Name: Continu-geroerd anaërobe vergister om organisch afval omzetten in biogas: Systeemconfiguratie en Basisbediening (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Leer een continu-geroerde anaërobe vergister bouwen en bedienen voor het omzetten van organisch afval in biogas. Deze methode helpt onderzoekers bij het optimaliseren van anaërobe verwerking.

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

Dit onderzoek wordt ondersteund wordt ondersteund door de USDA door de National Institutes of Voedsel-en Landbouworganisatie (NIFA), licentienummer 2007-35504-05381, door subsidie ​​niet. 58872 van NYSERDA en NYC-123444 door de federale de Cornell University Agricultural Experiment Station de formule van de middelen van het USDA NIFA.

<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>

Geen belangenconflicten verklaard.

De anaerobe vergisting systeem in dit artikel geeft een algemene inleiding en een aantal fundamentele richtlijnen voor de behandeling van de meeste ondergronden in een experimentele context. De grote verscheidenheid aan substraat soorten, vergister configuraties, operationele parameters, en ook de unieke ecologie van de gemengde microbiële gemeenschap die ten grondslag liggen van deze systemen zich verzet tegen waarin harde kwantitatieve maatstaven, die universeel kan worden toegepast. Ondanks al deze variabiliteit, all...

Anaërobe vergisting (AD) is een volwassen technologie met betrekking tot de biologisch gemedieerde omzetting van complexe organische afval substraten in nuttige biogas met methaan als energiedrager. Er zijn veel voordelen van de anaërobe behandeling, met inbegrip van een minimale energie-en toevoer van nutriënten en een verminderde biosolids de productie ten opzichte van aërobe behandeling 10. Bovendien de veelzijdigheid van de gemengde microbiële inherent aan deze systemen maakt een grote verscheidenheid van organische substraten geschikt als grondstof 11,12. Inderdaad, het is het gevolg van deze voordelen dat een groeiend aantal aanvragen voor AD worden genomen buiten de traditionele gemeentelijke behandeling van afvalwater, met name in de industriële, gemeentelijke (bv, voedselresten), en de agrarische sector 4,7,13. AD beleefde zijn eerste grote verspreiding begin in de jaren 1980 in reactie op de nationale energie-crisis van het vorige decennium. Terwijl de wereld wordt geconfronteerd met een groeiende wereldwijde energiecrisis,in combinatie met aantasting van het milieu, is meer aandacht komen te liggen op technologieën voor biobrandstoffen en de waste-to-energie concept in het bijzonder. Bijvoorbeeld in het Amerikaanse kan vergisting wordt 5,5% van de totale stroom nodig acht. Dit heeft de vraag naar goed-gecontroleerde experimentele onderzoek aan de pilot-en laboratorium-schaal om de geschiktheid van nieuwe organische afvalstoffen en afval mengsels voor anaerobe vergisting 14 te beoordelen. We zijn van plan om een ​​generiek model voor de bouw, inenting, bediening en controle van een laboratorium-schaal anaërobe vergister die geschikt zijn voor robuuste evaluaties te geven. Anaërobe vergisters bestaan ​​in veel verschillende configuraties. Een aantal veel voorkomende configuraties omvatten het: continu geroerde tank reactor (CSTR) met continue influent voeding; continu geroerd anaërobe vergister (CSAD) met periodieke influent voeding, plug flow (PF), upflow anaërobe slib deken (UASB); anaërobe migrerende deken reactor (AMBR); anaërobe reactor verbijsterd (ABR) en anaërobe sequencing batch reactor (ASBR) configuraties 9,15. De CSTR en CSAD configuratie zijn op grote schaal genomen voor laboratoriumonderzoek experimenten vanwege de eenvoudige installatie en gunstige werkomstandigheden. Door voortdurende mengen, de hydraulische verblijftijd (HST) gelijk is aan de slibverblijftijd (SRT). De SRT is het van belang ontwerp parameter voor de ADS. De configuratie is bevorderlijk voor gecontroleerde experimenten gevolg van de hogere ruimtelijke homogeniteit van parameters, zoals chemische species concentraties, temperatuur en diffusiesnelheden. Er zij opgemerkt dat de optimale volledige configuratie van een anaerobe vergisting hangt af van de fysische en chemische eigenschappen van het organische substraat onder-technische aspecten zoals doel effluent. Bijvoorbeeld, verdunnen afvalstromen met een relatief hoge oplosbare organische inhoud en little deeltjes, zoals de brouwerij afvalwater, meestal ervaren meer de omzetting van energie in een high-rate upflow bioreactor configuratie (bijv., UASB) in plaats van een CSAD configuratie. Hoe dan ook, zijn er fundamentele parameters die essentieel zijn voor een succesvolle spijsvertering en die relevant zijn voor alle configuraties, die een algemene uitleg van het gebruik van deze configuratie te rechtvaardigen. Inderdaad, elk AD-systeem met een diverse, open gemeenschap van anaërobe micro-organismen