Name: Purificação de Biogás através do Uso de um Sistema Microalga-Bacteriano em Lagoas Semi-Industriais de Algas de Alta Taxa (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-03-22T12:40:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Aprenda a purificar biogás usando um sistema microalga-bacteriano em lagoas semi-industriais de alta taxa. Este método remove dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio enquanto produz biometano sustentável.

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Agradecemos ao projeto número IT100423 da DGAPA UNAM pelo financiamento parcial. Agradecemos também ao PROAN e ao GSI por nos permitirem compartilhar experiências técnicas sobre a modernização completa de suas instalações completas de biogás fotossintético. O apoio técnico de 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 é muito apreciado. Parte desta pesquisa foi realizada no Laboratório de Engenharia Ambiental do IIUNAM com certificação ISO 9001:2015.

1. Configuração do sistema
NOTA: Um diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID) do sistema descrito neste protocolo é mostrado na Figura 2.
<ol><li>Montagem do reator<ol><li>Prepare o solo nivelando-o e compactando-o para melhorar a estabilidade do reator.</li>
		<li>Em um campo aberto, cavar dois buracos alongados e 3 m do final, cavar ainda um buraco de 3 m2 e 1 m de profundidade (conhecido como poço de aeração).</li>
		<li>Coloque dois HRAPs (Figura 3) dentro do espaço sobre suportes metálicos cobertos por geomembrana. Cada reator deve ter uma capacidade operacional de 22,2 m3.</li>
		<li>Coloque uma bomba de ar por reator de 1728,42 watts (2,35 hp) perto do ponto dos HRAPs onde os poços de aeração foram cavados.</li>
		<li>Fixe uma roda de pá (movida por um motor elétrico de 1103,24 watts [1,5 cv]) através do reator para promover o contato entre biomassa e meio.</li>
	</ol></li>
	<li>Configuração do tratamento de gases (Figura 4)<ol><li>Construa a coluna de dessorção com um tubo de policloreto de vinila (PVC) de 6", onde a corrente de entrada entra a 2 m do topo coberto e a corrente de saída flui do fundo (Figura 2).</li>
		<li>Configure o tanque de absorção (Vt: 2,55 m3), onde a corrente de entrada gasosa (biogás não tratado) é borbulhada do fundo através de 11 tubos difusores e vem do digestor anaeróbio através de uma tubulação de PVC de 4" passando por um soprador de biogás, um rotâmetro de 1" e uma porta de amostragem, enquanto o líquido vem da recirculação do meio após a coluna de dessorção no fundo do tanque. A saída de líquido está localizada na lateral do tanque. Ele transporta o meio enriquecido com CO2 para a coluna de controle de nível, e o gás sai da saída na parte superior do tanque, que é conectado a uma tubulação de PVC de 1" para conduzir o biometano obtido a um queimador para sua combustão contínua (Figura 2).</li>
		<li>Conecte o tanque de absorção à coluna de dessorção através de um tubo de PVC de 4", passando por uma porta de amostragem entre as duas operações (Figura 2).</li>
		<li>Construa a coluna de controle de nível com um tubo de PVC de 6" onde a entrada está localizada na parte inferior. Possui duas saídas (controladas com válvulas borboleta), dependendo das necessidades do sistema; o primeiro está localizado a uma altura de 2,5 m e o segundo a 3 m do solo (Figura 2).</li>
		<li>Conectar os fotobiorreatores HRAP através de uma tubulação de PVC de 2" à coluna de dessorção de 6", passando por uma bomba centrífuga de recirculação (1103,24 watts [1,5 hp]) e um rotâmetro de 1" (Figura 2).</li>
		<li>Conecte a coluna de controle de nível através de um tubo de PVC de 4" a um tubo de PVC programável de 40, passando por uma porta de amostragem. Em seguida, conecte-o a uma porção de tubo de PVC flexível, seguido de outro tubo de PVC de 40 e, por fim, um tubo de PVC de 4", que se abre para os fotobiorreatores HRAP (Figura 2).</li>
