Name: Purificazione del biogas attraverso luso di un sistema microalga-batterico in stagni semi-industriali ad alta velocità (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-03-22T12:40:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Scopri la purificazione del biogas con microalghe e batteri in stagni semi-industriali ad alta velocità. Questo metodo rimuove CO2 e H2S producendo biometa, offrendo una soluzione sostenibile per il trattamento dei gas.

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Si ringrazia DGAPA UNAM progetto numero IT100423 per il finanziamento parziale. Ringraziamo anche PROAN e GSI per averci permesso di condividere le loro esperienze tecniche sui loro impianti completi di upgrading del biogas fotosintetico. Il supporto tecnico di Pedro Pastor Hernández Guerrero, Carlos Martin Sigala, Juan Francisco Díaz Márquez, Margarita Elizabeth Cisneros Ortiz, Roberto Sotero Briones Méndez e Daniel de los Cobos Vasconcelos è molto apprezzato. Una parte di questa ricerca è stata condotta presso il Laboratorio di Ingegneria Ambientale dell'IIUNAM con certificazione ISO 9001:2015.

1. Configurazione del sistema
NOTA: Nella Figura 2 è mostrato uno schema delle tubazioni e della strumentazione (P&ID) del sistema descritto in questo protocollo.
<ol><li>Allestimento del reattore<ol><li>Preparare il terreno livellandolo e compattandolo per migliorare la stabilità del reattore.</li>
		<li>Su un campo aperto, scavare due buche allungate e a 3 m dall'estremità, scavare ulteriormente una buca profonda 3 m2 e 1 m (nota come pozzo di aerazione).</li>
		<li>Posizionare due HRAP (Figura 3) all'interno dello spazio su supporti metallici ricoperti di geomembrana. Ogni reattore deve avere una capacità operativa di 22,2 m3.</li>
		<li>Posizionare una pompa ad aria per reattore da 1728,42 watt (2,35 hp) vicino al punto degli HRAP in cui sono stati scavati i pozzi di aerazione.</li>
		<li>Fissare una ruota a pale (mossa da un motore elettrico da 1103,24 watt [1,5 hp]) attraverso il reattore per favorire il contatto tra biomassa e fluidi.</li>
	</ol></li>
	<li>Configurazione del trattamento dei gas (Figura 4)<ol><li>Costruire la colonna di desorbimento con un tubo di cloruro di polivinile (PVC) da 6", in cui la corrente di ingresso entra a 2 m dalla parte superiore coperta e la corrente di uscita scorre dal basso (Figura 2).</li>
		<li>Allestire il serbatoio di assorbimento (Vt: 2,55 m3), dove la corrente di ingresso gassosa (biogas non trattato) viene fatta gorgogliare dal basso attraverso 11 tubi diffusori e proviene dal digestore anaerobico attraverso una tubazione in PVC da 4" che passa attraverso un soffiatore di biogas, un rotametro da 1" e una porta di campionamento, mentre il liquido proviene dal ricircolo del media dopo la colonna di desorbimento sul fondo del serbatoio. L'uscita del liquido si trova sul lato del serbatoio. Trasporta il fluido arricchito di CO2 alla colonna di controllo del livello e il gas esce dall'uscita nella parte superiore del serbatoio, che è collegata con una tubazione in PVC da 1" per condurre il biometano ottenuto a un bruciatore per la sua combustione continua (Figura 2).</li>
		<li>Collegare il serbatoio di assorbimento alla colonna di desorbimento attraverso un tubo in PVC da 4", passando attraverso una porta di campionamento tra le due operazioni (Figura 2).</li>
		<li>Costruire la colonna di controllo del livello con un tubo in PVC da 6" dove l'ingresso si trova nella parte inferiore. Dispone di due uscite (controllate con valvole a farfalla), a seconda delle esigenze dell'impianto; il primo si trova ad un'altezza di 2,5 m e il secondo a 3 m da terra (Figura 2).</li>
		<li>Collegare i fotobioreattori HRAP attraverso una tubazione in PVC da 2" alla colonna di desorbimento da 6", passando attraverso una pompa centrifuga di ricircolo (1103,24 watt [1,5 hp]) e un rotametro da 1" (Figura 2).</li>
		<li>Collegare la colonna di controllo del livello attraverso un tubo in PVC da 4" a un tubo in PVC schedule 40, passando attraverso una porta di campionamento. Successivamente, collegarlo a una porzione di tubo flessibile in PVC, seguito da un altro tubo in PVC schedule 40 e, infine, da un tubo in PVC da 4", che si apre ai fotobioreattori HRAP (Figura 2).</li>