metaboliseren serieel de ondergrond om methaan (het uiteindelijke eindproduct met de laagst beschikbare vrije energie per elektron). De metabole routes die betrokken zijn in dit proces vormen een ingewikkeld voedselweb losjes ingedeeld in vier trofische stappen: de hydrolyse, verzuring, acetogenese en methanogenese. In hydrolyse worden complexe organische polymeren (zoals koolhydraten, vetten en eiwitten) onderverdeeld in hun monomeren (zoals suikers, langketenige vetzuren en aminozuren) door hydrolyzing, fermentatieve bacteriën. In verzuring, worden deze monomeren gefermenteerd door acidogene bacteriën om vluchtige vetzuren (vFAS) en alcoholen, die in acetogenese, verder worden tot acetaat en waterstof geoxideerd door homoacetogenic en verplichte waterstof-producerende bacteriën, met respect 5. In de laatste stap van methanogenese, worden acetaat en waterstof omgezet in methaan door acetoclastic en hydrogenotrophic methanogenen. Het is belangrijk te erkennen dat het totale AD proces door gebruik te maken van een onderling reeks van de stofwisseling van verschillende groepen microben, afhankelijk van de succesvolle werking van elk lid alvorens het systeem als geheel optimaal. Het ontwerp en de bouw van een AD bioreactor systeem moet altijd rekening worden gehouden met de eis om volledig af te dichten van de bioreactor. Kleine lekken in de top van de bioreactor (scheiden headspace) of in de gas-handlingsysteem kan moeilijk op te sporen, en dus het systeem moet preszeker getest voor gebruik. Na het zorgen voor een lekvrije installatie, storingen met anaërobe vergister studies vaak het gevolg van fouten tijdens inenting, kweken, en dag-tot-dag werking. Als gevolg daarvan vergisters hebben een reputatie als zijnde intrinsiek instabiel en gevoelig voor onverwachte uitval. Waarom is het dan dat full-scale vergisters zijn geopereerd onder stabiele omstandigheden tientallen jaren 13? Falen is waarschijnlijk het gevolg van onjuist gebruik van de exploitant, met name tijdens de opstart periode waarin de microbiële gemeenschap moet langzaam wennen aan de organische samenstelling van het afval en kracht. Daarom is ons doel is niet alleen een methodologie voor de totstandbrenging van een AD-systeem, maar ook ophelderen van de processen van inoculatie, bediening en controle van deze systemen. Het eerste deel van het artikel wordt uitgelegd hoe je de CSTR of CSAD systeem te bouwen, terwijl het tweede deel zal een procedure voor de vergister inenting te voorzien van actieve methanogENIC biomassa. Het is praktischer en minder tijdrovend om vergisters met een actief methanogene biomassa inoculeren van de gemengde drank of effluent van een operationele vergister die de behandeling van een vergelijkbaar substraat dan om te proberen een voldoende biomassa te ontwikkelen van een beginnende cultuur. Het derde deel van het artikel heeft betrekking op operationele overwegingen, zoals voeding substraat, decanteren afvalwater, en het oplossen van problemen diverse reactor problemen. Het voeden ondergrond en decanteren effluent voor dit systeem zal worden uitgevoerd op een semi-continue basis (dat wil zeggen, periodieke voeden en decanteren, terwijl het grootste deel van de biomassa en gemengde drank blijft in de bioreactor). De frequentie waarin de vergister wordt gevoed / gedecanteerd is het voorrecht van de operator. In het algemeen zal het voeden / decanteren vaker en op gezette tijden het bevorderen van het vergister stabiliteit en consistentie in prestaties tussen het voeden cycli. Het vierde deel zal een basis monitoringsprotocol te worden gebruikt tijdens de ervarimental periode. Een aantal standaard analyses, die worden beschreven in standaard methoden voor de behandeling van water en afvalwater 16 (tabel 1, 2), nodig zal zijn voor het karakteriseren van de ondergrond en een adequaat systeembeheer monitoring. In aanvulling op de gemeten variabelen, een belangrijk aspect van monitoring is om te controleren of de vergister onderdelen van het systeem naar behoren functioneren. Regelmatig onderhoud aan de vergister systeem zal vooruit kan lopen grote systeem problemen die anders in gevaar kunnen brengen op de lange termijn prestaties en stabiliteit van de vergister. Bijvoorbeeld een defect aan het verwarmingselement, leidt tot een daling van de temperatuur kan de accumulatie van vluchtige vetzuren veroorzaken doordat de stofwisseling van methanogenen. Dit probleem wordt verergerd als het systeem niet over voldoende alkaliteit van de pH boven remmende niveaus methanogenen houden. Het is ook belangrijk op te sporen en eventuele lekken dicht na onverwachte daling van de productie van biogas rates. Daarom duplicatie binnen de experimentele ontwerp van bijvoorbeeld lopen twee bioreactoren naast elkaar in de juiste bedrijfsomstandigheden is belangrijk op te sporen onverwachte resultaten verliezen door storingen, zoals kleine lekken.

