pressione inferiore a cinque PSI; ora collegare il gas anaerobico al tubo di affluente.Successivamente, chiudere con una molletta la linea del biogas e le linee dell'effluente e verificare la presenza di perdite utilizzando acqua saponata intorno al coperchio del reattore; quindi rimuovere la molletta dalla linea del biogas per verificare eventuali perdite in tutto il sistema di gestione del gas. Accendere l'elica e il riscaldatore e lasciarli funzionare per tutta la notte per assicurarsi che il miscelatore e il riscaldatore possano garantire un funzionamento continuo al fine di inoculare il digestore. Se necessario, utilizzare acqua che è stata spurgata con un gas anaerobico per diluire l'inoculo fino a un volume che riempia completamente il digestore.Rimuovere l'acqua dal digestore anaerobico prima dell'inoculo. Utilizzare del gas anaerobico per spurgare il sistema del digestore vuoto per diversi minuti, collegandolo al tubo di alimentazione, chiudendo con una clip la linea di effluente e sigillando con del nastro lo spazio tra il miscelatore, l'albero e la guaina. Per evitare la perdita di gas anaerobico, assicurarsi di spurgare anche il serbatoio del gas.Successivamente, collegare un imbuto al tubo di alimentazione e aggiungere l'inoculo. Assicurarsi di mescolarlo periodicamente per garantire uniformità. Ricollegare il gas anaerobico al tubo di alimentazione.Accendere il miscelatore e scaricare il contenuto del digestore per almeno 15 minuti. Tuttavia, la miscelazione non è necessaria. Successivamente, scollegare la pinza del gas, il tubo di alimentazione e svincolare la riserva di gas.Il digestore è ora in funzione e dovrebbe funzionare per un paio di giorni prima dell'alimentazione. Dopo aver calcolato un tasso iniziale di carico organico conservativo, o OLR, aumentare gradualmente l'OLR fino a raggiungere il valore obiettivo. Preparare la miscela di alimentazione e conservarla a quattro gradi Celsius fino al momento dell'alimentazione.Decantare l'effluente dal digestore collegando il tubo dell'effluente a una pompa e rimuovere un volume pari al volume dell'alimentazione da aggiungere. Conservare l'effluente a quattro gradi Celsius per analisi successive. Per aggiungere l'alimentazione, collegare un imbuto al tubo di alimentazione e versare il materiale, assicurandosi che i solidi vengano trasportati insieme al liquido principale.Monitorare il sistema verificando frequentemente il digestore e le sue componenti durante il funzionamento. Prestare particolare attenzione ai sistemi di miscelazione e riscaldamento: una miscelazione insufficiente provocherà una brusca diminuzione della concentrazione dei solidi nell'effluente. Controllare periodicamente che l'olio o l'acqua nel contatore di gas siano ai livelli appropriati e sostituire la lana di acciaio nella trappola per solfuro di idrogeno, poiché diventerà nera e lucida.Reagendo con solfuro di idrogeno e formando solfuro di ferro. Infine, eseguire l'analisi indicata nel protocollo scritto e verificare che i valori rientrino costantemente nell'intervallo ottimale specificato. Una corretta inoculazione del digestore è indicata dalla produzione di biogas entro pochi giorni.Il rapporto tra metano e anidride carbonica del biogas aumenterà durante il periodo di adattamento man mano che verrà reclutata ulteriore biomassa metanigenica. La crescita lenta dei metanogeni rispetto agli acidoformatore rende necessari lunghi periodi di adattamento e cambiamenti operativi graduali. In questo studio mostriamo la risposta dinamica di un digestore quando un elevato carico organico volumetrico (OLR) viene introdotto troppo precocemente nella fase iniziale.In questo esempio, la biomassa metanica era insufficiente per rimuovere gli acidi grassi volatili o VFA prodotti durante la fase di degradazione del substrato nota come acidogenesi. Ciò ha portato all'accumulo di VFA e, di conseguenza, a una riduzione del pH. Per correggere questa situazione, il carico organico (OLR) è stato ridotto al fine di limitare la produzione di VFA da parte di ENS e permettere un maggiore reclutamento di anogeni, prima di tornare al valore più elevato di OLR.I digestori hanno quindi mostrato una digestione stabile per tre periodi di ritenzione idraulica. Si può assumere una digestione stabile o condizioni di pseudo stato stazionario quando i parametri misurati, come i tassi di produzione di biogas, le concentrazioni totali di acidi grassi volatili (VFA), le concentrazioni di solidi volatili e i valori di pH, sono mantenuti costantemente entro il 10% dei loro valori medi per un periodo minimo di un tempo di ritenzione idraulico (HRT) o 25 giorni. L'importanza è evidenziata in questa figura, che mostra la risposta prolungata del sistema CSTR a una perturbazione causata da un mescolamento insufficiente.L'assenza di un adeguato mescolamento ha permesso ai solidi di sedimentare nel reattore, determinando la rimozione di una quantità inferiore di solidi. Durante la decantazione dell'effluente, il loro accumulo ha provocato concentrazioni più elevate di solidi nell'effluente. Una volta ripristinato un mescolamento sufficiente, sono state necessarie circa una HRT per riportare il digestore a una concentrazione normale di solidi nell'effluente.Un digestore anaerobico è un sistema biologico, pertanto presenterà una certa variabilità interna e prestazionale. Tale variabilità deve essere quantificata prima che il sperimentatore possa distinguere gli effetti specifici causati dalle perturbazioni sperimentali imposte al sistema. Sono necessari tre periodi di tempo di ritenzione idraulico (HRT) prima di apportare una modifica sperimentale al sistema del reattore.Poiché questo periodo è generalmente considerato sufficiente per assumere concentrazioni stabili delle specie chimiche nel miscuglio, al termine di questo intervallo l'operatore dovrebbe essere in grado di costruire una linea di base affidabile per ciascun parametro misurato. Questa linea di base serve come riferimento per confronti in futuri esperimenti che seguono questa procedura. Altri metodi, come il saggio del potenziale metanogeno biochimico, il test dell'attività genetica metanogenica e il saggio di tossicità enterica, possono essere eseguiti per rispondere a domande come: qual è la resa massima di metano ottenibile da un determinato substrato?Qual è l'attività metabolica della biomassa metanigenica nel sistema del reattore? E inoltre, fino a che punto e per quanto tempo la tossicità legata al substrato sta influenzando la biomassa anaerobica? Eseguire questo tipo di analisi permetterà all'operatore di caratterizzare meglio il substrato e di valutare più accuratamente l'idoneità del trattamento con IC per il trattamento di questi tipi di rifiuti organici.Grazie.