		<li>Installare il bypass della colonna di desorbimento con una tubazione in PVC da 2" e collegarla al tubo principale prima della porta di campionamento (Figura 2).</li>
	</ol></li>
</ol>2. Collaudo funzionale del sistema
<ol><li>Pompa centrifuga di ricircolo (1103,24 watt [1,5 hp])<ol><li>Per determinare la portata massima della pompa, adescare l'interno per almeno 10 minuti per evitare l'aspirazione dell'aria e avviarla a 230 V e 1 fase.</li>
		<li>Testare il flusso di ricircolo lasciandolo fluire attraverso il rotametro da 1".</li>
	</ol></li>
	<li>Sistema di gorgogliamento del biogas<ol><li>Per determinare la forza necessaria per far gorgogliare almeno una colonna d'aria equivalente a 200 mbar, testare almeno 3 soffianti con potenze diverse (485,52 watt [0,66 CV], 1838,74 watt [2,5 CV] e 3309,74 watt [4,5 CV]) facendo gorgogliare aria nel serbatoio di assorbimento.</li>
		<li>Verificare visivamente le dimensioni e la distribuzione raggiunte dalle bolle d'aria all'interno del serbatoio. Nelle condizioni operative qui descritte, il diametro medio previsto delle bolle è di 3 mm.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Inoculazione e crescita in condizioni indoor
<ol><li>Trasferire un ceppo puro di Arthrospira maxima dalle piastre di agar a 15 mL di terreno minerale acquoso17 (NaHCO3 [10 g/L], Na3PO4 ·12H2O [0,033 g/L], NaNO3 [0,185 g/L], MgSO4 ·7H2O [0,014 g/L], FeSO4 ·7H2O [0,0008 g/L], NaCl [0,4 g/L]).</li>
	<li>Aumentare la coltura a matracci da 500 mL con terreno acquoso Jourdan innocuo, utilizzando il 100% del volume del pallone, e lasciarla crescere in fotoperiodi di 12 ore di luce/12 ore di buio utilizzando lampade a diodi emettitori di luce (LED) con dispositivo a montaggio superficiale (SMD) 2835 che forniscono luce fredda a 2000 lm e sotto miscelazione continua mediante gorgogliamento dell'aria (0,3 L/min o 0,6 vvm). (fase della durata di circa 1 mese).</li>
	<li>Continuare il processo di scaling up aggiungendo il 20% del volume precedente al nuovo volume fino a raggiungere 50 L.</li>
	<li>Adattare la coltura alle condizioni di funzionamento della luce naturale e ai terreni di coltura Jourdan in serra in sacchi trasparenti da 50 L (fase della durata di circa 2 mesi).</li>
	<li>Continuare la scalatura in queste condizioni fino a 5 m3 fotobioreattori HRAP (step della durata di circa 2 mesi).</li>
</ol>4. Avvio operativo del sistema in condizioni esterne
<ol><li>Aggiungere l'intero volume di questi fotobioreattori HRAP da 5 m3 ai fotobioreattori HRAP da 13 m3 situati all'aperto e riempire il resto del volume con il terreno di coltura Jourdan. Iniziare a miscelare attraverso una ruota a pale ad una velocità di 30 cm/s, coltivando in modalità batch per 15 giorni o fino a raggiungere 0,7 g/L (passaggio della durata di circa 1 mese).</li>
	<li>Una volta che la crescita raggiunge 0,7 g/L, trasferire il volume al3 HRAP operativo da 22,2 m, riempire il resto con il terreno Jourdan e impostare la ruota a pale a una velocità di 30 cm/s. Lasciare crescere la biomassa fino a raggiungere 0,7 g/L e un pH di 10; Una volta soddisfatte queste condizioni, avviare il campionamento e la raccolta, se necessario.</li>
	<li>Avviare il ricircolo del liquido dal fotobioreattore HRAP al serbatoio di assorbimento a flusso variabile per aumentare la produttività della biomassa. Iniziare a gorgogliare il biogas a un flusso medio di 3,5 m3/h dopo 2 ore per fornire carbonio inorganico alla coltura. Prestare attenzione al pH poiché deve rimanere al di sopra di 9. NOTA: Prima di far ricircolare il fluido attraverso il serbatoio di assorbimento, adescare la pompa centrifuga sopra descritta.</li>
	<li>Aggiunta di nutrienti: Monitorare settimanalmente le condizioni dei nutrienti durante la raccolta e il bilancio complessivo dell'azoto assumendo lo stato stazionario calcolato come mostrato: MNaNO3 = (MBiomassa x 0.10)/0.12 [g] Dove: MNaNO3 = Massa di nitrato di sodio [g] MBiomassa = Biomassa raccolta [g] 1.10: Resa in massa di azoto/biomassa16 [g/g] 1.12: Frazione di massa dell'azoto nel nitrato di sodio [g/g]</li>