<table border="1"><tbody><tr><td> Reactor Equipment </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td> Verwarmd Recirculator </td><td> VWR Scientific </td><td> 13271-063 VWR </td><td> Voor gebruik met een verwarmingsmantel reactorsysteem </td></tr><tr><td> Variabele snelheid Electric Lab Roerder </td><td> Cleveland Mixer Co </td><td> (Model 5VB) </td><td> Deze mixer model vereenvoudigt de montage met een ring stand </td></tr><tr><td> Nat-Type Precision gasmeter </td><td> Ritter gasmeters </td><td> (Model TG-01) </td><td> Dit model heeft een minimum stroom van (0,1 L / h) en kan een maximaal debiet van 30 l / h </td></tr><tr><td> Gas Bubbler </td><td> Chemglass </td><td> (Model AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> Gas Sampling Tube </td><td> Chemglass </td><td> (Model CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; Axiale waaier </td><td> Lightnin &#39; </td><td> R04560-25 Cole Parmer- </td><td> Rotorbladen met 7,9375 mm boring </td></tr><tr><td> Waaier Shaft </td><td> Grainger </td><td> 2EXC9 Grainger </td><td> 1,83 m roestvrij stalen staaf met 7,9375 mm OD (moet worden teruggebracht tot de juiste maat) </td></tr><tr><td> Cast Iron Ondersteuning Stands </td><td> American Educational Products </td><td> (Model 7-G16) </td><td> Voor de montage mixer </td></tr><tr><td> Drie-Prong Extension Clamp </td><td> Talon </td><td> 21572-803 VWR </td><td> Voor de montage mixer </td></tr><tr><td> Regelmatige Clamp Holder </td><td> Talon </td><td> 21572-501 VWR </td><td> Voor de montage mixer </td></tr><tr><td> Peristaltische pomp </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80 Cole-Parmer </td><td> Voor effluent decanteren </td></tr><tr><td> L / S Standaard pompkop </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21 Cole-Parmer </td><td> Voor effluent decanterenING-accessoire voor peristaltische pomp </td></tr><tr><td> L / S Precision pompslangen </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18 Cole-Parmer </td><td> Voor effluent decanteren - accessoire voor peristaltische pomp </td></tr><tr><td> Analyse-apparatuur / reagentia </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> pH-Analyse </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> Total en vluchtige vaste stoffen Analyse (Standard Methods: 2540-B, E) </td></tr><tr><td> Glazen vacuumexsiccator </td><td> Kimax </td><td> WU-06.536-30 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Porselein Verdampbare Gerechten </td><td> VWR </td><td> 89038-082 VWR </td><td></td></tr><tr><td> Lab Oven </td><td> Thermo Fisher Scientific </td><td> (Model 13-246-516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> Medium Kamer Moffeloven </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 Thermo Scientific </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Totaal aantal vluchtige vetzuren Analysis (Standard Methods: 5560-C) </td></tr><tr><td> Met grote capaciteit met variabele snelheid Centrifuge </td><td> Sigma </td><td> WU-17451-00 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Laboratorium hete plaat </td><td> Thermo Scientific </td><td> (Model HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> Grote Condensor </td><td> Kemtech Amerika </td><td> (Model C150190) </td><td></td></tr><tr><td> Azijnzuur reagens [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; Chemisch Zuurstof Verbruik (Standard Methods: 5520-C) </td></tr><tr><td> COD Block Heater </td><td> HACH </td><td> (Model DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> Borosilicaat Cultuur Tubes </td><td> Pyrex </td><td> (Model 9,825 tot 13) </td><td></td></tr><tr><td> Kaliumdichromaat Reagens [CAS: 7778-50-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> Mercury II Sulfaat Reagens [CAS: 7783-35-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ferroin Indicator Solution [CAS: 14634-91-4] </td><td> Ricca Chemische </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> Ammonium ijzer (II) sulfaat-hexahydraat [CAS: 7783-85-9] </td><td> Alfa Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Gas Samenstelling volgens gaschromatografische analyse </td></tr><tr><td> Gaschromatograaf </td><td> SRI Instrumenten </td><td> Model 8610C </td><td> Te met een thermische geleidbaarheid detector (TCD) met onderstaande kolom en draaggas werken bij een isotherm temperatuur van 105 ° C </td></tr><tr><td> Helium Gas </td><td> Airgas </td><td> Hij HP300 </td><td> Te gebruiken als draaggas </td></tr><tr><td> Verpakt-kolom </td><td> Restek </td><td> 80484-800 </td><td> Te gebruiken voor N 2, CH 4 en CO2 scheiding </td></tr></tbody></table>