		<li>Montar o bypass da coluna de dessorção com tubulação de PVC de 2" e conectá-la ao tubo principal antes da porta de amostragem (Figura 2).</li>
	</ol></li>
</ol>2. Teste funcional do sistema
<ol><li>Bomba centrífuga de recirculação (1103,24 watts [1,5 cv])<ol><li>Para determinar a vazão máxima da bomba, prima o interior por pelo menos 10 min para evitar a sucção de ar e ligue-o em 230 V e 1 fase.</li>
		<li>Teste o fluxo de recirculação deixando-o fluir através do rotâmetro de 1".</li>
	</ol></li>
	<li>Sistema de borbulhamento de biogás<ol><li>Para determinar a força necessária para borbulhar pelo menos uma coluna de ar equivalente a 200 mbar, teste pelo menos 3 sopradores com potências diferentes (485,52 watts [0,66 cv], 1838,74 watts [2,5 cv] e 3309,74 watts [4,5 cv]) borbulhando ar no tanque de absorção.</li>
		<li>Verifique visualmente o tamanho e a distribuição alcançada pelas bolhas de ar no interior do tanque. Nas condições operacionais aqui descritas, o diâmetro médio previsto das bolhas é de 3 mm.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Inoculação e crescimento em condições internas
<ol><li>Transferir uma cepa pura de Arthrospira maxima de placas de ágar para 15 mL de meio mineral aquoso17 (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>Ampliar a cultura para frascos de 500 mL com meio aquoso Jourdan inócuo, utilizando 100% do volume do frasco, e deixá-la crescer em fotoperíodos de 12 h claros/12 h escuros usando lâmpadas de diodo emissor de luz (LED) com dispositivo de montagem de superfície (SMD) 2835 fornecendo luz enquanto fria a 2000 lm e sob mistura contínua por borbulhamento de ar (0,3 L/min ou 0,6 vvm). (passo com duração em torno de 1 mês).</li>
	<li>Continue o processo de expansão adicionando 20% do volume anterior ao novo volume até que 50 L sejam atingidos.</li>
	<li>Adaptar a cultura às condições de luz natural de operação e meio de cultura Jourdan em estufa em sacos transparentes de 50 L (etapa com duração em torno de 2 meses).</li>
	<li>Continuar escalando nestas condições até 5 m3 fotobiorreatores HRAP (etapa com duração em torno de 2 meses).</li>
</ol>4. Início operacional do sistema em condições externas
<ol><li>Adicione o volume total desses fotobiorreatores HRAP de 5 m3 aos fotobiorreatores HRAP de 13 m3 localizados ao ar livre e preencha o restante do volume com meio de cultura Jourdan. Iniciar a mistura através de uma roda de remo a uma velocidade de 30 cm/s, cultivando em modo batelada por 15 dias ou até atingir 0,7 g/L (etapa com duração em torno de 1 mês).</li>
	<li>Quando o crescimento atingir 0,7 g/L, transfira o volume para o HRAP operacionalde 22,2 m 3 , preencha o restante com o meio Jourdan e ajuste a roda de remo a uma velocidade de 30 cm/s. Deixe a biomassa crescer até atingir 0,7 g/L e pH 10; Uma vez atendidas essas condições, iniciar a amostragem e a colheita, se necessário.</li>
	<li>Iniciar a recirculação do líquido do fotobiorreator HRAP para o tanque de absorção em vazão variável para aumentar a produtividade da biomassa. Comece a borbulhar o biogás a uma vazão média de 3,5 m3/h após 2 h para fornecer carbono inorgânico à cultura. Preste atenção ao pH, pois ele deve permanecer acima de 9. OBS: Antes de recircular o meio através do tanque de absorção, acione a bomba centrífuga descrita acima.</li>
	<li>Adição de nutrientes: Monitorar as condições de nutrientes semanalmente durante a colheita e o balanço geral de nitrogênio assumindo o estado estacionário calculado como mostrado: MNaNO3 = (MBiomassa x 0,10)/0,12 [g] Onde: MNaNO3 = Massa de nitrato de sódio [g] MBiomassa = Biomassa colhida [g] 1.10: Produção em massa de azoto/biomassa16 [g/g] 1.12: Fracção mássica de azoto em nitrato de sódio [g/g]</li>