	<li>Con i risultati del bilancio azotato, riformulare il terreno di Jourdan per aggiungere la quantità proporzionale di Na3PO4·12H2O, MgSO4·7H2O e FeSO4·7H2O. Non aggiungere altro bicarbonato di sodio o cloruro di sodio. NOTA: Sciogliere i nutrienti in acqua pulita prima di aggiungerli ai reattori.</li>
	<li>Monitorare l'evaporazione dell'acqua e aggiungerla settimanalmente se necessario.</li>
</ol>5. Campionamento e analisi
<ol><li>Biogas<ol><li>Prelevare il biogas dall'uscita di campionamento prima del serbatoio di assorbimento e dall'uscita di campionamento dopo il serbatoio collegando un sacchetto di fluoruro di polivinile da 10 L all'uscita con un tubo flessibile di diametro adeguato; Metti ciascuno di essi in sacchetti separati di fluoruro di polivinile.</li>
		<li>Calibrare l'analizzatore di gas portatile impostando il trasduttore di pressione a zero e attendendo la stabilizzazione. A tale scopo, premere Start, quindi Next (Avanti) e collegare una provetta trasparente e una provetta gialla come indicato dall'analizzatore. Premere Avanti e infine, Letture gas.</li>
		<li>Collegare ogni campione contenuto all'interno delle sacche di fluoruro di polivinile all'analizzatore, premere Avanti e misurare le concentrazioni di CH4, CO2, O2 e H2S come %vol da entrambi i punti del sistema.</li>
		<li>Determinare il rapporto volumetrico liquido/biogas di ricircolo (L/G) dividendo il flusso di ricircolo del liquido per il flusso di produzione di biogas. Calcolare il flusso di gas corrispondente (m3/h) che presenta la massima efficienza di rimozione di CO2 e H2S.</li>
	</ol></li>
	<li>Misurazione online delle condizioni dell'impianto (pH, ossigeno disciolto, temperatura)<ol><li>Calibrare tutti i sensori secondo le specifiche del produttore.</li>
		<li>Posizionare un sensore di pH, un sensore di ossigeno disciolto (DO) e un sensore di temperatura nel liquido di ciascun HRAP. NOTA: Per la marca e le specifiche di ciascuno dei sensori, riview il file Tabella dei materiali.</li>
		<li>Collegare i sensori di pH e DO a un dispositivo di acquisizione dati costituito da un processore quad-core a 64 bit da 1,4 GHz collegato a uno schermo portatile che memorizza un programma Python preconfezionato scritto in Integrated Development and Learning Environment (IDLE) 2.7.<ol><li>Aprire il programma attraverso lo schermo e indicare gli intervalli di tempo per memorizzare ogni punto dati (in questo caso, ogni 2 minuti).</li>
			<li>Crea un foglio di calcolo in cui il programma memorizzerà automaticamente i dati raccolti.</li>
			<li>Fare clic sul pulsante che indica ON, indicando che è pronto per iniziare a memorizzare i dati.</li>
			<li>Per interrompere l'acquisizione dei dati, fare clic sul pulsante che riporta la scritta OFF.</li>
			<li>Per scaricare le informazioni, inserire un bus seriale universale (USB) e importare il foglio di calcolo.</li>
		</ol></li>
		<li>Collegare il sensore di temperatura a un termoregistratore per memorizzare i dati registrati durante gli esperimenti.</li>
	</ol></li>
	<li>Brevi prove esplorative<ol><li>Determinare l'L/G più efficiente<ol><li>Regolare il flusso di biogas in ingresso per selezionare il valore L/G da testare (0,5, 1, 1,5, 1,6, 2, 2,5, 3,3, 3,4).</li>
			<li>Misurare il pH e le concentrazioni in ingresso e in uscita di ciascun gas (CH4, CO2, H2S, O2, N2) all'inizio e ogni 15 minuti per un'ora (60 minuti), utilizzando gli strumenti descritti in precedenza.</li>
			<li>Determinare l/G più efficiente confrontando i valori di uscita e scegliere quello più conveniente in base alle esigenze dell'esperimento.</li>
		</ol></li>
		<li>Relazione tra L/G, pH e CO2<ol><li>Scegli almeno due L/G da confrontare.</li>
			<li>Per ogni L/G, misurare il pH e le concentrazioni in ingresso e in uscita di CO2 e di H2S, O2 e N2 come controllo all'inizio, ogni 15 minuti per 60 minuti, e poi ogni ora per un totale di 5 ore, utilizzando gli strumenti descritti in precedenza.</li>
			<li>Calcolare le percentuali di rimozione di CO2 utilizzando l'equazione: %Rimozione CO2 = ((CO2in ingresso - CO2in uscita)/(CO2in uscita)) x 100</li>
