Name: 시스템 설치 및 기본 작업 : Biogas로 유기 폐기물을 변환하는 혐기성 소화조를 지속 - 흔들 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: 학습하세요 실험실 규모의 혐기성 소화조를 구축하고 접종하여 유기 폐기물을 바이오가스로 전환하는 방법을. 메탄 생성 박테리아를 활용한 이 기술은 폐기물 관리 및 재생 에너지 연구에 필수적입니다.

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보조금에 의한 아무;.이 연구는 식량 농업의 국립 연구소 (NIFA), 부여 번호 2007-35504-05381 통해 USDA에 의해 지원되지 않습니다 지원됩니다 USDA NIFA에서 코넬 대학교 농업 실험 역의 연방 공식 기금을 통해 NYSERDA 및 뉴욕 - 123,444에서 58,872.

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관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.

이 기사에서는 혐기성 소화 시스템은 실험적인 맥락에서 일반적인 소개 및 대부분의 기판 치료를 위해 몇 가지 기본적인 지침을 제공합니다. 기판 유형, 소화조 구성, 운영 매개 변수, 또한 이러한 시스템의 기본 혼합 미생물 커뮤니티의 독특한 생태의 다양한 보편적으로 적용할 수있는 하드 양적 통계를 요약 한거야 걸로. 이 모든 변화에도 불구하고, 모든 혐기성 소화 시스템은 누구의 원칙을 잘 이해하고 있으며 모든 시스템에 적용할 수있는 물리적, 화학적 과정에 의해 매개되는 생물 학적 열화 경로의 잘 특성화 시리즈를 따릅니다. 그것은 이러한 기본 원칙에서, 함께 우리는 시스템 매개 변수와 적절한 시스템 운영 방법론에 대해이 최적 범위를보고 문헌에 보고된 잘 문서화된 운영 발언이다. 인용 매개 변수는 상호이며 중요한 역할을무산소 소화의 규칙이 있습니다. 이러한 상호 작 용할 수 있도록하는 철저한 이해는 크게 시스템 문제를 인식하고 해결하는 운영자의 능력을 향상시킵니다. 텍스트, &quot;혐기성 바이오 : 산업 Wastewaters위한&...