	<li>Com os resultados do balanço de nitrogênio, reformule o meio Jourdan para adicionar a quantidade proporcional de Na3PO4·12H2O, MgSO4·7H2O e FeSO4·7H2O. Não adicione mais bicarbonato de sódio ou cloreto de sódio. NOTA: Dissolva os nutrientes em água limpa antes de adicioná-los aos reatores.</li>
	<li>Monitore a evaporação da água e adicione semanalmente, se necessário.</li>
</ol>5. Amostragem e análise
<ol><li>Biogás<ol><li>Recolher amostras do biogás da saída de recolha antes do reservatório de absorção e da saída de recolha após o reservatório, ligando um saco de fluoreto de polivinilo de 10 L à saída com um tubo flexível de diâmetro adequado; Coloque cada um em sacos separados de fluoreto de polivinila.</li>
		<li>Calibrar o analisador de gás portátil ajustando o transdutor de pressão a zero e aguardando estabilização. Faça isso pressionando Iniciar, depois Avançar e conectando um tubo transparente e um tubo amarelo, conforme as instruções do analisador. Pressione Next e, finalmente, Gas Readings.</li>
		<li>Conecte cada amostra contida nos sacos de fluoreto de polivinila ao analisador, pressione Avançar e meça as concentrações de CH4, CO2, O2 e H2S em %vol de ambos os pontos do sistema.</li>
		<li>Determinar a relação líquido/biogás de recirculação volumétrica (L/G) dividindo o fluxo de recirculação de líquido pelo fluxo de produção de biogás. Calcular o fluxo de gás correspondente (m3/h) que apresenta a maior eficiência de remoção de CO2 e H2S.</li>
	</ol></li>
	<li>Medição on-line das condições do sistema (pH, oxigênio dissolvido, temperatura)<ol><li>Calibrar todos os sensores de acordo com as especificações do fabricante.</li>
		<li>Coloque um sensor de pH, um sensor de oxigênio dissolvido (OD) e um sensor de temperatura no líquido de cada HRAP. NOTA: Para a marca e as especificações de cada um dos sensores, consulte o arquivo Tabela de materiais.</li>
		<li>Conecte os sensores de pH e DO a um dispositivo de aquisição de dados que consiste em um processador quad-core de 64 bits de 1,4 GHz conectado a uma tela portátil que armazena um programa Python pré-fabricado escrito em Integrated Development and Learning Environment (IDLE) 2.7.<ol><li>Abra o programa através da tela e indique os intervalos de tempo para armazenar cada ponto de dados (neste caso, a cada 2 min).</li>
			<li>Crie uma planilha onde o programa armazenará automaticamente os dados coletados.</li>
			<li>Clique no botão que lê ON, indicando que está pronto para começar a armazenar dados.</li>
			<li>Para interromper a aquisição de dados, clique no botão que lê OFF.</li>
			<li>Para baixar as informações, insira um barramento serial universal (USB) e importe a planilha.</li>
		</ol></li>
		<li>Conecte o sensor de temperatura a um termoregistrador para armazenar os dados registrados durante os experimentos.</li>
	</ol></li>
	<li>Testes exploratórios curtos<ol><li>Determine o L/G mais eficiente<ol><li>Regular o fluxo de biogás de entrada para selecionar o valor L/G a ser testado (0,5, 1, 1,5, 1,6, 2, 2,5, 3,3, 3,4).</li>
			<li>Medir o pH e as concentrações de entrada e saída de cada gás (CH4, CO2, H2S, O2, N2) no início e a cada 15 min por uma hora (60 min), utilizando os instrumentos descritos anteriormente.</li>
			<li>Determine o L/G mais eficiente comparando os valores de saída e escolha o mais conveniente de acordo com as necessidades do experimento.</li>
		</ol></li>
		<li>Relação entre L/G, pH e CO2<ol><li>Escolha pelo menos dois L/G's para comparar.</li>
			<li>Para cada L/G, medir o pH e as concentrações de entrada e saída de CO2 e de H2S, O2 e N2 como controle no início, a cada 15 min por 60 min e, em seguida, a cada hora por um total de 5 h, usando os instrumentos descritos anteriormente.</li>
			<li>Calcule as porcentagens de remoção de CO2 usando a equação: %CO2 remoção = ((CO2in - CO2out)/(CO2in)) x 100</li>