			<li>Rappresentare graficamente i risultati e confrontare il comportamento del pH e della CO2 per ciascuno degli L/G testati.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Curva di calibrazione per correlare il peso della biomassa per litro di coltura rispetto all'assorbanza a 750 nm18<ol><li>Campiona la coltura delle alghe per cercare di ottenere un'assorbanza di 1,0. Se la coltura ha un'assorbanza inferiore a 1,0, estrarre l'acqua mediante filtrazione (filtro da 0,45 μm) da un campione di coltura. Se l'assorbanza è maggiore di 1, può essere diminuita aggiungendo un terreno di coltura fresco.</li>
		<li>Preparare cinque sospensioni di cellule di alghe utilizzando il campione e aggiungere terreno di coltura fresco, in percentuale volume/volume (V/V): 100%, 80%, 60%, 40% e 20%.</li>
		<li>Misurare e registrare l'assorbanza a 750 nm delle cinque soluzioni con uno spettrofotometro utilizzando cuvette di plastica, dove il terreno di coltura fresco è il bianco.</li>
		<li>Determinare il peso della biomassa per litro di coltura di ogni sospensione filtrando 10 mL attraverso un filtro da 0,45 μm precedentemente pesato ed essiccando il campione in un essiccatore di silice per 24 ore e successivamente 48 ore per garantire un peso costante. Ripeti questo passaggio per ciascuna delle cinque soluzioni. NOTA: Si sconsiglia l'essiccazione di una temperatura più elevata (superiore a 60 °C) a causa della perdita di alcuni composti chiave che potrebbero volatilizzarsi e modificare il peso del campione.</li>
		<li>Una volta confermato il peso, calcolare la concentrazione di biomassa all'interno del reattore con l'equazione: Concentrazione di biomassa = (Peso della biomassa - peso del filtro) x 1000/Volume filtrato [g/L]</li>
		<li>Effettuare una regressione lineare dei dati di peso della biomassa in grammi per litro di coltura in funzione dell'assorbanza misurata a 750 nm utilizzando un foglio di calcolo o qualsiasi altro software. Il coefficiente di regressione lineare deve essere maggiore di 0,95; In caso contrario, la curva non è utile e il protocollo deve essere ripetuto. NOTA: È descritto come peso della biomassa e non come peso secco come la maggior parte dei metodi perché il metodo di essiccazione utilizzato non consente la rimozione completa dell'acqua nel campione, lasciando un contenuto d'acqua inferiore al 5%19.</li>
	</ol></li>
	<li>Crescita della biomassa<ol><li>Monitora i reattori ogni giorno. Prelevare un campione da 1 litro dal punto intermedio tra la ruota a pale e il suo ritorno da ciascuna coltura e portarlo in laboratorio.</li>
		<li>Controllare la crescita della colonia e la purezza della coltura al microscopio.</li>
		<li>Misurare e registrare l'assorbanza a 750 nm dei campioni con uno spettrofotometro, dove il terreno di coltura fresco è il bianco.</li>
		<li>Confrontare con la curva di calibrazione per ottenere il peso stimato della biomassa in grammi per litro.</li>
		<li>Registrare la crescita di ciascun reattore di canalizzazione.</li>
	</ol></li>
	<li>Produzione di biomassa - raccolta<ol><li>Monitora i reattori ogni giorno. Se la crescita della biomassa supera 0,7 g/L durante il campionamento, è necessaria la raccolta.</li>
		<li>Alternando tra i due HRAP, posizionare una rete di poliestere sopra una sezione a un'estremità del reattore e posizionare un'estremità di un tubo flessibile in PVC all'interno del flusso del liquido in modo che l'altra estremità dreni il liquido sopra la rete.</li>
		<li>Scaricare tra 4500 L e 7500 L (a seconda della saturazione della biomassa del reattore) sulla rete, mantenendo un flusso continuo verso il corrispondente HRAP. La biomassa sarà trattenuta sulla rete.</li>
		<li>Per raccogliere, rimuovere la rete dalla parte superiore del reattore e posizionarla su una superficie diversa per raschiare via la biomassa e metterla in un imbuto.</li>
		<li>Spingi la biomassa attraverso l'imbuto per creare forme allungate sopra una rete pulita e asciutta; posizionare la rete in un ambiente caldo e coperto (34-36 °C) per 48-72 ore.</li>
		<li>Una volta asciutta, rimuovere la biomassa dalla rete e pesarla. Calcolare la concentrazione di biomassa raccolta in g/L con queste equazioni: Volume del liquido drenato = Portata pompa x Tempo di scarico [L] Concentrazione di biomassa raccolta = Peso della biomassa raccolta/Volume del liquido drenato [g/L]</li>
	</ol></li>
</ol>