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

Research

Ricerca

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingegneria

Iniziamo con un digestore anaerobico, un reattore sigillato e privo di ossigeno seminato con un fango sintetico che imita i solidi sedimentati dalle acque reflue.Il fango contiene microbi anaerobi mesofili, una comunità microbica mista.Questi microbi prosperano a temperature moderate e guidano la digestione della materia organica dei fanghi.Mescolare continuamente i fanghi per sostenere l'attività batterica e favorire la digestione.Successivamente, aggiungi le bioplastiche, che sono polimeri...

Digestione anaerobica di bioplastiche per la produzione di biogas

Un romanzo Upflow anaerobica Solid State (UAS) reattore è stato utilizzato per la produzione di biogas da materie prime fibrose. Digestato prodotto dal reattore UASs è stato idrotermicamente carbonizzato in HTC biochar in un reattore batch di pressione. L'integrazione dei due concetti bioenergetici è stato applicato in questo studio per aumentare la produzione globale di bioenergia.

Valutazione della gestione integrata digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermale per Bioenergy Production

L'inquinamento atmosferico ha un impatto sulla qualità della vita di tutti gli organismi. In questo articolo descriviamo l'utilizzo della biotecnologia delle microalghe per il trattamento del biogas (rimozione simultanea di anidride carbonica e idrogeno solforato) e la produzione di biometano attraverso stagni algali aperti semi-industriali ad alto tasso e successiva analisi dell'efficienza del trattamento, del pH, dell'ossigeno disciolto e della crescita delle microalghe.