continu-geroerd anaërobe vergister om organisch afval omzetten in biogas: systeemconfiguratie en basisbediening

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

Anaërobe vergisting (AD) is een bioprocestechnologie die vaak wordt gebruikt om complexe organisch afval om te zetten in een bruikbaar biogas met methaan als energiedrager 1-3. Steeds vaker wordt AD wordt gebruikt in industriële, landbouw-, en gemeentelijk afval (water) behandeling toepassingen 4,5. Het gebruik van AD technologie maakt het mogelijk exploitanten de verwijdering van afvalstoffen kosten te verlagen en energieleverancier kosten te compenseren. In aanvulling op de behandeling van organisch afval, worden energiegewassen omgezet in de energie-drager methaan 6,7. Aangezien de toepassing van AD-technologie verbreedt voor de behandeling van nieuwe substraten en co-substraat mengsels 8, neemt ook de vraag naar een betrouwbare testmethode op de pilot-en laboratorium-schaal. Anaërobe vergisting systemen hebben een verscheidenheid aan configuraties, waaronder de continu geroerde tank reactor (CSTR), plug flow (PF) en anaërobe sequencing batch reactor (ASBR) configuraties 9 </sup&gt;. De CSTR wordt vaak gebruikt in onderzoek vanwege zijn eenvoud in ontwerp en de werking, maar ook voordelen in experimenten. Vergeleken met andere configuraties de CSTR geeft een grotere uniformiteit van de systeemparameters, zoals temperatuur, mengen, chemische concentratie en substraat concentratie. Uiteindelijk ontwerpen van een volledige reactor zal de optimale reactorconfiguratie afhangen van de aard van een bepaald substraat vele andere niet-technische overwegingen. Echter, alle configuraties te delen fundamentele design kenmerken en operationele parameters die de CSTR geschikt voor de meeste voorlopige beoordelingen maken. Als onderzoekers en ingenieurs met een influent stroom met een relatief hoge concentratie van vaste stoffen, kan dan op laboratoriumschaal bioreactor configuraties niet continu gevoed door pluggen problemen laboratoriumschaal pompen met vaste stoffen of bezinken van deeltjes in buizen. Voor dat scenario met continu mengen bepalingen, lab-schaal bioreactoren periodiek gevoeden we verwijzen naar dergelijke configuraties als continu geroerd anaërobe (CSADs). Dit artikel presenteert een algemene methodiek voor de bouw, enten, de exploitatie en het bewaken van een CSAD stelsel voor het witwassen van het testen van de geschiktheid van een bepaald organisch substraat voor de lange termijn anaerobe vergisting. De bouw van dit artikel heeft betrekking op de bouw van de lab-schaal reactor systeem. De inoculatie sectie wordt uitgelegd hoe u een anaërobe omgeving die geschikt is voor het zaaien met een actieve methanogene inoculum te creëren. De operationele gedeelte zal betrekking hebben op exploitatie, het onderhoud en het oplossen van problemen. De monitoring sectie zal introduceren testprotocollen met behulp van standaard analyses. Het gebruik van deze maatregelen nodig betrouwbare experimentele evaluatie van substraat geschiktheid voor AD. Dit protocol moet zorgen voor een grotere bescherming tegen een veel voorkomende fout gemaakt in AD studies, die is om te concluderen dat reactor niet werd veroorzaakt door de ondergrond in gebruik, terwijl het in feite was het onjuist gebruik van het apparaat 10.