Coltivazione di microalghe per l'ottenimento di biometano da biogas di scarti suini

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Conflitto di interessi. Gli autori dichiarano di non avere alcun conflitto di interessi.

Nel corso degli anni, questa tecnologia algale è stata testata e utilizzata come alternativa alle dure e costose tecniche fisico-chimiche per purificare il biogas. In particolare, il genere Arthrospira è ampiamente utilizzato per questo scopo specifico, insieme alla clorella. Ci sono poche metodologie, tuttavia, che vengono realizzate su scala semi-industriale, il che aggiunge valore a questa procedura.
È fondamentale mantenere concentrazioni di O2 più basse utilizzando il corretto rapporto L/G; Tuttavia, ciò dipende dalla regione in cui verrà applicato questo protocollo. Il contenuto di ossigeno è fortemente regolato nel biometano a causa del rischio di esplosione e corrosione nelle tubazioni. Alcuni paesi dell'Unione Europea richiedono un contenuto a partire dall'1%vol 29,30,31. Il metano, invece, deve essere ad una concentrazione superiore al 65% vol31. In Messico non esiste quasi nessuna regolamentazione per quanto riguarda il biogas e il biometano, poiché è considerato equivalente al gas naturale, dove secondo le norme messicane32, il contenuto minimo di CH4 nel biometano è dell'84% vol ed è consentito un contenuto massimo di O2 dello 0,20% vol.
Inoltre, il pH determina notevolmente la rimozione di CO2 , più di L/G, durante la coltivazione, motivo per cui è fondamentale mantenere un adeguato controllo del pH durante tutta la metodologia, in particolare durante il gorgogliamento del biogas. È importante capire che una volta che la CO2 è solubilizzata nel liquido, c'è un equilibrio chimico in gioco che influisce direttamente sui livelli di pH. Ai livelli di pH intorno ai quali queste colture oscillavano (8,5-9,5), i bicarbonati sono la forma in cui questa molecola è presente, con un leggero aumento dei carbonati all'estremità superiore dell'intervallo di pH33. In questa forma, le microalghe sono anche in grado di metabolizzare il carbonio durante le reazioni oscure della fotosintesi per produrre carboidrati34. Anche la tempistica del gorgogliamento del biogas è importante, di cui si consiglia di mantenere il gorgogliamento diurno. Tuttavia, L/G influisce anche sulla rimozione della CO2 e sul pH, come si può vedere in FIG. 5. La percentuale di rimozione e il pH con un rapporto di 1,58 erano meno coerenti e molto più bassi di quelli registrati per il rapporto di 1,64. Questo comportamento potrebbe essere attribuito a una maggiore assunzione di gas nel rapporto di ricircolo (più gas produce un rapporto più piccolo), che ha abbassato il pH a un ritmo più veloce. Tuttavia, si potrebbe anche sostenere che il pH iniziale per 1,64 era più alto, il che ha favorito il comportamento tamponato delle efficienze di eliminazione della CO2 durante questo test. L/G in questo protocollo è controllato attraverso la quantità di biogas che viene fatto bollire; Tuttavia, altri protocolli variano la velocità del liquido di ricircolo, che è anche un'opzione. Inoltre, non è possibile far bollire il biogas di notte a causa dell'acidificazione della coltura e del metabolismo delle alghe, poiché in questo momento non viene fornita luce artificiale.
Un altro fenomeno che introduce variabilità nella validità dei risultati è il gorgogliamento intermittente dell'aria utilizzato per evitare la sedimentazione della biomassa nei reattori, che impedisce l'inibizione della crescita da parte dell'accumulo di ossigeno. Questo, tuttavia, non può essere evitato se si utilizza questo metodo. Un'alternativa al gorgogliamento dell'aria è l'aggiunta di più ruote a pale per migliorare il movimento lungo la lunghezza del reattore, che potrebbe essere efficace in altri esperimenti. Dall'altro, le estese aree di terreno necessarie per l'installazione dei reattori, nonché il notevole consumo di acqua per avviare e manutenere l'impianto al fine di ottenere una discreta produttività del biometano.
È importante notare che questo processo di campionamento regolare utilizza la curva di calibrazione peso-assorbanza della biomassa (Figura 9), in cui la correlazione tra i dati è quasi 1 (0,9995); Anche se il metodo potrebbe non essere basato su un precedente articolo sulle stesse alghe, il coefficiente di determinazione mostra una forte connessione statistica che questo metodo è affidabile. Inoltre, è importante descrivere l'importanza sia del campionamento che della raccolta in una metodologia come questa. Il campionamento ha permesso un corretto mantenimento della coltura di alghe, mentre la raccolta ha avuto un triplice scopo: in primo luogo, ha evitato l'inibizione della crescita dovuta al sovraffollamento della coltura che poteva causare l'accumulo di ossigeno35; in secondo luogo, il recupero della biomassa algale può portare a ulteriori opportunità economiche; e, infine, ha concesso un'altra opportunità per misurare il trend di crescita della cultura.
Tuttavia, anche la determinazione dei momenti appropriati per la raccolta (che in questo protocollo sono definiti dai risultati del campionamento) è un passaggio critico perché riduce la biomassa nei reattori. Una minore concentrazione di biomassa influisce sulla rimozione del pH e della CO2 come ciclo: in condizioni sfavorevoli del sistema (ad esempio, a valori di pH più bassi), la crescita della biomassa rallenta, il che, a sua volta, riduce la capacità del sistema di eliminare la CO2 poiché c'è meno biomassa per metabolizzarla; una maggiore quantità di CO2 disciolta acidificherebbe i terreni di coltura e chiuderebbe il ciclo36. Molti altri fattori contribuiscono alla crescita del pH e della biomassa, che non dovrebbero essere trascurati in questa eccessiva semplificazione di causa-effetto; La disponibilità di azoto può essere estremamente importante per l'alga Arthrospira maxima, così come le condizioni climatiche come la temperatura e l'intensità luminosa 16,36, che non possono essere controllate in un sistema come questo. Ad esempio, l'aggiunta di urea, come si vede nella Figura 4, è la prova che l'azoto, insieme a valori di pH più elevati, può regolarizzare un sistema di alghe.
Altri limiti di questo metodo sono legati alla produttività della raccolta, che, rispetto al campionamento, è inferiore di circa il 50%, il che ostacola la fattibilità economica del sistema e richiederebbe il miglioramento delle tecniche di filtrazione. I risultati del peso di raccolta sono sovrastimati del 6% (come misurato in seguito seguendo i metodi standard del peso secco), dato che le condizioni di essiccazione in quella parte del protocollo non comportano la completa eliminazione dell'acqua. Per quanto riguarda la biomassa, i risultati del campionamento (compresa la curva di taratura) sono sovrastimati di almeno il 5% a causa dell'eliminazione incompleta dell'acqua nella metodologia19; Tuttavia, poiché l'errore è sistematico, si consiglia di procedere solo con un'analisi termogravimetrica per verificare il contenuto di acqua nella coltura per considerare e apportare le correzioni analitiche ai risultati e alla curva di calibrazione.

