Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

تنقية الغاز الحيوي من خلال استخدام نظام الطحالب الدقيقة البكتيرية في أحواض الطحالب شبه الصناعية عالية المعدل

Published: March 22, 2024 doi: 10.3791/65968
Automatic Translation
1, 2, 1, 1
1Instituto de Ingeniería, Ciudad Universitaria, Universidad Nacional Autónoma de México, 2Granos y Servicios Integrales

Summary

يؤثر تلوث الهواء على نوعية حياة جميع الكائنات الحية. هنا ، نصف استخدام التكنولوجيا الحيوية للطحالب الدقيقة لمعالجة الغاز الحيوي (الإزالة المتزامنة لثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين) وإنتاج الميثان الحيوي من خلال أحواض الطحالب المفتوحة عالية المعدل شبه الصناعية والتحليل اللاحق لكفاءة المعالجة ، ودرجة الحموضة ، والأكسجين المذاب ، ونمو الطحالب الدقيقة.

Abstract

في السنوات الأخيرة ، ظهر عدد من التقنيات لتنقية الغاز الحيوي إلى الميثان الحيوي. يستلزم هذا التنقية انخفاضا في تركيز الغازات الملوثة مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين لزيادة محتوى الميثان. في هذه الدراسة ، استخدمنا تقنية زراعة الطحالب الدقيقة لمعالجة وتنقية الغاز الحيوي المنتج من النفايات العضوية من صناعة الخنازير للحصول على الميثان الحيوي الجاهز للاستخدام. للزراعة والتنقية ، تم إنشاء مفاعلين بيولوجيين ضوئيين مفتوحين بمساحة 22.2 م3 مقترنين بنظام عمود امتصاص وامتصاص في سان خوان دي لوس لاغوس ، المكسيك. تم اختبار العديد من نسب سائل إعادة التدوير / الغاز الحيوي (L / G) للحصول على أعلى كفاءة في الإزالة. تم قياس المعلمات الأخرى ، مثل درجة الحموضة والأكسجين المذاب (DO) ودرجة الحرارة ونمو الكتلة الحيوية. كانت L/Gs الأكثر كفاءة هي 1.6 و 2.5 ، مما أدى إلى تدفق الغاز الحيوي المعالج بتركيبة 6.8٪ حجم و 6.6٪ حجم في ثاني أكسيدالكربون ، على التوالي ، وكفاءة إزالة H2S تصل إلى 98.9٪ ، بالإضافة إلى الحفاظ على قيم تلوث O2 أقل من 2٪ حجم. وجدنا أن الرقم الهيدروجيني يحدد بشكل كبير إزالة CO2 ، أكثر من L / G ، أثناء الزراعة بسبب مشاركته في عملية التمثيل الضوئي للطحالب الدقيقة وقدرته على تغيير درجة الحموضة عند إذابته بسبب طبيعته الحمضية. تذبذب درجة الحرارة كما هو متوقع من الدورات الطبيعية الفاتحة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي والوقت من اليوم ، على التوالي. وتباين نمو الكتلة الحيوية مع ثاني أكسيد الكربون2 وتغذية المغذيات وكذلك حصاد المفاعلات. ومع ذلك، ظل الاتجاه مهيأ للنمو.

Introduction

في السنوات الأخيرة ، ظهرت العديد من التقنيات لتنقية الغاز الحيوي إلى الميثان الحيوي ، وتعزيز استخدامه كوقود غير أحفوري ، وبالتالي التخفيف من انبعاثات الميثان غير القابلة للتحسان1. تلوث الهواء مشكلة تؤثر على معظم سكان العالم ، لا سيما في المناطق الحضرية. في نهاية المطاف ، يتنفس حوالي 92٪ من سكان العالم هواء ملوثا2. في أمريكا اللاتينية ، يتم إنشاء معدلات تلوث الهواء في الغالب عن طريق استخدام الوقود ، حيث في عام 2014 ، تم جلب 48٪ من تلوث الهواء من قبل قطاع إنتاج الكهرباء والحرارة3.

في العقد الماضي ، تم اقتراح المزيد والمزيد من الدراسات حول العلاقة بين الملوثات في الهواء والزيادة في معدلات الوفيات ، بحجة أن هناك علاقة قوية بين مجموعتي البيانات ، لا سيما في مجموعات الأطفال.

وكطريقة لتجنب استمرار تلوث الهواء، اقترحت عدة استراتيجيات؛ أحد هذه العوامل هو استخدام مصادر الطاقة المتجددة ، بما في ذلك توربينات الرياح والخلايا الكهروضوئية ، والتي تقلل من إطلاق CO2 في الغلاف الجوي 4,5. مصدر آخر للطاقة المتجددة يأتي من الغاز الحيوي ، وهو منتج ثانوي للهضم اللاهوائي للمواد العضوية ، يتم إنتاجه جنبا إلى جنب مع الهضم العضوي السائل6. يتكون هذا الغاز من خليط من الغازات ، وتعتمد نسبها على مصدر المادة العضوية المستخدمة في الهضم اللاهوائي (حمأة الصرف الصحي أو روث الماشية أو النفايات الحيوية الصناعية الزراعية). بشكل عام ، هذه النسب هي CH4 (53٪ -70٪ vol) ، CO2 (30٪ -47٪ vol) ، N2 (0٪ -3٪ vol) ، H2O (5٪ -10٪ vol) ، O2 (0٪ -1٪ vol) ، H2S (0-10000 ppmv) ، NH3 (0-100 ppmv) ، الهيدروكربونات (0-200 mg / m3) و siloxanes (0-41 mg / m3) 7,8,9 ، حيث يهتم المجتمع العلمي بغاز الميثان لأن هذا هو المكون النشط المتجدد للخليط.