Purificazione del biogas attraverso l'uso di un sistema microalga-batterico in stagni semi-industriali ad alta velocità

Questo protocollo descrive una best practice per determinare la produzione di metano e i parametri cinetici microbici utilizzando la respirometria per il microbiota anaerobico che co-digerisce gli scarti alimentari e i fanghi attivi di scarto.

Misurazione del potenziale di biometano dei rifiuti di scarto alimentare co-digeriti anaerobicamente con fanghi attivati dai rifiuti mediante respirometria

Questo protocollo presenta un metodo scalabile per convertire i rifiuti alimentari in bioplastiche biodegradabili di poliidrossialcanoato (PHA). Utilizza la digestione anaerobica arrestata per il pretrattamento dei rifiuti alimentari, la fermentazione microbica alofila per la biosintesi del PHA e un processo a valle privo di sostanze chimiche per il recupero del PHA.

Approccio scalabile passo dopo passo alla produzione sostenibile di bioplastica dai rifiuti alimentari

Un bioreattore pressione ciclica in grado di sottoporre valvola tessuto cardiaco alle condizioni fisiologiche e patologiche della pressione è stato progettato. Un programma di LabVIEW consente agli utenti di controllare la pressione portata, ampiezza e frequenza. Questo dispositivo può essere utilizzato per studiare la mechanobiology del tessuto cardiaco valvola o cellule isolate.

Progettazione di un bioreattore per la pressione ciclica Ex Vivo Studio delle valvole cardiache aortica

In questo protocollo viene introdotta la fabbricazione, l'impostazione e il funzionamento di base di un bioreattore microfluidico picolitro (PLBR) per l'analisi di singole cellule di microrganismi procarioti. I microrganismi rilevanti a livello industriale sono stati analizzati come prova di principio che consente di comprendere il tasso di crescita, la morfologia e l'eterogeneità fenotipica in determinati periodi di tempo, difficilmente possibili con i metodi convenzionali.

Bioreattore microfluidico picolitro per l'analisi microbica di singole cellule: fabbricazione, configurazione del sistema e funzionamento

Fermentatori sono utilizzati per aumentare la cultura resa e produttività delle cellule bioingegneria. Dopo la proiezione più microbiche o animali candidati colture di cellule in fiasche di scuotimento, il prossimo passo logico è quello di aumentare la biomassa della coltura selezionata con il fermentatore. Questo video dimostra l'installazione e il funzionamento di un tipico sistema di bioreattore da banco.

Il funzionamento di un bioreattore da banco

L'adesività cellulare è la chiave di molti approcci nella ricerca sui biomateriali e nell'ingegneria tissutale. Viene presentata una tecnica passo-passo utilizzando la chimica umida per la modifica della superficie dell'importante polimero PTFE con peptidi.

Wet Chimica e Peptide immobilizzazione su politetrafluoroetilene per Miglioramento di adesione cellulare

In questo articolo, vi presentiamo un protocollo per depositare selettivamente materiali organici sui tessuti, che consente l'integrazione diretta di dispositivi elettronici organici con indossabili. I dispositivi fabbricati possono essere pienamente integrati nel settore tessile, rispettando il loro aspetto meccanico e consentendo capacità di rilevamento.

Un metodo semplice e scalabile di fabbricazione per dispositivi elettronici organici sui tessili

Impara a costruire e operare un digestore anaerobico continuo in scala laboratorio per valutare la produzione di biogas da substrati organici. Questo metodo consente di ottimizzare processi di biotecnologia anaerobica.

Continua-mosse digestore anaerobico per convertire i rifiuti organici in biogas: configurazione del sistema e funzionamento di base (Video) | JoVE Journal

Continua-mosse digestore anaerobico per convertire i rifiuti organici in biogas: configurazione del sistema e funzionamento di base

Esplora altri video