Negli ultimi anni sono emerse diverse tecnologie per purificare il biogas in biometano, promuovendone l'utilizzo come combustibile non fossile, mitigando così le emissioni inutilizzabilidi metano 1. L'inquinamento atmosferico è un problema che colpisce la maggior parte della popolazione mondiale, in particolare nelle aree urbanizzate; In definitiva, circa il 92% della popolazione mondiale respira aria inquinata2. In America Latina, i tassi di inquinamento atmosferico sono principalmente creati dall'uso di combustibili, per cui nel 2014 il 48% dell'inquinamento atmosferico è stato causato dal settore della produzione di elettricità e calore3.
Nell'ultimo decennio sono stati proposti sempre più studi sulla relazione tra gli inquinanti presenti nell'aria e l'aumento dei tassi di mortalità, sostenendo che esiste una forte correlazione tra i due set di dati, in particolare nelle popolazioni infantili.
Per evitare il protrarsi dell'inquinamento atmosferico, sono state proposte diverse strategie; uno di questi è l'utilizzo di fonti di energia rinnovabili, tra cui turbine eoliche e celle fotovoltaiche, che diminuiscono il rilascio di CO2 nell'atmosfera 4,5. Un'altra fonte di energia rinnovabile proviene dal biogas, un sottoprodotto della digestione anaerobica della materia organica, prodotto insieme a un digestato organico liquido6. Questo gas è composto da una miscela di gas e le loro proporzioni dipendono dalla fonte di materia organica utilizzata per la digestione anaerobica (fanghi di depurazione, letame bovino o rifiuti organici agroindustriali). Generalmente, queste proporzioni sono CH4 (53%-70%vol), CO2 (30%-47%vol), N2 (0%-3%vol), H2O (5%-10%vol), O2 (0%-1%vol), H2S (0-10.000 ppmv), NH3 (0-100 ppmv), idrocarburi (0-200 mg/m3) e silossani (0-41 mg/m3) 7,8,9, dove la comunità scientifica è interessata al gas metano in quanto questa è la componente energetica rinnovabile della miscela.
Tuttavia, il biogas non può essere semplicemente bruciato come ottenuto perché i sottoprodotti della reazione possono essere dannosi e contaminanti; Questo fa sorgere la necessità di trattare e purificare la miscela per aumentare la percentuale di metano e diminuire il resto, convertendolo essenzialmente in biometano10. Questo processo è noto anche come aggiornamento. Anche se, attualmente, esistono tecnologie commerciali per questo trattamento, queste tecnologie presentano diversi inconvenienti economici e ambientali 11,12,13. Ad esempio, i sistemi con lavaggio a carbone attivo e acqua (ACF-WS), lavaggio con acqua a pressione (PWS), permeazione di gas (GPHR) e adsorbimento a pressione oscillante (PSA) presentano alcuni inconvenienti economici o di altro tipo di impatto ambientale. Una valida alternativa (Figura 1) è l'utilizzo di sistemi biologici come quelli che combinano microalghe e batteri coltivati in fotobioreattori; Alcuni vantaggi includono la semplicità di progettazione e funzionamento, i bassi costi operativi e le sue operazioni e sottoprodotti rispettosi dell'ambiente 10,13,14. Quando il biogas viene purificato in biometano, quest'ultimo può essere utilizzato come sostituto del gas naturale e il digestato può essere implementato come fonte di nutrienti per supportare la crescita delle microalghe nel sistema10.
Un metodo ampiamente utilizzato in questa procedura di upgrading è la crescita di microalghe in fotoreattori a circuito aperto accoppiati a una colonna di assorbimento a causa dei minori costi operativi e del capitale di investimento minimo necessario6. Il tipo di reattore a pista più utilizzato per questa applicazione è lo stagno algale ad alta velocità (HRAP), che è un laghetto a canalizzazione poco profondo in cui la circolazione del brodo algale avviene tramite una ruota a pale a bassa potenza14. Questi reattori necessitano di grandi aree per la loro installazione e sono molto suscettibili alla contaminazione se utilizzati in condizioni esterne; nei processi di purificazione del biogas, si consiglia di utilizzare condizioni alcaline (pH > 9,5) e l'uso di specie algali che prosperano a livelli di pH più elevati per migliorare la rimozione di CO2 e H2S evitando la contaminazione15,16.
Questa ricerca mirava a determinare le efficienze del trattamento del biogas e la produzione finale di biometano utilizzando fotobioreattori HRAP accoppiati con un sistema di colonne di assorbimento-desorbimento e un consorzio di microalghe.