			<li>Representar graficamente os resultados e comparar o comportamento do pH e CO2 para cada um dos L/G's testados.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Curva de calibração para correlacionar peso de biomassa por litro de cultura versus absorbância a 750 nm18<ol><li>Amostra da cultura de algas para tentar obter uma absorbância de 1,0. Se a cultura tiver uma absorbância inferior a 1,0, extrair água por filtração (filtro de 0,45 μm) de uma amostra de cultura. Se a absorbância for maior que 1, ela pode ser diminuída pela adição de um meio de cultura fresco.</li>
		<li>Preparar cinco suspensões de células de algas usando a amostra e adicionar meio de cultura fresco, em porcentagem volume/volume (V/V): 100%, 80%, 60%, 40% e 20%.</li>
		<li>Medir e registrar a absorbância a 750 nm das cinco soluções com um espectrofotômetro usando cubetas plásticas, onde o meio de cultura fresco é o branco.</li>
		<li>Determinar o peso da biomassa por litro de cultura de cada suspensão filtrando 10 mL através de um filtro de 0,45 μm previamente pesado e secando a amostra em um exsicador de sílica por 24 h e depois 48 h para garantir um peso constante. Repita esta etapa para cada uma das cinco soluções. NOTA: Uma temperatura mais alta (acima de 60 °C) não é recomendada para a secagem devido à perda de certos compostos chave que poderiam volatilizar e alterar o peso da amostra.</li>
		<li>Uma vez confirmado o peso, calcule a concentração de biomassa dentro do reator com a equação: Concentração de biomassa = (Peso da biomassa - peso do filtro) x 1000/Volume filtrado [g/L]</li>
		<li>Faça uma regressão linear dos dados de peso da biomassa em gramas por litro de cultura em função da absorbância medida a 750 nm usando uma planilha ou qualquer outro software. O coeficiente de regressão linear deve ser maior que 0,95; caso contrário, a curva não é útil e o protocolo deve ser repetido. NOTA: É descrito como peso de biomassa e não como peso seco como a maioria dos métodos, pois o método de secagem utilizado não permite a remoção total de água na amostra, deixando um teor de água inferior a 5%19.</li>
	</ol></li>
	<li>Crescimento de biomassa<ol><li>Monitore os reatores todos os dias. Pegue uma amostra de 1 L do ponto médio entre a roda de remos e seu retorno de cada cultura e leve-a ao laboratório.</li>
		<li>Verificar o crescimento da colônia e a pureza da cultura ao microscópio.</li>
		<li>Medir e registar a absorbância a 750 nm das amostras com um espectrofotómetro, onde o meio de cultura fresco é o branco.</li>
		<li>Comparar com a curva de calibração para obter o peso estimado da biomassa em gramas por litro.</li>
		<li>Registre o crescimento de cada reator de pista.</li>
	</ol></li>
	<li>Produção de biomassa - colheita<ol><li>Monitore os reatores todos os dias. Se o crescimento da biomassa for superior a 0,7 g/L durante a amostragem, a colheita é necessária.</li>
		<li>Alternando entre ambos os HRAPs, coloque uma malha de poliéster em cima de uma seção em uma extremidade do reator e coloque uma extremidade de um tubo de PVC flexível dentro do fluxo do líquido para que a outra extremidade drene o líquido em cima da malha.</li>
		<li>Escorra entre 4500 L a 7500 L (dependendo da saturação de biomassa do reator) para a malha, mantendo um fluxo contínuo de volta para o HRAP correspondente. A biomassa será retida na malha.</li>
		<li>Para colher, retire a malha do topo do reator e coloque-a em uma superfície diferente para raspar a biomassa e colocá-la em um funil.</li>
		<li>Empurre a biomassa através do funil para criar formas alongadas em cima de uma malha limpa e seca; Coloque a malha em uma sala quente e coberta (34-36 °C) por 48-72 h.</li>
		<li>Depois de seca, retire a biomassa da malha e pese-a. Calcular a concentração de biomassa colhida em g/L com estas equações: Volume de líquido drenado = Vazão da bomba x Tempo de drenagem [L] Concentração de biomassa colhida = Peso da biomassa colhida/Volume de líquido drenado [g/L]</li>
	</ol></li>
</ol>