무산소 소화 (AD)는 에너지 캐리어로서 메탄과 유용한 biogas로 복잡한 유기 폐기물 기판 생물학 중재 변환을 포함하는 성숙한 기술입니다. 에어로빅 치료 10에 비해 최소한의 에너지와 영양소 입력 및 감소 biosolids 생산을 포함하여 무산소 처리의 많은 혜택이 있습니다. 또한, 이러한 시스템에 내재된 혼합 미생물 커뮤니티의 다양성은 feedstocks 11,12 등 적절한 유기 기판의 다양한 렌더링. 실제로, 그것은 광고를위한 애플 리케이션의 증가는 특히 산업, (예, 음식 폐기물)시, 그리고 농업 분야 4,7,13에서 기존의 시립 폐수 처리, 외부에서 채택되고있는 이러한 혜택 때문입니다. 광고는 이전 10 년간의 국가 에너지 위기에 대한 응답으로 1980 년에 최초의 주요 확산 시작가 발생했습니다. 세계는 점점 글로벌 에너지 위기를 맞게 된대로환경 파괴와 함께 결합, 큰 초점은 지금 생물 연료 기술과 특히 폐기물 - 투 - 에너지 개념에 위치하고 있습니다. 예를 들어, 미국에서 혐기성 소화는 총 전력은 8 필요의 5.5 %를 생성할 수 있습니다. 이것은 새로운 유기 폐기물 및 혐기성 소화 14 폐기물 혼합의 적합성을 평가하기 위해 시험과 실험실 규모에서 잘 통제된 실험 연구에 대한 수요가 증가하고있다. 우리는 건설, 접종, 운영, 그리​​고 강력한 평가 적합 것이다 실험실 규모의 혐기성 소화조의 모니터링을위한 일반적인 모델을 제공하는 것입니다. 무산소 digesters는 여러 구성에 존재합니다. 지속적으로 정기적인 유입 수유와 혐기성 소화조 (CSAD)을 흔들; 플러그 흐름 (PF), upflow 혐기성 슬러지 블랭킷 (U 지속적인 유입 먹이로 탱크 반응기 (CSTR)를 지속 - 흔들 : 몇 가지 일반적인 구성을 포함ASB), 무산소 마이 블랭킷 반응기 (AMBR); 무산소 당황하고 반응 (ABR) 및 혐기성 시퀀싱 배치 반응기 (ASBR) 구성 9,15. CSTR과 CSAD 구성이 광범위하게 설치 및 운영 유리한 조건의 용이성으로 인해 실험실 규모의 실험을 위해 채택되었습니다. 때문에 지속적인 혼합 때문에, 유압 체류 시간 (HRT)은 슬러지 체류 시간 (SRT)와 같습니다. SRT는 광고에 대한 중요한 설계 매개 변수입니다. 구성도 있기 때문에 이러한 화학 종의 농도, 온도 및 확산 속도와 같은 매개 변수의 큰 공간적 균일의 통제된 실험에 도움이됩니다. 그것은 혐기성 소화조를위한 최적의 본격적인 구성이 같은 목표 방류수 질과 같은 다른 nontechnical 측면 간의 유기 기판의 특정 물리적, 화학적 특성에 의존하는 그러나, 주목하여야한다. 예를 들어, 상대적으로 높은 가용성 유기 콘텐츠 및 littl로 폐기물 스트림을 희석같은 양조장 폐수와 같은 전자 입자, 일반적으로 높은 속도 upflow의 생물 반응기 구성 (예 : UASB)보다는 CSAD 구성에서 큰 에너지 전환을 경험한다. 에 상관없이 성공적인 소화하고이 구성을 사용하는 일반 explication를 정당화 모든 구성에 관련된 필수적인 기본적인 작동 매개 변수가 없습니다. 실제로, 무산소 미생물의 다양한 개방형 커뮤니티를 포함한 모든 광고 시스템은 메탄 (전자 당 가장 낮은 가능한 자유 에너지와 최종 제품 최종)으로 기판을 순차적을 잘 대사 것입니다. ; acidogenesis, acetogenesis 및 methanogenesis 가수 분해 :이 과정에 참여 대사 경로가 복잡한 음식 느슨하게 네 영양 단계로 분류 웹을 구성합니다. 가수 분해에서는 복잡한 유기 고분자는 (예 : 탄수화물, lipids, 그리고 단백질) hyd에 의해 각각의 단량체 (예 : 설탕, 긴 사슬 지방산의 지방산 및 아미노산)로 세분화된다, fermentative 박테리아를 rolyzing. acidogenesis에서 이러한 단량체는 acetogenesis에 더 정중 5 homoacetogenic 및 의무 수소 생산 세균에 의해 아세테이트와 수소로 산화되어 휘발성 지방산 (VFAs) 및 알콜에 acidogenic 세균에 의해 발효됩니다. methanogenesis의 최종 단계에서 아세테이트 및 수소는 acetoclastic 및 hydrogenotrophic methanogens에 의해 메탄 가스로 대사된다. 그것은 전체 시스템이 최적으로 수행하기 전에 전반적인 AD 과정, 미생물의 여러 단체에 의한 신진 대사의 상호 시리즈에 의존하여, 각 회원의 성공적인 기능에 따라 달라집니다 것을 인식하는 것이 중요합니다. 광고 생물 반응기 시스템의 설계 및 시공은 항상 완전히 생물 반응기를 봉인하기 위해 고려에 요구를해야합니다. 생물 반응기의 상단 (헤드 스페이스를 분리) 또는 가스 처리 시스템에있는 작은 누출을 감지하기 어려울 수 있으며, 따라서 시스템을 대표해야반드시 사용하기 전에 테스트했습니다. 누설없는 설정을 확인한 후, 혐기성 소화조 연구과 실패는 종종 접종 culturing 및 일상적인 작업 동안 오류로부터 줄기. 그 결과, digesters는 본질적으로 불안정하고 예상치 못한 실패하는 경향로서 평판이 있습니다. 왜 본격적인 digesters은 수십 년 13 안정적인 조건에서 운영하는 것으로 다음인가? 실패, 특히 미생물 커뮤니티 천천히 유기 폐기물 조성과 강도에 적응해야하는 동안 시동 기간 동안 운영자가 부적절하게 취급로부터 줄기 가능성이 높습니다. 따라서 우리의 목표는 광고 시스템을 구축하기위한 방법론을 제공만이 아니라, 또한 접종, 운영, 이러한 시스템의 모니터링 프로세스를 명료하게하다합니다. 두 번째 섹션이 활성화 methanog 함께 소화조 접종에 대한 절차를 제공하면서 문서의 첫 번째 섹션은 CSTR이나 CSAD 시스템을 구축하는 방법을 설명합니다enic 바이오 매스. 그것은에서 활성 methanogenic 바이오 매스로 digesters을 예방하는 데 시간이 많이 소요 더 실용적이고 적은 혼합 주류 또는 초기 문화에서 충분한 바이오 매스를 개발하기 위하여보다 유사한 기판을 치료되는 운영 소화조의 방류수. 문서의 세 번째 섹션은 유출물 decanting, 다양한 원자로 문제를 해결하는 등 먹이 기판 같은 운영 고려 사항을 다룰 것입니다. 기판 먹이와이 시스템에 대한 방류수 decanting은 (즉, 주기적으로 먹이와 바이오 매스와 혼합 주류의 대부분은 생물 반응기에서 숙박하면서 decanting) 세미 지속적으로 실시됩니다. 소화조는 먹이 / decanted되는 주파수는 운영자의 특권이다. 일반적으로 먹이 / 더 자주 그리고 정기적으로 decanting 것은 먹이주기 사이의 성능에 큰 소화조의 안정성과 일관성을 증진합니다. 네 번째 섹션은 expe하는 동안 사용되는 기본적인 모니터링 프로토콜을 소개합니다rimental 기간. 물과 폐수 16 (표 1, 2)의 시험 표준 방법에서 설명한 여러 가지 표준 분석은, 기판 및 적절한 시스템 모니터링의 특성화를 위해 필요합니다. 측정된 변수 이외에 감시의 중요한 부분은 소화조 시스템 구성 요소가 제대로 작동하는지 확인하는 것입니다. 소화조 시스템에 대한 정기적인 유지 보수는 별도 소화조의 장기 성능과 안정성을 위태롭게 할 수있는 주요 시스템 문제를 치는 것입니다. 예를 들어, 온도의 하락으로 이어지는 가열 요소의 실패, methanogens의 신진 대사 속도를 줄임으로써 휘발성 지방산의 축적을 일으킬 수 있습니다. 시스템 methanogens에 대한 억제 수준 위의 산도를 유지하기 위해 충분한 알칼리도가 부족하면 이러한 문제가 혼합됩니다. 그것은 biogas 생산 쥐에서 예상치 드랍스 후 가능한 누수를 탐지하고 닫습 것도 중요네;. 따라서 의한 실험 계획법 내에서 복제, 예를 들어, 정확한 운영 조건 하에서이 bioreactors 나란히을 실행하면 같은 작은 누수와 같은 시스템 오작동에 의해 발생하는 예기치 않은 성능 손실을 감지하는 것이 중요합니다.