Laboratorium-schaal anaërobe vergisters kunnen wetenschappers nieuwe manieren van het optimaliseren van bestaande toepassingen van anaërobe biotechnologisch onderzoek en de productie van methaan potentieel van verschillende organische afval te evalueren. Dit artikel introduceert een algemeen model voor de bouw, inenting, bediening en controle van een laboratorium-schaal continu geroerd anaërobe vergister.

Continu-geroerd anaërobe vergister om organisch afval omzetten in biogas: Systeemconfiguratie en Basisbediening

Anaërobe vergisting (AV) is een bioproces dat algemeen wordt gebruikt om complexe organische afvalstoffen om te zetten in bruikbaar biogas met methaan als energiedrager ...

Het algemene doel van deze procedure is het demonstreren van de constructie, inoculatie, dagelijkse werking en juiste monitoring van een anaerobe reactor op laboratoriumschaal met continue roering, met als doel de geschiktheid van een bepaald organisch substraat voor langdurige anaerobe afbraakbehandeling te beoordelen. Dit wordt bereikt door eerst een anaerobe reactor op te stellen.De tweede stap is het inoculeren van de reactor met actieve methanogene biomassa door het creëren van een geschikte anaerobe omgeving binnen het bioreactorsysteem. Vervolgens wordt de juiste bediening van het reactorsysteem beschreven, inclusief effluent, decanteren, voeden en het oplossen van problemen. De laatste stap is het introduceren van een monitoringsstrategie om de prestaties en stabiliteit van de reactor te beoordelen met behulp van standaardanalyses die conventioneel worden gebruikt in het veld van de anaerobe biotechnologie.Uiteindelijk tonen de resultaten de effectiviteit van anaerobe vergisting bij de behandeling van een organisch substraat voor energieproductie en de vermindering van de organische belasting via een goed gecontroleerd en regelmatig gemonitord anaerobe vergistingssysteem op laboratoriumschaal. Veel mensen die nieuw zijn aan het AOB-vergistingsproces zullen dit uitdagend vinden, omdat een zuurstofvrije omgeving moet worden gehandhaafd voor de strikt anaerobe biomassa. Daarnaast zullen gebruikers de opstartperiode wellicht wat traag en omslachtig vinden, omdat het lang duurt voordat er voldoende methanogenen zijn gegroeid om een biomassaconcentratie te ontwikkelen die in staat is om een bepaalde organische belastingsgraad te verwerken.Het moet echter bekend zijn dat deze problemen vermeden kunnen worden indien men het in dit artikel beschreven protocol nauwgezet volgt. Ten slotte kunt u, zodra een stabiele digestie is bereikt, beginnen met het experimenteren met deze systemen. Dit kan echter ook problemen opleveren voor experimentatoren, omdat we werken met complexe biologische systemen die zeer gevoelig zijn voor externe of omgevingsperturbaties.Verteringstechnologie kan een buitengewone stabiliteit en voorspelbaarheid vertonen wanneer deze wordt bediend met consistentie, regelmaat en volgens een vaste methode. Dit is wat we in deze video willen overbrengen. Om te beginnen met de constructie van een vergister, kiest u een vat met het gewenste werkvolume en de hier getoonde kenmerken.Als het vat niet is uitgerust met een verwarmde watermantel, plaats het dan in een temperatuurgecontroleerde omgeving, zoals een verwarmd waterbad of een incubatiekamer. Zet het vat verticaal vast in een gebied met voldoende horizontale werkruimte voor het plaatsen van de overige componenten. Stel het vatdeksel samen zoals hier getoond.De openingen van de effluent- en afvoertubuli moeten breed genoeg zijn om verstoppingen in de tubuli te voorkomen. De bioreactor moet een voldoende lengte hebben om tijdens het aftappen ondergedompeld te blijven in het vergistingsmedium, terwijl deze boven het deksel uitsteekt. Om de bevestiging van slangjes mogelijk te maken, moet de omhulling van de impeller zo ver mogelijk in het vergistingsmedium uitsteken.Breng vacuümvet op siliconebasis aan op het contactoppervlak van het deksel en klem dit op de bovenkant van het digestervat. Bevestig de variabele snelheidsmixer met behulp van een statief en klemmen parallel aan de verticale as van de digester en bevestig vervolgens de as van de impeller. Vanwege trillingen en bewegingen van de mixermotor is het belangrijk om een onafhankelijk en vrij bewegend statief te gebruiken.Verbind een stuk flexibele slang met zowel de toevoer- als afvoerbuizen, en