<table><tbody><tr><td>Rotametro da 1"</td><td>CICLOTEC</td><td>N/A Rotametro</td><td></td></tr><tr><td>da 1"</td><td>GPI</td><td>A10-LMA100IA1</td><td></td></tr><tr><td>Serbatoio di assorbimento</td><td>EFISA</td><td>Realizzato in versione</td><td></td>precedente</tr><tr><td>Soffiatore d'aria (2,35 HP)</td><td>Elmo Rietschle</td><td>2BH11007AH01</td><td></td></tr><tr><td>Soffiatore per biogas (2 HP)</td><td>Elmo Rietschle</td><td>2BH11007AH01</td><td></td></tr><tr><td>Composizione del biogas misura</td><td>Geotech</td><td>BIOGAS 5000</td><td></td></tr><tr><td>Apparecchio di acquisizione dati</td><td>LabJack Co.</td><td>U3-LV</td> Tubi diffusori Aero-Tube <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>C3060AR</td><td></td></tr><tr><td>sensore di ossigeno disciolto</td><td>Z10023525</td><td></td><td></td></tr><tr><td>fosfato trisodico dodecaidrato</td>Grado di fertilizzante <td>Quimica PIMA N</td><td>/A</td><td>(uso in serra e sperimentale)</td></tr><tr><td>Fosfato trisodico dodecaidrato</td><td>Fermont</td><td>35963</td><td>Grado analitico (Utilizzato in colture all'interno del laboratorio)</td></tr><tr><td>Membrana Durapore (45 & micro; m)</td><td>MerckMillipore</td><td>HVLP04700&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Motore elettrico 1,5 HP</td><td>Weg</td><td>00158ET3ERS56C</td><td></td></tr><tr><td>Solfato ferroso eptaidrato</td><td>Agroquimica Samet</td><td>N/A</td><td>Grado fertilizzante (uso in serra e sperimentale)</td></tr><tr><td>Solfato ferroso eptaidrato</td><td>Fermont</td><td>63593</td><td>Grado analitico (Utilizzato in colture interne al laboratorio)</td></tr><tr><td>Geomembrana</td><td>GEOSINCERE</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Magnesio solfato eptaidrato</td><td>Tepeyac</td><td>N/A</td><td>Grado fertilizzante (uso in serra e sperimentale)</td></tr><tr><td>Solfato di magnesio eptaidrato</td><td>Fermont</td><td>63623</td><td>Grado analitico (utilizzato in colture all'interno del laboratorio)</td></tr><tr><td>Ruota a pale</td><td>GSI</td><td>Realizzato con il design</td><td></td>precedente</tr><tr><td>Sensore di pH</td><td>Van London pHoenix</td><td>715-772-0041</td><td></td></tr><tr><td>Schermo portatile</td><td>Rasspberry</td><td>Pi 3 B+</td><td></td></tr><tr><td>Pompa centrifuga di ricircolo (1,5 HP)</td><td>Aquapak&nbsp;</td><td>ALY 15</td><td></td></tr><tr><td>Bicarbonato di sodio</td><td>Industria del alcali</td><td>N/A</td><td>Grado fertilizzante (uso serra ed esperienziale)</td></tr><tr><td>Bicarbonato di sodio</td><td>Fermont</td><td>12903</td><td>Grado analitico (Utilizzato in colture interne al laboratorio)</td></tr><tr><td>Cloruro di sodio</td><td>Sal Colima</td><td>N/A</td><td>Grado fertilizzante (uso serra ed esperiore)</td></tr><tr><td>Cloruro di sodio</td><td>Fermont</td><td>24912</td><td>Grado analitico (Utilizzato in colture interne al laboratorio)</td></tr><tr><td>Nitratrato di sodio</td><td>Vitraquim</td><td>N/A</td><td>Grado fertilizzante (uso in serra e sperimentale)</td></tr><tr><td>Nitrato di sodio</td><td>Fermont</td><td>41903</td><td>Grado analitico (Utilizzato in colture interne al laboratorio)</td></tr><tr><td>Programma di conservazione (pH, DO)</td><td>&nbsp; Fondazione software Python&nbsp;</td><td>Pitone IDLE 2.7</td><td></td></tr><tr><td>Tedlar borse</td><td>SKC Inc.</td><td>232-25</td><td></td></tr><tr><td>Registratore di temperatura</td><td>T& D</td><td>TR-52i</td><td></td></tr><tr><td>Spettrofotometro UV-Vis</td><td>ThermoFisher Strumento scientifico</td><td>GENESYS 10S&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Pompa a vuoto</td><td>EVAR</td><td>EV-40</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Biogas Purification through the use of a Microalgae-Bacterial System in Semi-Industrial High Rate Algal Ponds