<table border="1"><tbody><tr><td> 원자로 설비 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 댓글 </td></tr><tr><td> 온수 Recirculator </td><td> VWR 과학 </td><td> 13271-063 VWR </td><td> 가열 자켓 반응기 시스템에서 사용하기에 </td></tr><tr><td> 변속 전기 연구소 활동가 </td><td> 클리블랜드 믹서 (주) </td><td> (모델 5VB) </td><td> 이 믹서 모델 링 스탠드에 장착 용이 </td></tr><tr><td> 습식 타입 정밀 가스 측정기 </td><td> 리터 Gasmeters </td><td> (모델 TG-01) </td><td> 이 모델은 최소 흐름 (0.1 L / H)가 필요 30 L / H의 최대 유량을 처리할 수 </td></tr><tr><td> 가스 버블러 </td><td> Chemglass </td><td> (모델 AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> 가스 샘플링 튜브 </td><td> Chemglass </td><td> (모델 CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;TD&gt; 축방향 임펠러 </td><td> 번개 </td><td> R04560-25 콜 - Parmer </td><td> 7.9375 mm로 임펠러 블레이드 직경 보어 </td></tr><tr><td> 임펠러 샤프트 </td><td> Grainger </td><td> 2EXC9 Grainger </td><td> 7.9375 mm OD (적합한 크기로 절단해야)와 1.83 m 스테인리스 스틸로드 </td></tr><tr><td> 주철 지원 서 </td><td> 미국 교육 제품 </td><td> (모델 7-G16) </td><td> 믹서가 장착 </td></tr><tr><td> 세 갈래로 확장 클램프 </td><td> 발톱 </td><td> 21572-803 VWR </td><td> 믹서가 장착 </td></tr><tr><td> 일반 클램프 홀더 </td><td> 발톱 </td><td> 21572-501 VWR </td><td> 믹서가 장착 </td></tr><tr><td> 연동 펌프 </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80 콜 - Parmer </td><td> decanting 유출에 대한 </td></tr><tr><td> L / S 표준 펌프 헤드 </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21 콜 - Parmer </td><td> 유출물 가만히 따르다 위해연동 펌프에 대한 ING - 액세서리 </td></tr><tr><td> L / S 정밀 펌프 튜브 </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18 콜 - Parmer </td><td> 연동 펌프로 액세서리 - 방류수 decanting위한 </td></tr><tr><td> 분석 장비 / 시약 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 댓글 </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 산도 분석 </td></tr><tr><td> 산도 측정기 </td><td> 써모 피셔 과학 - 오리온 </td><td> 1,212,000 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 합계 및 휘발성 고체 분석 (표준 방법 : 2,540-B, E) </td></tr><tr><td> 유리 진공 Dessicator </td><td> Kimax </td><td> WU-06536-30 콜 - Parmer </td><td></td></tr><tr><td> 자기는 요리를 증발 </td><td> VWR </td><td> 89038-082 VWR </td><td></td></tr><tr><td> 실험실 오븐 </td><td> 써모 피셔 과학 </td><td> (모델 13-246 - 516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> 중소 상공 회의소에 휩싸이다 노 </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 써모 과학 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 총 휘발성 지방산 분석 (표준 방법 : 5560-C) </td></tr><tr><td> 큰 용량 가변 속도 원심 분리기 </td><td> 시그마 </td><td> WU-17451-00 콜 - Parmer </td><td></td></tr><tr><td> 실험실 핫 플레이트 </td><td> 써모 과학 </td><td> (모델 HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> 대형 콘덴서 </td><td> Kemtech 미국 </td><td> (모델 C150190) </td><td></td></tr><tr><td> 아세트산 시약은 [CAS : ​​64-19-7] </td><td> 알파 Aesar </td><td> AA33252-AK </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> &lt;TD&gt; 화학적 산소 요구량 (표준 방법 : 5520-C) </td></tr><tr><td> COD 블록 히터 </td><td> HACH </td><td> (모델 DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> Borosilicate 문화 튜브 </td><td> Pyrex </td><td> (모델 9825-13) </td><td></td></tr><tr><td> 칼륨 Dichromate 시약은 [CAS : ​​7778-50-9] </td><td> Avantor 실적 재료 </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> 머큐리 II 황산 시약은 [CAS : ​​7783-35-9] </td><td> Avantor 실적 재료 </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ferroin 지표 솔루션 [CAS : ​​14634-91-4] </td><td> Ricca 화학 </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> 암모늄 철 (II) 황산의 hexahydrate [CAS : ​​7783-85-9] </td><td> 알파 Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 가스 크로마 토그래피 분석에 의한 가스 조성 </td></tr><tr><td> 기체 크로마토 그래프 </td><td> SRI 인 스트 루먼트 </td><td> 모델 8610C </td><td> 105 ° C의 등온 온도에서 운영하는 아래에 언급된 열 및 캐리어 가스를 사용하여 열 conductibility 검출기 (TCD)를 장착해야합니다 </td></tr><tr><td> 헬륨 가스 </td><td> Airgas </td><td> 그는 HP300 </td><td> 캐리어 가스로 사용하려면 </td></tr><tr><td> 포장 - 열 </td><td> Restek </td><td> 80484-800 </td><td> N 2, CH 4를 사용, 2 분리를 공동으로 수 </td></tr></tbody></table>