Cultivo de microalgas para obtenção de biometano a partir de biogás de resíduos de suínos

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Conflito de interesses. Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

Ao longo dos anos, esta tecnologia de algas tem sido testada e usada como uma alternativa às técnicas físico-químicas ásperas e caras para purificar o biogás. Particularmente, o gênero Arthrospira é amplamente utilizado para este fim específico, juntamente com Chlorella. Existem poucas metodologias, no entanto, que são feitas em escala semi-industrial, o que agrega valor a esse procedimento.
É fundamental manter concentrações mais baixas de O2 usando a relação L/G adequada; no entanto, isso depende da região onde esse protocolo será aplicado. O teor de oxigênio é fortemente regulado no biometano devido ao risco de explosão e corrosão nas tubulações. Alguns países da União Europeia exigem que os conteúdos sejam tão baixos quanto 1% vol 29,30,31. O metano, por outro lado, deve estar em uma concentração superior a 65% vol31. No México, quase não há regulamentação sobre biogás e biometano, pois é considerado equivalente ao gás natural, onde, de acordo com as normas mexicanas32, o teor mínimo de CH4 no biometano é de 84%vol e um teor máximo de O2 de 0,20%vol é permitido.
Além disso, o pH determina grandemente a remoção de CO2 , mais do que L/G, durante o cultivo, razão pela qual é fundamental manter o controle adequado do pH durante toda a metodologia, particularmente durante o borbulhamento do biogás. É importante entender que, uma vez que o CO2 é solubilizado no líquido, há um equilíbrio químico em jogo que afeta diretamente os níveis de pH. Nos níveis de pH em torno dos quais essas culturas oscilaram (8,5-9,5), os bicarbonatos são a forma em que essa molécula está presente, com discreto aumento de carbonatos na extremidade superior da faixa de pH33. Nessa forma, as microalgas também são capazes de metabolizar o carbono durante as reações de escuro da fotossíntese para produzir carboidratos34. O momento do borbulhamento do biogás também é importante, do qual é recomendado manter o borbulhar diurno. No entanto, L/G também afeta a remoção de CO2 e o pH, como pode ser visto na figura 5. A porcentagem de remoção e o pH na proporção de 1,58 foram menos consistentes e muito inferiores aos registrados para a razão de 1,64. Esse comportamento pode ser atribuído a uma maior ingestão de gás na razão de recirculação (mais gás faz uma relação menor), o que reduziu o pH em um ritmo mais rápido. No entanto, também pode-se argumentar que o pH inicial para 1,64 foi maior, o que favoreceu o comportamento tamponante das eficiências de eliminação de CO2 durante este teste. L/G neste protocolo é controlado através da quantidade de biogás que é borbulhado; no entanto, outros protocolos variam a taxa de recirculação do líquido, o que também é uma opção. Além disso, não é possível borbulhar biogás à noite devido à acidificação da cultura e metabolismo de algas, uma vez que não é fornecida luz artificial neste momento.
Outro fenômeno que introduz variabilidade na validade dos resultados é o borbulhamento intermitente de ar utilizado para evitar a sedimentação da biomassa nos reatores, o que impede a inibição do crescimento pelo acúmulo de oxigênio. Isso, no entanto, não pode ser evitado se esse método for usado. Uma alternativa ao borbulhamento de ar é adicionar mais rodas de remo para melhorar o movimento ao longo do comprimento do reator, o que pode ser eficaz em outros experimentos. Por outro lado, as extensas áreas de terra necessárias para a instalação dos reatores, bem como o consumo significativo de água para iniciar e manter o sistema, a fim de obter uma produtividade justa de biometano.
É importante notar que este processo de amostragem regular utiliza a curva de calibração peso biomassa - absorbância (Figura 9), onde a correlação entre os dados é de quase 1 (0,9995); Embora o método possa não ser baseado em um artigo anterior sobre as mesmas algas, o coeficiente de determinação mostra uma forte conexão estatística de que este método é confiável. Além disso, é relevante descrever a importância tanto da amostragem quanto da colheita em uma metodologia como esta. A amostragem permitiu a manutenção adequada da cultura das algas, enquanto a colheita serviu a um triplo propósito: primeiro, evitou a inibição do crescimento devido à superlotação da cultura, o que poderia causar acúmulo de oxigênio35; em segundo lugar, a recuperação da biomassa algal pode conduzir a novas oportunidades económicas; e, finalmente, concedeu mais uma oportunidade para medir a tendência de crescimento da cultura.
No entanto, determinar os momentos apropriados para a colheita (que neste protocolo são definidos pelos resultados das amostragens) também é uma etapa crítica, pois reduz a biomassa nos reatores. Uma menor concentração de biomassa afeta o pH e a remoção de CO2 como um ciclo: em condições desfavoráveis do sistema (por exemplo, em valores de pH mais baixos), o crescimento da biomassa desacelera, o que, por sua vez, diminui a capacidade do sistema de eliminar CO2, pois há menos biomassa para metabolizá-lo; mais CO2 dissolvido acidificaria o meio de cultura e fecharia o ciclo36. Muitos outros fatores contribuem para o crescimento do pH e da biomassa, que não devem ser negligenciados nessa simplificação excessiva de causa-efeito; a disponibilidade de nitrogênio pode ser extremamente importante para as algas Arthrospira maxima, assim como as condições climáticas, como temperatura e intensidade luminosa16,36, que não podem ser controladas em um sistema como este. Como exemplo, a adição de ureia, como visto na Figura 4, é a prova de que o nitrogênio, juntamente com valores de pH mais elevados, pode regularizar um sistema de algas.
Outras limitações desse método estão relacionadas à produtividade de colheita, que, quando comparada à amostragem, é cerca de 50% menos eficiente, o que dificulta a viabilidade econômica do sistema e exigiria o aprimoramento das técnicas de filtração. Os resultados do peso de colheita são superestimados em 6% (medidos posteriormente seguindo os métodos padrão de peso seco), dado que as condições de secagem nessa parte do protocolo não resultam na eliminação total de água. No quesito biomassa, os resultados das amostragens (incluindo a curva de calibração) são superestimados em pelo menos 5% devido à eliminação incompleta de água na metodologia19; No entanto, como o erro é sistemático, recomenda-se apenas proceder com uma análise termogravimétrica para verificar o teor de água na cultura para considerar e fazer as correções analíticas nos resultados e na curva de calibração.