sluit vervolgens een ander stuk slang aan op de gaspoort om als gasleiding te dienen; de slang moet strakker zitten dan afgebeeld om lekken te voorkomen. De volgende stap omvat het aansluiten van de biogasleiding op elk van de verschillende componenten en het plaatsen hiervan op de plank boven de vergister. Sluit eerst de gasbemonsteringspoort aan, die zich nabij de headspace van de reactor moet bevinden.Sluit vervolgens de schuimvanger aan, die minimaal 25% van het volume van de reactor moet bedragen; deze moet twee poorten bevatten, één voor de biogas-inlaatleiding en één voor de biogas-uitlaatleiding. De inlaatbuis moet dieper reiken dan de uitlaatbuis. Constructeer de waterstofsulfidewasser met een lange glazen buis met een binnendiameter van twee centimeter.Vul deze met staalwol om voldoende oppervlakte voor het strippen te bieden, maar niet zo strak dat de biogasstroom wordt geblokkeerd. Voeg aan beide uiteinden van de buis een biogasinlaat- en uitlaatpoort toe. Maak tot slot een gasreservoir van een willekeurig inklapbaar luchtdicht materiaal, zoals een dikke rubberen ballon of luchtbal met een volume dat meer dan twee keer het beoogde voedingsvolume bedraagt.Voeg vervolgens de borrelpot en de gasmeter toe als het systeem temperatuurgecontroleerd wordt door een circulerende waterverwarmer. Plaats de unit boven het vloeistofniveau van het verwarmingsmantel en gebruik flexibele slang om deze met het verwarmingsmantel te verbinden. Stel de verwarmer in op de juiste temperatuur voor mesofiele of thermofiele afbraak.Voer een lektest van het systeem uit. Begin met het vullen van de digestertank met water. Gebruik vervolgens gas om de influentleiding licht onder druk te zetten tot een druk van minder dan 5 PSI; sluit nu het anaerobe gas aan op de influentbuis.Klem vervolgens de biogasleiding en de effluentleidingen af om met zeepsop lekken rond het reactordeksel te controleren, en verwijder daarna de klem van de biogasleiding om het gehele gasbehandelingssysteem op lekken te testen. Schakel de roerder en het verwarmingselement in en laat deze een nacht draaien om te controleren of de menger en verwarmer in staat zijn tot continue werking voor het inoculeren van de vergister. Gebruik indien nodig water dat is gespoeld met een anaeroob gas om het inoculum te verdunnen tot een volume dat de vergister zal vullen.Verwijder het water uit de anaerobe reactor voor de inoculatie. Gebruik anaeroob gas om het lege reactorsysteem gedurende enkele minuten door te spoelen door het aan te sluiten op de toevoerbuis, de effluentlijn af te klemmen en de ruimte tussen de mixer, as en huls af te plakken. Om verlies van anaeroob gas te voorkomen, dient u ervoor te zorgen dat het gasreservoir wordt doorgespoeld.Sluit vervolgens een trechter aan op de toevoerbuis en voeg het inoculum toe. Meng dit periodiek om uniformiteit te garanderen. Sluit het anaerobe gas opnieuw aan op de toevoerbuis.Zet de menger aan en spoel de inhoud van de digester gedurende ten minste 15 minuten door. Mengen is echter niet noodzakelijk. Koppel vervolgens de gasclamp en de toevoerbuis los en ontklem het gasreservoir.De digester is nu in bedrijf en moet enkele dagen draaien voordat er aan voeding wordt begonnen. Verhoog na het berekenen van een conservatieve initiële organische belastingsgraad of OLR geleidelijk de OLR totdat een streefwaarde is bereikt. Bereid het voedingsmengsel voor en bewaar het bij vier graden Celsius tot het tijdstip van voeding.Giet het effluent uit de reactor door de effluentslang aan een pomp te koppelen en verwijder een volume dat gelijk is aan het volume van het toe te voegen voedingselement. Bewaar het effluent bij vier graden Celsius voor latere analyse. Om het voedingselement toe te voegen, plaatst u een trechter in de toevoerbuis en giet u het voedingselement erin, waarbij u erop let dat de vaste bestanddelen samen met de bulkvloeistof worden meegevoerd.Monitor het systeem door de digester en de bijbehorende componenten tijdens de werking frequent te controleren. Besteed hierbij bijzondere aandacht aan de meng- en verwarmingssystemen; onvoldoende menging zal leiden tot een abrupte afname van de concentratie effluentdeeltjes. Controleer periodiek of de olie of het water in de gasmeter op het juiste niveau staat en vervang de staalwol in de waterstofsulfideval, aangezien deze zwart en glanzend wordt.Door te reageren