시스템 설치 및 기본 작업 : biogas로 유기 폐기물을 변환하는 혐기성 소화조를 지속 - 흔들

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

무산소 소화 (AD)는 일반적으로 에너지 캐리어 1-3와 같은 메탄과 유용한 biogas로 복잡한 유기 폐기물을 변환하는 데 사용되는 bioprocess입니다. 점점 광고는 4,5 산업, 농업, 그리고 시립 하수 처리 애플 리케이션에게에서 사용하고 있습니다. AD 기술의 사용은 공장 운영자는 폐기물 처리 비용을 절감하고 에너지 유틸리티 비용을 상쇄 수 있습니다. 유기 폐기물을 치료 이외에 에너지 작물은 에너지 캐리어 메탄 6,7로 변환되고있다. AD 기술의 응용 프로그램이 새로운 기판과 공동 기판 혼합 8 치료를 넓혀만큼 조종사와 실험실 규모에서 안정적인 테스트 방법론에 대한 수요를 않습니다. 무산소 소화 시스템은 지속적으로 흔들 탱크 반응기 (CSTR), 플러그 흐름 (PF) 및 혐기성 시퀀싱 배치 반응기 (ASBR) 구성 9를 포함하여 다양한 구성을 가지고 </suP&gt;. CSTR은 자주 설계 및 운영의 단순으로 인해 연구에 사용뿐만 아니라 실험에서의 장점입니다. 다른 구성에 비해 CSTR은 온도, 혼합, 화학 농도와 기판 농도와 같은 시스템 매개 변수,보다 균일를 제공합니다. 궁극적으로, 본격적인 원자로를 설계할 때, 최적의 원자로 구성은 다른 많은 nontechnical 고려 사항 가운데 주어진 기판의 성격에 따라 달라집니다. 그러나 모든 구성은 기본적인 디자인 기능과 대부분의 예비 평가에 적합한 CSTR를 렌더링 작동 매개 변수를 공유할 수 있습니다. 연구자 및 엔지니어 고체의 상대적으로 높은 농도로 유입 스트림을 사용하는 경우, 실험실 규모의 생물 반응기 구성은 인해 고체로 실험실 규모의 펌프의 문제를 연결해 혹은 튜브에서 고체의 정착에 지속적으로 먹이 수 없습니다. 연속 혼합 요구 사항이있는 시나리오 들어, 실험실 규모의 bioreactors이 정기적으로 먹이 있습니다우리는 지속적으로 흔들 무산소 digesters (CSADs)와 같은 구성을 참조하십시오. 이 문서는 건설 inoculating, 운영, 그리​​고 장기적인 혐기성 소화 주어진 유기 기판의 적합성을 테스트하기위한 목적 CSAD 시스템을 모니터링하기위한 일반적인 방법론을 제시합니다. 이 문서의 건설 부분에서는 실험실 규모의 반응기 시스템을 구축 다룰 것입니다. 접종 섹션은 활성 methanogenic inoculum으로 퍼뜨리고 적합 무산소 환경을 만드는 방법을 설명합니다. 운영 섹션 운영, 유지 보수 및 문제 해결에 충당되게됩니다. 모니터링 섹션은 표준 분석을 사용하여 프로토콜을 테스트 소개합니다. 이러한 조치의 사용에 대한 광고 기판 적​​합성의 신뢰할 수있는 실험적인 평가를 위해 필요합니다. 이 프로토콜은 원자로 고장이 기판에 의한되었다고 결론 지하는 것입니다 AD 연구에서 만든 일반적인 실수에 대해 더 큰 보호를 제공하는데정말 그것이 부적 절한 사용자의 작업 10 살 n은 사용.