Negli ultimi anni sono emerse diverse tecnologie per purificare il biogas in biometano. Questa depurazione comporta una riduzione della concentrazione di gas inquinanti come l'anidride carbonica e l'idrogeno solforato per aumentare il contenuto di metano. In questo studio, abbiamo utilizzato una tecnologia di coltivazione di microalghe per trattare e purificare il biogas prodotto dai rifiuti organici dell'industria suinicola per ottenere biometano pronto all'uso. Per la coltivazione e la purificazione, a San Juan de los Lagos, in Messico, sono stati installati due fotobioreattori a laghetto aperto da 22,2m3 accoppiati con un sistema di colonne di assorbimento-desorbimento. Sono stati testati diversi rapporti liquido/biogas di ricircolo (L/G) per ottenere le massime efficienze di rimozione; sono stati misurati altri parametri, come il pH, l'ossigeno disciolto (DO), la temperatura e la crescita della biomassa. Gli L/G più efficienti sono stati 1,6 e 2,5, con un effluente di biogas trattato con una composizione del 6,8%vol e del 6,6%vol in CO2, rispettivamente, ed efficienze di rimozione per H2S fino al 98,9%, oltre a mantenere valori di contaminazione da O2 inferiori al 2% vol. Abbiamo scoperto che il pH determina notevolmente la rimozione di CO2 , più di L/G, durante la coltivazione a causa della sua partecipazione al processo fotosintetico delle microalghe e della sua capacità di variare il pH quando solubilizzata a causa della sua natura acida. DO, e la temperatura hanno oscillato come previsto dai cicli naturali luce-buio della fotosintesi e dall'ora del giorno, rispettivamente. La crescita della biomassa variava con l'alimentazione di CO2 e nutrienti, nonché con la raccolta del reattore; Tuttavia, la tendenza è rimasta pronta per la crescita.

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

In recent years, a number of technologies have emerged to purify biogas into biomethane. This purification entails a reduction in the concentration of ...

La nostra ricerca si concentra sullo sviluppo di biotecnologie microalgali sostenibili e praticabili per il biometano Mostriamo che è stato possibile scalare il filtro per biogas su scala industriale in altre condizioni. Il processo di scaling ha lo scopo di trattare flussi maggiori di biogas in impianti più piccoli con l'obiettivo di renderlo più economicamente sostenibile. Inoltre, il processo cerca di promuovere condizioni operative che possano portare a una maggiore produzione di valore da parte dei prodotti estratti dalla biomassa microalgale.Attraverso un processo su larga scala esposto a condizioni esterne, abbiamo scoperto varie specie di microalghe che ci consentono di far funzionare il filtro microalgale in modo efficiente. Abbiamo inoltre individuato le condizioni operative ottimali che portano ad una maggiore concentrazione volumetrica di biometano. Siamo stati in grado di portare con successo il filtro per microalghe a operazioni su larga scala e identificare le condizioni operative ottimali per i fotobioreattori e il filtro per microalghe per raggiungere concentrazioni di metano fino all'85% in volume.L'uso di altre specie di microalghe nelle stesse condizioni operative potrebbe migliorare l'efficienza delle prestazioni del filtro per microalghe. In primavera estate, l'aumento della temperatura aiuterà l'efficienza dell'impianto.

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Gas di combustione delle centrali elettriche è una conveniente fonte di CO 2 per la crescita delle alghe. Abbiamo costruito "dei fumi delle alghe coltivazione" prototipo dei sistemi e descritto come scalare il processo di coltivazione algale. Abbiamo dimostrato l'utilizzo di un modello bio-reazione di trasferimento di massa per simulare e progettare il funzionamento ottimale del gas di combustione per la crescita di Chlorella sp. in alghe foto-bioreattori.

Ottimizzare le impostazioni dei gas di scarico per promuovere la crescita di microalghe in fotobioreattori tramite simulazioni al computer

L'integrazione della coltivazione di microalghe con i gas di combustione industriali introdurrà infine metalli pesanti e altri composti inorganici nei mezzi di crescita. Questo studio presenta una procedura utilizzata per determinare il destino finale e l'impatto dei metalli pesanti e dei contaminanti inorganici sulla crescita di Nannochloropsis salina coltivata in fotobioreattori.

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Qui, presentiamo un protocollo per costruire su scala di laboratorio bolla colonna fotobioreattori e li usa per cultura microalghe. Esso fornisce inoltre un metodo per la determinazione del tasso di crescita della cultura e del contenuto di lipidi neutri.

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Un sistema di esposizione di flusso-through per valutare sospeso Sedimenti Effetti sulla vita acquatica

Lavori precedenti suggeriscono che la composizione isotopica dell'azoto degli ossidi di azoto atmosferici potrebbe distinguere l'influenza di diverse fonti nell'ambiente. Riportiamo un metodo automatizzato, mobile e basato sul campo per l'elevata efficienza di raccolta dell'NOx atmosferico per l'analisi isotopica dell'N con una risoluzione oraria.

Automatizzato, ad alta risoluzione mobile sistema di raccolta per l&#39;analisi isotopica di azoto di NO<sub&gt; x</sub

Una metodologia sperimentale è presentato per confrontare le prestazioni di piccole dimensioni (100 L) e grande (1.000 L) scala reattori progettati per le alghe bonifica delle discariche delle acque reflue. Caratteristiche del sistema, tra cui la superficie in rapporto al volume, tempo di ritenzione, densità della biomassa, e le concentrazioni di alimentazione delle acque reflue, possono essere regolati in base all'applicazione.

Confronto di scala in un reattore sistema fotosintetico per Algal Bonifica delle acque reflue

Scopri la purificazione del biogas con microalghe e batteri in stagni semi-industriali ad alta velocità. Questo metodo rimuove CO2 e H2S producendo biometa, offrendo una soluzione sostenibile per il trattamento dei gas.

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

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