met waterstofsulfide en ijzersulfide te vormen. Voer tot slot de analyse uit zoals beschreven in het schriftelijke protocol en verifieer dat de waarden consistent binnen het gespecificeerde optimale bereik vallen. Een succesvolle inoculatie van de reactor wordt gekenmerkt door de productie van biogas binnen enkele dagen.De methaan-naar-kooldioxideverhouding van het biogas zal toenemen tijdens de acclimatisatieperiode naarmate er meer metagenische biomassa wordt gerekruteerd. De trage groei van methanogenen in vergelijking met zuurvormers maakt lange acclimatisatieperiodes en geleidelijke operationele wijzigingen noodzakelijk. Hier demonstreer we de dynamische respons van een vergister wanneer een hoge OLR te vroeg in de opstartfase wordt geïntroduceerd.In dit voorbeeld was er onvoldoende methaanbiomassa om de vluchtige vetzuren of VFA's te verwijderen die vrijkwamen tijdens de substraatdegradatiestap (zuurgenese). Dit leidde tot een ophoping van VFA's en vervolgens tot een verlaging van de pH. Om deze situatie te herstellen, werd de OLR verlaagd om de productie van VFA's door ENS te beperken en een grotere rekrutering van methanogenen mogelijk te maken voordat er werd teruggekeerd naar de hogere OLR.De vergisters vertoonden vervolgens een stabiele afbraak gedurende drie hydraulische retentietijden. Stabiele afbraak of pseudo-steady-state-omstandigheden kunnen worden aangenomen wanneer de gemeten parameters, zoals de biogasproductiesnelheden, totale VFA-concentraties, vluchtige stofconcentraties en pH-waarden, consistent binnen 10% van hun gemiddelde waarden blijven gedurende een minimale periode van één HRT of 25 dagen. De significantie hiervan wordt onthuld in deze figuur, die de langdurige respons van het CSTR-systeem op een verstoring veroorzaakt door onvoldoende menging laat zien.Door het gebrek aan adequate menging konden de vaste bestanddelen in de reactor bezinken, wat betekende dat er minder vaste stoffen werden verwijderd. Tijdens het aftappen van het effluent leidde deze ophoping tot hogere concentraties vaste stoffen in het effluent. Nadat voldoende menging was hersteld, duurde het ongeveer één HRT voordat de verteerder weer een normale concentratie vaste stoffen in het effluent vertoonde.Een anaerobe reactor is een biologisch systeem en zal daarom een zekere interne variabiliteit en prestatievariatie vertonen. Deze variabiliteit moet worden gekwantificeerd voordat de experimentator de specifieke effecten kan onderscheiden die worden veroorzaakt door experimentele verstoringen die aan het systeem worden opgelegd. Drie HRT-perioden zijn vereist voordat er een experimentele wijziging in het reactorsysteem wordt aangebracht.Omdat dit over het algemeen wordt beschouwd als een adequate periode om uit te gaan van stabiele concentraties van chemische soorten in het mengsel van actief slib, moet de experimentator aan het einde van dit interval in staat zijn om een betrouwbare basislijn voor elke gemeten parameter op te stellen. Deze basislijn dient als referentiepunt voor toekomstige experimenten die volgens deze procedure worden uitgevoerd. Andere methoden, zoals de assay voor het biochemisch methaanpotentieel, de meth-genetische activiteitstest en de assay voor enterische toxiciteit, kunnen worden uitgevoerd om vragen te beantwoorden zoals: wat is de maximale methaanopbrengst die via een bepaald substraat kan worden behaald?Wat is de metabole activiteit van de methaan-biomassa in het reactorsysteem? En in welke mate en gedurende welke periode beïnvloedt een substraatgerelateerde toxiciteit de anaerobe biomassa? Het uitvoeren van dit type analyses stelt de operator in staat om het substraat beter te karakteriseren en de geschiktheid van een IC-behandeling voor het verwerken van dit type organische afvalstoffen beter te beoordelen.Dank u wel.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Begin with an anaerobic digester, a sealed, oxygen-free reactor seeded with a synthetic sludge that mimics the settled solids from wastewater.The sludge contains mesophilic anaerobic microbes, a mixed microbial community.These microbes thrive at moderate temperatures and drive the digestion of the sludge’s organic matter.Continuously mix the sludge to sustain the bacterial activity and promote digestion.Later, add bioplastics, which are biodegradable polymers, into the sludge.During incubation,...