실험실 규모의 혐기성 digesters 과학자 혐기성 생물 공학의 기존 애플 리케이션을 최적화하는 새로운 방법을 연구하고 다양한 유기 폐기물의 메탄 생산 잠재력을 평가할 수 있습니다. 이 문서는 지속적으로 혐기성 소화조를 흔들 실험실 규모의 건설, 접종, 운영 및 모니터링을위한 일반 모델을 소개합니다.

시스템 설치 및 기본 작업 : Biogas로 유기 폐기물을 변환하는 혐기성 소화조를 지속 - 흔들

혐기성 소화(Anaerobic digestion, AD)는 복잡한 유기성 폐기물을 에너지 운반체인 메탄이 포함된 유용한 바이오가스로 전환하는 데 흔히 사용되는 생물공정입니다...

이 절차의 전반적인 목표는 실험실 규모의 연속 교반 혐기성 소화조의 구축, 접종, 일일 운전 및 적절한 모니터링 방법을 시연하여, 특정 유기 기질이 장기적인 혐기성 소화 처리에 적합한지를 평가하는 것입니다. 이를 위해 먼저 혐기성 소화조 시스템을 구축합니다.두 번째 단계는 바이오리액터 시스템 내에 적절한 혐기성 환경을 조성하여 소화조에 활성 메탄 생성 바이오매스를 접종하는 것입니다. 이어서 유출물 처리, 데칸팅, 피딩 및 문제 해결을 포함한 소화조 시스템의 적절한 운용 방법을 설명합니다. 마지막 단계는 혐기성 생명공학 분야에서 관습적으로 사용되는 표준 분석법을 이용하여 소화조의 성능과 안정성을 평가하기 위한 모니터링 전략을 도입하는 것입니다.결과적으로, 본 연구는 잘 제어되고 정기적으로 모니터링되는 실험실 규모의 혐기성 소화 시스템을 통해 에너지 생산 및 유기물 강도 감소를 위한 유기 기질 처리에서 혐기성 소화의 효율성을 보여줍니다. AOB 소화 과정에 익숙하지 않은 많은 이들은 엄격한 혐기성 바이오매스를 위해 무산소 환경을 유지해야 한다는 점 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다. 또한, 특정 유기물 부하율을 처리할 수 있을 만큼 충분한 메탄 생성균이 성장하여 바이오매스 농도를 형성하는 데 오랜 시간이 걸리기 때문에, 사용자는 초기 가동 기간이 다소 느리고 지루하다고 느낄 수 있습니다.하지만 본 논문에 설명된 프로토콜을 성실히 따른다면 이러한 문제들을 방지할 수 있음을 인지해야 합니다. 마지막으로, 안정적인 소화가 이루어진 후에는 이러한 시스템을 이용한 실험을 시작할 수 있습니다. 그러나 이는 외부 또는 환경적 섭동에 매우 민감한 복잡한 생물학적 시스템을 다루는 것이므로 실험자에게 문제가 될 수도 있습니다.소화 기술은 일관성 있고 규칙적인 방법으로 운영될 때 매우 뛰어난 안정성과 예측 가능성을 보일 수 있습니다. 저희는 이 영상을 통해 이러한 점을 전달하고자 합니다. 소화조 제작을 시작하려면, 원하는 작동 부피와 함께 여기에 표시된 특징들을 갖춘 용기를 선택하십시오.용기에 가열 워터 재킷이 장착되어 있지 않은 경우, 가열 워터 배스나 인큐베이션 챔버와 같이 온도가 제어되는 환경에 배치하십시오. 나머지 구성 요소를 배치할 수 있는 충분한 수평 벤치 공간이 있는 곳에 용기를 수직으로 고정하십시오. 여기에 표시된 대로 용기 뚜껑을 조립하십시오.유출구 및 유출 튜브의 포트는 튜브 내부의 막힘을 방지할 수 있을 만큼 충분히 넓어야 합니다. 바이오리액터는 디캔팅 중에 소화조 배지 속에 잠겨 있을 수 있을 만큼 충분한 길이를 가져야 하며, 덮개 상단 밖으로 뻗어 나와야 합니다. 튜빙을 연결할 수 있도록, 임펠러 외피는 소화조 배지 내부로 가능한 한 깊게 확장되어야 합니다.뚜껑의 접촉면에 실리콘 기반 진공 그리스를 도포하고 소화조 용기 상단에 클램프로 고정합니다. 링 스탠드와 클램프를 사용하여 가변 속도 믹서를 소화조 수직축과 평행하게 고정한 후, 임펠러 샤프트를 부착합니다. 믹서 모터의 진동과 움직임이 발생하므로, 독립적으로 자유롭게 이동 가능한 스탠드를 사용하는 것이 중요합니다.유연한 튜브의 한 섹션을 유입액 및 유출액 튜브 양쪽에 연결하고, 가스 라인 튜브로 사용할 또 다른 튜브 섹션을 가스 포트에 연결합니다. 이때 누출을 방지하기 위해 튜브는 표시된 것보다 더 단단히 고정해야 합니다. 다음 단계는 바이오가스 라인을 각각의 다양한 구성 요소에 연결하고 이를 소화조 위 선반에 배치하는 것입니다. 먼저, 반응기 헤드스페이스 근처에 위치해야 하는 가스 샘플링 포트를 연결합니다.다음으로, 반응기 부피의 최소 25% 크기인 폼 트랩을 연결합니다. 폼 트랩에는 바이오가스 유입 라인용 포트와 바이오가스 유출 라인용 포트, 이렇게 두 개의 포트가 있어야 합니다. 유입 튜브는 유출 튜브보다 더 깊게 내려오도록 설치해야 합니다. 내경이 2cm인 긴 유리관을 사용하여 황화수소 세정기를 제작합니다.박리(stripping)에 충분한 표면적을 제공하도록 강철솜(steel wool)으로 채우되, 바이오가스의 흐름이 막히지 않을 정도로만 채웁니다. 튜브의 양 끝에 바이오가스 유입구와 유출구를 설치합니다. 마지막으로, 두꺼운 고무 풍선이나 에어볼과 같이 접합 가능하고 기밀성이 있는 재질을 사용하여 목표 공급 부피의 2배를 초과하는 부피의 가스 저장조를 만듭니다.순환식 온수 가열기로 시스템의 온도를 제어할 경우, 버블러와 가스 미터를 추가합니다. 가열 장치를 가열 재킷의 액체 표면보다 위에 배치하고 유연한 튜브를 사용하여 가열 재킷에 연결합니다. 가열기를 중온성 또는 고온성 소화에 적합한 온도로 설정합니다.시스템의 누출 테스트를 수행합니다. 먼저 소화조 탱크를 물로 채웁니다. 그런 다음 가스를 사용하여 유입 라인을 5 PSI 미만의 압력으로 약간 가압한 후, 혐기성 가스를 유입 튜브에 연결합니다.