ومع ذلك ، لا يمكن حرق الغاز الحيوي ببساطة كما تم الحصول عليه لأن المنتجات الثانوية للتفاعل يمكن أن تكون ضارة وملوثة ؛ هذا يثير الحاجة إلى معالجة وتنقية الخليط لزيادة نسبة الميثان وتقليل الباقي ، وتحويله بشكل أساسي إلى الميثانالحيوي 10. تعرف هذه العملية أيضا باسم الترقية. على الرغم من وجود تقنيات تجارية حاليا لهذا العلاج ، إلا أن هذه التقنيات لها العديد من العيوب الاقتصادية والبيئية11،12،13. على سبيل المثال ، تمثل الأنظمة التي تحتوي على الكربون المنشط وغسل الماء (ACF-WS) ، وغسل الماء بالضغط (PWS) ، وتخلل الغاز (GPHR) ، وامتصاص تأرجح الضغط (PSA) بعض العيوب الاقتصادية أو غيرها من عيوب التأثير البيئي. البديل القابل للتطبيق (الشكل 1) هو استخدام النظم البيولوجية مثل تلك التي تجمع بين الطحالب الدقيقة والبكتيريا المزروعة في المفاعلات الحيوية الضوئية. تشمل بعض المزايا بساطة التصميم والتشغيل ، وتكاليف التشغيل المنخفضة ، وعملياتها الصديقة للبيئة ومنتجاتها الثانوية10،13،14. عندما يتم تنقية الغاز الحيوي إلى الميثان الحيوي ، يمكن استخدام الأخير كبديل للغاز الطبيعي ، ويمكن تنفيذ الهضم كمصدر للمغذيات لدعم نمو الطحالب الدقيقة في النظام10.

إحدى الطرق المستخدمة على نطاق واسع في إجراء الترقية هذا هي نمو الطحالب الدقيقة في المفاعلات الضوئية في المجاري المائية المفتوحة إلى جانب عمود الامتصاص بسبب انخفاض تكاليف التشغيل والحد الأدنى من رأس المال الاستثماري اللازم6. النوع الأكثر استخداما من مفاعلات المجاري المائية لهذا التطبيق هو بركة الطحالب عالية المعدل (HRAP) ، وهي بركة مجرى مائي ضحلة حيث يحدث دوران مرق الطحالب عبر عجلة مجداف منخفضة الطاقة14. وتحتاج هذه المفاعلات إلى مساحات كبيرة لتركيبها وهي شديدة التأثر بالتلوث إذا استخدمت في ظروف خارجية؛ في عمليات تنقية الغاز الحيوي ، ينصح باستخدام الظروف القلوية (درجة الحموضة > 9.5) واستخدام أنواع الطحالب التي تزدهر في مستويات الأس الهيدروجيني الأعلى لتعزيز إزالة CO2 و H2S مع تجنب التلوث15,16.

يهدف هذا البحث إلى تحديد كفاءة معالجة الغاز الحيوي والإنتاج النهائي للميثان الحيوي باستخدام المفاعلات الحيوية الضوئية HRAP إلى جانب نظام عمود الامتصاص والامتزاز واتحاد الطحالب الدقيقة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد النظام

ملاحظة: يظهر الشكل 2 مخطط الأنابيب والأجهزة (P&ID) للنظام الموصوف في هذا البروتوكول.