Anaerobic Digestion of Bioplastics for Biogas Production

Een roman Upflow Anaërobe Solid State (UAS) reactor werd gebruikt voor de productie van biogas uit vezelachtige grondstof. Digestaat van UASs reactor werd hydrothermisch verkoold in HTC biochar in een onder druk batchreactor. De integratie van de twee bio-energie concepten werd toegepast in dit onderzoek om de totale productie van bio-energie te verhogen.

Evaluatie van de geïntegreerde anaërobe vergisting en Hydrothermal Carbonisatie voor bio-

Luchtverontreiniging heeft invloed op de kwaliteit van leven van alle organismen. Hier beschrijven we het gebruik van microalgenbiotechnologie voor de behandeling van biogas (gelijktijdige verwijdering van kooldioxide en waterstofsulfide) en de productie van biomethaan door middel van semi-industriële open algenvijvers met hoge snelheid en de daaropvolgende analyse van behandelingsefficiëntie, pH, opgeloste zuurstof en microalgengroei.

Biogaszuivering door het gebruik van een microalgenbacterieel systeem in semi-industriële algenvijvers met hoge snelheid

Dit protocol beschrijft een best practice voor het bepalen van methaanproductie en microbiële kinetische parameters met behulp van respirometrie voor anaërobe microbiota, co-vergisting van voedselresten en door afval geactiveerd slib.

Het meten van het biomethaanpotentieel van voedselresten die anaeroob zijn vergist samen met door afval geactiveerd slib met behulp van respirometrie

Dit protocol presenteert een schaalbare methode om voedselafval om te zetten in biologisch afbreekbare polyhydroxyalkanoaat (PHA) bioplastics. Het maakt gebruik van gestopte anaërobe vergisting voor de voorbehandeling van voedselafval, halofiele microbiële fermentatie voor PHA-biosynthese en een chemicaliënvrij downstreamproces voor PHA-terugwinning.

Schaalbare stapsgewijze aanpak van duurzame productie van bioplastic uit voedselafval

Een cyclische druk bioreactor in staat om onderwerpen hartklep tissue om fysiologische en pathologische condities druk is ontworpen. Een LabVIEW programma stelt gebruikers in staat om de controle druk omvang, amplitude en frequentie. Dit apparaat kan gebruikt worden om de Mechanobiologie van hartklep tissue of geïsoleerde cellen te bestuderen.

Ontwerp van een Cyclic Pressure Bioreactor voor de Ex Vivo Studie van Aorta hartkleppen

In dit protocol wordt de fabricage, installatie en basisbediening van een microfluïdische picoliter bioreactor (PLBR) voor single-cel analyse van prokaryotische micro-organismen geïntroduceerd. Industrieel relevante micro-organismen werden geanalyseerd als bewijs van principe, waardoor inzichten in groeisnelheid, morfologie en fenotypische heterogeniteit over bepaalde tijdsperioden mogelijk werden, wat nauwelijks mogelijk is met conventionele methoden.

Microfluïdische Picoliter Bioreactor voor Microbiële Eéncellige Analyse: Fabricage, Systeemopstelling en Werking

Fermentoren worden gebruikt voor cultuur opbrengst en productiviteit van bioengineered cellen te verhogen. Na het screenen van meerdere microbiële en dierlijke celkweek kandidaten in schudflessen, de volgende logische stap is om biomassa de geselecteerde cultuur met de vergister te verhogen. Deze video toont de installatie en bediening van een typisch benchtop bioreactor systeem.

Exploitatie van een tafelmodel Bioreactor

Cel-adhesiviteit is essentieel voor veel benaderingen in biomateriaalonderzoek en weefselengineering. Er wordt een stapsgewijze techniek gepresenteerd die gebruik maakt van natte chemie voor de oppervlaktemodificatie van het belangrijke polymeer PTFE met peptiden.

Natte Chemie en Peptide immobilisatie op Polytetrafluoroethyleen voor betere Cel-adhesie

In deze paper presenteren we een protocol om organische materialen op textiel, die zorgt voor de directe integratie van organische elektronische apparaten met wearables selectief deponeren. De gefabriceerde apparaten kunnen volledig worden geïntegreerd in textiel, met respect voor hun mechanische uiterlijk en het mogelijk maken sensing mogelijkheden.

Een eenvoudige en schaalbare Fabrication Methode voor biologisch Electronic Devices on Textiles

Leer een continu-geroerde anaërobe vergister bouwen en bedienen voor het omzetten van organisch afval in biogas. Deze methode helpt onderzoekers bij het optimaliseren van anaërobe verwerking.

Continu-geroerd anaërobe vergister om organisch afval omzetten in biogas: Systeemconfiguratie en Basisbediening

Meer video's verkennen