다음으로 반응기 덮개 주변에 비눗물을 사용하여 바이오가스 라인과 유출수 라인의 누출 여부를 확인하기 위해 클램프를 조이고, 그 후 바이오가스 라인 클램프를 제거하여 전체 가스 처리 시스템의 누출 여부를 테스트하십시오. 임펠러와 가열 장치를 켜고 밤새 가동하여 믹서와 가열기가 소화조 접종을 위한 연속 운전을 유지할 수 있는지 확인하십시오. 필요한 경우, 혐기성 가스로 세척한 물을 사용하여 접종액을 소화조를 채울 수 있는 부피로 희석하십시오.접종 전 혐기성 소화조에서 물을 제거하십시오. 공급 튜브에 혐기성 가스를 연결하고, 유출 라인을 클램프로 고정한 뒤 믹서, 축 및 외피 사이의 공간을 테이프로 밀봉하여 비어 있는 소화조 시스템을 수 분 동안 세척하십시오. 혐기성 가스의 손실을 방지하기 위해 가스 저장소를 완전히 세척하시기 바랍니다.다음으로, 공급 튜브에 깔때기를 연결하고 접종액을 추가합니다. 이때 균질성을 보장하기 위해 주기적으로 혼합해야 합니다. 공급 튜브에 혐기성 가스를 다시 연결합니다.믹서를 켜고 소화조 내용을 최소 15분 동안 세척합니다. 다만, 혼합 과정이 필수적인 것은 아닙니다. 그 후 가스 클램프와 공급 튜브를 분리하고 가스 저장조의 클램프를 풉니다.소화조가 현재 가동 중이며, 피딩 전까지 며칠 동안 운전해야 합니다. 보수적인 초기 유기물 부하율(OLR)을 계산한 후, 목표값에 도달할 때까지 OLR을 점진적으로 증가시킵니다. 피딩 혼합물을 준비하여 피딩 시간까지 4 °C에서 보관하십시오.유출액 튜브를 펌프에 연결하여 소화조에서 유출액을 배출하고, 추가할 공급액의 부피와 동일한 양을 제거합니다. 이후 분석을 위해 유출액을 4°C에서 보관하십시오. 공급액을 추가하려면 공급 튜브에 깔때기를 연결하고 공급액을 붓되, 고형분이 전체 액체와 함께 유입되도록 하십시오.작동 중에 소화조와 그 구성 요소를 빈번하게 확인하여 시스템을 모니터링하십시오. 특히 혼합 및 가열 시스템에 주의를 기울여야 하며, 혼합이 불충분할 경우 유출 고형물의 농도가 급격히 감소할 수 있습니다. 가스 미터 내의 오일 또는 수위가 적절한 수준인지 주기적으로 확인하고, 황화수소 트랩의 스틸 울(steel wool)이 검게 변하고 광택이 나면 교체하십시오.황화수소와 반응하여 황화철을 형성함으로써 확인합니다. 마지막으로 서면 프로토콜에 언급된 분석을 수행하여 값이 지정된 최적 범위 내에 일관되게 들어오는지 확인합니다. 소화조의 접종이 성공적으로 이루어졌는지는 수일 내에 바이오가스가 생성되는지로 판단합니다.더 많은 메탄 생성 바이오매스가 보충됨에 따라 순응 기간 동안 바이오가스의 메탄 대 이산화탄소 비율이 증가할 것입니다. 산 생성균에 비해 메탄 생성균의 성장이 느리기 때문에 긴 순응 기간과 점진적인 운전 조건 변경이 필요합니다. 여기에서 우리는 초기 가동 단계에서 높은 OLR이 너무 빨리 도입되었을 때 소화조의 동적 반응을 보여줍니다.이 사례에서는 기질 분해 단계의 산 생성 과정에서 발생한 휘발성 지방산(VFA)을 제거하기에 메탄 생성균(meth biomass)의 양이 불충분했습니다. 이로 인해 VFA가 축적되었으며, 결과적으로 pH가 감소했습니다. 이 상황을 해결하기 위해, ENS에 의한 VFA 생성을 제한하고 더 많은 메탄 생성균이 보충될 수 있도록 OLR을 낮추었으며, 이후 다시 높은 OLR로 복구하였습니다.이후 소화조는 3회의 수력 체류 시간 동안 안정적인 소화 상태를 보였습니다. 바이오가스 생산률, 총 VFA 농도, 휘발성 고형물 농도 및 pH 수준과 같은 측정 파라미터가 최소 1회의 HRT 또는 25일 동안 평균값의 10% 이내에서 지속적으로 유지될 때, 안정적 소화 또는 유사 정상 상태 조건이라고 가정할 수 있습니다. 이러한 유의성은 불충분한 혼합으로 인해 발생한 교란에 대한 CSTR 시스템의 지연된 반응을 보여주는 이 그림에서 확인할 수 있습니다.적절한 혼합이 이루어지지 않아 고형물이 반응기 내에 침전되었으며, 이는 제거되는 고형물의 양이 감소했음을 의미합니다. 유출수 디캔팅 과정에서 이러한 고형물의 축적으로 인해 유출수 내 고형물 농도가 높아졌습니다. 충분한 혼합이 다시 회복된 후, 소화조의 유출수 고형물 농도가 정상 수준으로 돌아오는 데 약 1 HRT가 소요되었습니다.혐기성 소화조는 생물학적 시스템이므로 내부적인 변동성과 성능 차이가 나타날 수 있습니다. 실험자가 시스템에 가한 실험적 섭동으로 인해 발생하는 구체적인 영향을 식별하기 전에는 이러한 변동성을 정량화해야 합니다. 반응기 시스템에 실험적 변화를 주기 전에 3회의 HRT 기간이 필요합니다.일반적으로 이 기간은 혼합액 내 화학종의 농도가 안정되었다고 가정하기에 충분한 시간으로 간주되므로, 이 간격이 끝날 때쯤 실험자는 측정된 각 파라미터에 대한 신뢰할 수 있는 기저선을 구축할 수 있어야 합니다. 이 기저선은 본 절차를 따르는 향후 실험의 비교 기준으로 활용됩니다. 특정 기질을 통해 달성할 수 있는 최대 메탄 생성량은 얼마인가와 같은 질문에 답하기 위해 생화학적 메탄 잠재력 분석, 메탄 생성 유전자 활성 테스트 및 장내 독성 분석과 같은 다른 방법들을 수행할 수 있습니다.반응기 시스템 내 메탄 생성 바이오매스의 대사 활동은 어떠한가? 또한, 기질 관련 독성이 혐기성 바이오매스에 영향을 미치는 범위와 기간은 어느 정도인가? 이러한 유형의 분석을 수행하면 운영자가 기질의 특성을 더 정확하게 파악할 수 있으며, 이러한 유형의 유기 폐기물을 처리하는 데 있어 IC 처리의 적합성을 더 잘 평가할 수 있다.감사합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