Nos últimos anos, várias tecnologias têm surgido para purificar o biogás em biometano, promovendo seu uso como combustível não fóssil, mitigando, assim, as emissões indesizáveis de metano1. A poluição do ar é um problema que afeta a maior parte da população mundial, particularmente em áreas urbanizadas; Em última análise, cerca de 92% da população mundial respira ar poluído2. Na América Latina, os índices de poluição do ar são gerados principalmente pelo uso de combustíveis, sendo que, em 2014, 48% da poluição do ar foi provocada pelo setor de produção de eletricidade e calor3.
Na última década, mais e mais estudos sobre a relação entre poluentes no ar e o aumento das taxas de mortalidade têm sido propostos, argumentando que há uma forte correlação entre ambos os conjuntos de dados, particularmente em populações infantis.
Como forma de evitar a continuação da poluição atmosférica, várias estratégias têm sido propostas; uma delas é o uso de fontes renováveis de energia, incluindo turbinas eólicas e células fotovoltaicas, que diminuem a liberação de CO2 na atmosfera 4,5. Outra fonte de energia renovável provém do biogás, subproduto da digestão anaeróbia da matéria orgânica, produzida juntamente com um digestato orgânico líquido6. Esse gás é composto por uma mistura de gases e suas proporções dependem da fonte de matéria orgânica utilizada para digestão anaeróbia (lodo de esgoto, esterco bovino ou biorresíduos agroindustriais). Geralmente, essas proporções são 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), hidrocarbonetos (0-200 mg/m3) e siloxanos (0-41 mg/m3)7,8,9, onde a comunidade científica está interessada no gás metano por ser este o componente energético renovável da mistura.
No entanto, o biogás não pode ser simplesmente queimado como obtido porque os subprodutos da reação podem ser nocivos e contaminantes; Isso aumenta a necessidade de tratar e purificar a mistura para aumentar a porcentagem de metano e diminuir o restante, essencialmente convertendo-o em biometano10. Esse processo também é conhecido como atualização. Embora atualmente existam tecnologias comerciais para esse tratamento, essas tecnologias apresentam diversos inconvenientes econômicos e ambientais 11,12,13. Por exemplo, sistemas com lavagem de carvão ativado e água (ACF-WS), lavagem sob pressão de água (PWS), permeação de gás (GPHR) e adsorção por oscilação de pressão (PSA) apresentam algumas desvantagens econômicas ou outras de impacto ambiental. Uma alternativa viável (Figura 1) é o uso de sistemas biológicos como os que combinam microalgas e bactérias cultivadas em fotobiorreatores; Algumas vantagens incluem a simplicidade de projeto e operação, o baixo custo operacional e suas operações e subprodutos ecologicamente corretos 10,13,14. Quando o biogás é purificado em biometano, este pode ser utilizado como substituto do gás natural, e o digerido pode ser implementado como fonte de nutrientes para apoiar o crescimento de microalgas no sistema10.
Um método amplamente utilizado neste procedimento de atualização é o crescimento de microalgas em fotorreatores de pista aberta acoplado a uma coluna de absorção, devido aos menores custos de operação e ao mínimo capital de investimento necessário6. O tipo de reator de pista de corrida mais utilizado para esta aplicação é o lago de algas de alta taxa (HRAP), que é um lago de pista raso onde a circulação do caldo de algas ocorre através de uma roda de remo de baixa potência14. Esses reatores necessitam de grandes áreas para sua instalação e são muito suscetíveis à contaminação se utilizados em condições externas; em processos de purificação de biogás, recomenda-se o uso de condições alcalinas (pH > 9,5) e o uso de espécies de algas que prosperam em níveis mais elevados de pH para aumentar a remoção de CO2 e H2S, evitando contaminação15,16.
Este trabalho teve como objetivo determinar a eficiência do tratamento de biogás e a produção final de biometano utilizando fotobiorreatores HRAP acoplados a um sistema de coluna de absorção-dessorção e um consórcio de microalgas.