폐수에서 침전된 고형물을 모방한 합성 슬러지가 파종된 밀봉된 무산소 반응기인 혐기성 소화조로 시작하십시오.슬러지에는 혼합 미생물 군집인 중온성 혐기성 미생물이 포함되어 있습니다.이 미생물은 적당한 온도에서 번성하며 슬러지 유기물의 소화를 촉진합니다.슬러지를 지속적으로 혼합하여 박테리아 활동을 유지하고 소화를 촉진합니다.나중에 생분해성 폴리머인 바이오플라스틱을 슬러지에 첨가합니다.배양하는 동안 가수분해 박테리아가 바이오플라스틱에 부착되어 수용성 화합물로 전환됩니다.그런 다음 발효 박테리아는 이러한 화합물을 단쇄 유기산인 휘발성 지방산으로 변환합니다.메탄을 생성하는 미생물인 메탄 생성 물질은 이러한 산을 활용하여 메탄 가스와 이산화탄소를 생성하여 바이오가스를 형성합니다.바이오가스는 출구를 통해 반응기를 빠져나가 가스 샘플링 백에 수집됩니다.이 공동 소화 방법을 사용하면 바이오 플라스틱과 슬러지를 재생 가능한 바이오가스로 효율적으로 소화할 수 있습니다.

바이오가스 생산을 위한 바이오플라스틱의 혐기성 소화

소설 상향 류 혐기성 솔리드 스테이트 (UASS) 반응기는 섬유 원료로부터 바이오 가스 생산을 위해 사용되었다. UASS 반응기에서 Digestate 열수 가압 회분식 반응기에서 HTC의 바이오 숯으로 탄화되었다. 이 바이오 에너지 개념의 통합은 전반적 바이오 에너지의 생산을 증가시키기 위해 본 연구에 적용 하였다.

바이오 에너지 생산을위한 통합 혐기성 소화 및 열수 탄화의 평가

대기 오염은 모든 유기체의 삶의 질에 영향을 미칩니다. 여기에서는 바이오가스 처리(이산화탄소와 황화수소의 동시 제거)를 위한 미세조류 생명공학의 사용과 준공업용 개방형 고속 조류 연못을 통한 바이오메탄 생산 및 처리 효율, pH, 용존 산소 및 미세조류 성장에 대한 후속 분석에 대해 설명합니다.

Semi-Industrial High Rate Algal Ponds에서 Microalgae-Bacterial System을 사용하여 바이오 가스 정화

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호흡 측정법을 사용하여 폐기물 활성 슬러지와 혐기성 동시 소화된 음식물 쓰레기 폐기물의 바이오메탄 전위 측정

이 프로토콜은 음식물 쓰레기를 생분해성 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 바이오 플라스틱으로 전환하는 확장 가능한 방법을 제시합니다. 음식물 쓰레기 전처리를 위한 정지된 혐기성 소화, PHA 생합성을 위한 할로필릭 미생물 발효, PHA 회수를 위한 무화학 다운스트림 공정을 활용합니다.

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생리학 및 병리 학적 압력 조건에 심장 밸브 조직을 쓰는 수있는 순환 압력 생물 반응기는 설계되었습니다. LabVIEW 프로그램은 사용자가 압력 크기, 진폭 및 주파수를 제어할 수 있습니다. 이 장치는 심장 밸브 조직이나 격리 세포의 mechanobiology을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

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벤치 탑 생물 반응기의 운전

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