<table><tbody><tr><td>rotâmetro de 1"</td><td>CICLOTEC</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>rotâmetro de 1"</td><td>GPI</td><td>A10-LMA100IA1</td><td></td></tr><tr><td>Tanque de absorção</td><td>EFISA</td><td>Fabricado sob design</td><td></td>anterior</tr><tr><td>Soprador de ar (2,35 HP)</td><td>Elmo Rietschle</td><td>2BH11007AH01</td><td></td></tr><tr><td>Soprador de biogás (2 HP)</td><td>Elmo Rietschle</td><td>2BH11007AH01</td><td></td></tr><tr><td>Composição do biogás medida</td><td>Geotech</td><td>BIOGAS 5000</td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo de aquisição de dados</td><td>LabJack Co.</td>Tubos difusores <td>U3-LV</td><td></td></tr><tr><td></td> Sensor de <td>OD C3060AR</td><td></td><td>Aero-Tube</td></tr><tr><td></td><td>Aplica-se</td><td>Z10023525</td><td></td></tr><tr><td>Fosfato trissódico dodecahidratado&nbsp;</td><td>Química PIMA</td><td>N/A</td><td>Grau de fertilizante (uso em estufa e experiência)</td></tr><tr><td>Fosfato trissódico dodecahidratado&nbsp;</td><td>Fermont</td><td>35963</td><td>Grau analítico (Usado em culturas dentro do laboratório)</td></tr> <tr><td>Membrana Durapore (45 &micro; m)</td> <td>MerckMillipore</td><td>HVLP04700&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Motor elétrico 1,5 HP</td><td>Weg</td><td>00158ET3ERS56C</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato ferroso heptahidratado</td><td>Agroquímica Samet</td><td>N/A</td><td>Grau fertilizante (uso em estufa e experimental)</td></tr><tr><td>Sulfato ferroso heptahidratado</td><td>Fermont</td><td>63593</td><td>Grau analítico (Usado em culturas dentro do laboratório)</td></tr><tr><td>Geomembrana</td><td>GEOSINCERE</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Magnésio sulfato heptahidratado</td><td>Tepeyac</td><td>N/A</td><td>Grau de fertilizante (uso em estufa e experimental)</td></tr><tr><td>Sulfato de magnésio heptahidratado</td><td>Fermont</td><td>63623</td><td>Grau analítico (Usado em culturas dentro do laboratório)</td></tr><tr><td>Roda de pás</td><td>GSI</td><td>Feito sob sensor de pH de design</td><td></td>anterior</tr><tr><td></td><td>Van London pHoenix</td><td>715-772-0041</td><td></td></tr><tr><td>Tela portátil</td><td>Rasspberry</td><td>Pi 3 B+</td><td></td></tr><tr><td>Bomba centrífuga de recirculação (1.5 HP)</td><td>Aquapak&nbsp;</td><td>ALY 15</td><td></td></tr><tr><td>Bicarbonato de sódio</td><td>Industria del alcali</td><td>N/A</td><td>Grau de fertilizante (uso em estufa e experimento)</td></tr><tr><td>Bicarbonato de sódio</td><td>Fermont</td><td>12903</td><td>Grau analítico (usado em culturas dentro do laboratório)</td></tr><tr><td>Cloreto de sódio</td><td>Sal Colima</td><td>N/A</td><td>Grau de fertilizante (uso em estufa e experimento)</td></tr><tr><td>Cloreto de sódio</td><td>Fermont</td><td>24912</td><td>Grau analítico (Usado em culturas dentro do laboratório)</td></tr><tr><td>Nitrato de sódio</td><td>Vitraquim</td><td>N/A</td><td>Grau de fertilizante (uso em estufa e experimento)</td></tr><tr><td>Nitrato de sódio</td><td>Fermont</td><td>41903</td><td>Grau analítico (Usado em culturas dentro do laboratório)</td></tr><tr><td>Programa de armazenamento (pH, DO)</td><td>&nbsp; Fundação de Software Python&nbsp;</td><td>Python IDLE 2.7</td><td></td></tr><tr><td>Tedlar sacos</td><td>SKC Inc.</td><td>232-25</td><td></td></tr><tr><td>Registrador de temperatura</td><td>T & D</td><td>TR-52i</td><td></td></tr><tr><td>Espectrofotômetro UV-Vis</td><td>ThermoFisher Instrumento científico</td><td>GENESYS 10S&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de vácuo</td><td>EVAR</td><td>EV-40</td><td></td></tr></tbody></table>

purificação de biogás através do uso de um sistema microalga-bacteriano em lagoas semi-industriais de algas de alta taxa

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

Nos últimos anos, várias tecnologias surgiram para purificar o biogás em biometano. Esta purificação implica uma redução na concentração de gases poluentes como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogénio para aumentar o teor de metano. Neste estudo, utilizou-se uma tecnologia de cultivo de microalgas para tratar e purificar o biogás produzido a partir de resíduos orgânicos da suinocultura para obtenção de biometano pronto para uso. Para cultivo e purificação, dois fotobiorreatores de lagoa aberta de 22,2m3 acoplados a um sistema de coluna de absorção-dessorção foram instalados em San Juan de los Lagos, México. Várias relações líquido/biogás de recirculação (L/G) foram testadas para obter as maiores eficiências de remoção; outros parâmetros, como pH, oxigênio dissolvido (OD), temperatura e crescimento da biomassa, foram medidos. Os L/Gs mais eficientes foram 1,6 e 2,5, resultando em um efluente de biogás tratado com composição de 6,8%vol e 6,6%vol em CO2, respectivamente, e eficiências de remoção para H2S de até 98,9%, além de manter valores de contaminação por O2 inferiores a 2% vol. Verificamos que o pH determina grandemente a remoção de CO2 , mais do que L/G, durante o cultivo, devido à sua participação no processo fotossintético de microalgas e sua capacidade de variar o pH quando solubilizado devido à sua natureza ácida. OD e temperatura oscilaram como esperado a partir dos ciclos naturais claro-escuro da fotossíntese e da hora do dia, respectivamente. O crescimento da biomassa variou com a alimentação com CO2 e nutrientes, bem como com a colheita em reator; no entanto, a tendência manteve-se preparada para o crescimento.

A poluição do ar impacta a qualidade de vida de todos os organismos. Aqui, descrevemos o uso da biotecnologia de microalgas para o tratamento de biogás (remoção simultânea de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio) e a produção de biometano através de lagoas de algas semi-industriais abertas de alta taxa e subsequente análise da eficiência do tratamento, pH, oxigênio dissolvido e crescimento de microalgas.

Purificação de Biogás através do Uso de um Sistema Microalga-Bacteriano em Lagoas Semi-Industriais de Algas de Alta Taxa

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

Nossa pesquisa se concentra no desenvolvimento de biotecnologia de microalgas sustentável e viável para biometano Mostramos que foi possível escalar o filtro de biogás até alguma escala industrial sob outras condições. O processo de escalonamento visa tratar fluxos maiores de biogás em instalações menores com o objetivo de torná-lo mais viável economicamente. Adicionalmente, o processo busca promover condições operacionais que possam levar a uma maior produção de valor pelos produtos extraídos da biomassa de microalgas.Através de um processo em escala real exposto a condições externas, descobrimos várias espécies de microalgas que nos permitem operar o filtro de microalgas de forma eficiente. Também identificamos as condições operacionais ideais que levam a uma maior concentração volumétrica de biometano. Conseguimos escalar com sucesso o filtro de microalgas para operações em escala real e identificar as condições ideais de operação para fotobiorreatores e filtro de microalgas para atingir concentrações de metano de até 85% do volume.O uso de outras espécies de microalgas nas mesmas condições operacionais poderia melhorar a eficiência do desempenho do filtro de microalgas. Na primavera e verão, o aumento da temperatura ajudará na eficiência do sistema.

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Otimizar Configurações de gases de combustão para promover o crescimento de microalgas em fotobiorreatores via simulações de computador

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