  1. إعداد المفاعل
    1. جهز الأرض عن طريق تسويتها وضغطها لتحسين استقرار المفاعل.
    2. في حقل مفتوح ، احفر فتحتين ممدودتين و 3 أمتار من النهاية ، وحفر حفرة بعمق 3 م2 و 1 م (تعرف باسم بئر التهوية).
    3. ضع اثنين من HRAPs (الشكل 3) داخل المساحة على دعامات معدنية مغطاة بغشاء أرضي. يجب أن يكون لكل مفاعل قدرة تشغيل تبلغ 22.2 م3.
    4. ضع مضخة هواء لكل مفاعل بقوة 1728.42 واط (2.35 حصان) بالقرب من نقطة HRAPs حيث تم حفر آبار التهوية.
    5. ثبت عجلة مجداف (تحركها محرك كهربائي بقوة 1103.24 واط [1.5 حصان]) عبر المفاعل لتعزيز الاتصال بين الكتلة الحيوية والوسط.
  2. إعداد معالجة الغاز (الشكل 4)
    1. قم ببناء عمود الامتزاز بأنبوب كلوريد البولي فينيل (PVC) مقاس 6 بوصات ، حيث يدخل تيار المدخل على بعد 2 متر من الجزء العلوي المغطى ، ويتدفق تيار المخرج من الأسفل (الشكل 2).
    2. قم بإعداد خزان الامتصاص (Vt: 2.55 m3) ، حيث يتم فقاعات تيار المدخل الغازي (الغاز الحيوي غير المعالج) من الأسفل من خلال 11 أنبوب ناشر ويأتي من الهاضم اللاهوائي عبر خط أنابيب PVC مقاس 4 بوصات يمر عبر منفاخ غاز حيوي ومقياس دوران 1 بوصة ومنفذ أخذ العينات ، بينما يأتي السائل من إعادة تدوير الوسائط بعد عمود الامتزاز في قاع الخزان. يقع مخرج السائل على جانب الخزان. ينقل الوسائط المخصبة بثاني أكسيد الكربون2 إلى عمود التحكم في المستوى ، ويخرج الغاز من المخرج الموجود أعلى الخزان ، وهو متصل بخط أنابيب PVC مقاس 1 بوصة لتوصيل الميثان الحيوي الذي تم الحصول عليه إلى الموقد لاحتراقه المستمر (الشكل 2).
    3. قم بتوصيل خزان الامتصاص بعمود الامتزاز من خلال أنبوب PVC مقاس 4 بوصات ، مرورا بمنفذ أخذ العينات بين كلتا العمليتين (الشكل 2).
    4. قم ببناء عمود التحكم في المستوى باستخدام أنبوب PVC مقاس 6 بوصات حيث يوجد المدخل في الأسفل. لها منفذان (يتم التحكم فيهما بصمامات فراشة) ، حسب احتياجات النظام ؛ يقع الأول على ارتفاع 2.5 متر والثاني على ارتفاع 3 أمتار من الأرض (الشكل 2).
    5. قم بتوصيل المفاعلات الحيوية الضوئية HRAP من خلال خط أنابيب PVC مقاس 2 بوصة بعمود الامتزاز مقاس 6 بوصات ، مرورا بمضخة طرد مركزي لإعادة التدوير (1103.24 واط [1.5 حصان]) ومقياس دوران مقاس 1 بوصة (الشكل 2).
    6. قم بتوصيل عمود التحكم في المستوى من خلال أنبوب PVC مقاس 4 بوصات بأنبوب PVC 40 ، مرورا بمنفذ أخذ العينات. بعد ذلك ، قم بتوصيله بجزء من أنابيب PVC المرنة ، متبوعا بأنبوب PVC آخر من الجدول 40 ، وأخيرا ، أنبوب PVC مقاس 4 بوصات ، والذي يفتح على المفاعلات الحيوية الضوئية HRAP (الشكل 2).
    7. قم بإعداد تجاوز عمود الامتزاز بخط أنابيب PVC مقاس 2 بوصة وقم بتوصيله بالأنبوب الرئيسي قبل منفذ أخذ العينات (الشكل 2).

2. الاختبار الوظيفي للنظام

  1. مضخة طرد مركزي لإعادة التدوير (1103.24 واط [1.5 حصان])
    1. لتحديد الحد الأقصى لمعدل تدفق المضخة ، قم بتجهيز الجزء الداخلي لمدة 10 دقائق على الأقل لتجنب شفط الهواء وبدء تشغيله عند 230 فولت و 1 مرحلة.
    2. اختبر تدفق إعادة التدوير عن طريق السماح له بالتدفق عبر مقياس الدوران مقاس 1 بوصة.
  2. نظام فقاعات الغاز الحيوي
    1. لتحديد القوة المطلوبة لفقاعة عمود هواء على الأقل تعادل 200 ملي بار ، اختبر ما لا يقل عن 3 منفاخ بقوى مختلفة (485.52 واط [0.66 حصان] ، 1838.74 واط [2.5 حصان] ، و 3309.74 واط [4.5 حصان]) عن طريق فقاعات الهواء في خزان الامتصاص.
    2. تحقق بصريا من الحجم والتوزيع الذي وصلت إليه فقاعات الهواء داخل الخزان. في ظل ظروف التشغيل الموضحة هنا ، يبلغ متوسط قطر الفقاعات المتوقع 3 مم.

3. التلقيح والنمو في ظل الظروف الداخلية

  1. نقل سلالة نقية من Arthrospira maxima من ألواح الآجار إلى 15 مل من الوسط المعدني المائي17 (NaHCO3 [10 جم / لتر] ، Na3PO4 · 12H2O [0.033 جم / لتر] ، NaNO3 [0.185 جم / لتر] ، MgSO4 · 7H2O [0.014 جم / لتر] ، FeSO4 · 7H2O [0.0008 جم / لتر] ، كلوريد الصوديوم [0.4 جم / لتر]).
  2. قم بتوسيع نطاق الاستزراع إلى 500 مل من القوارير ذات الوسط المائي جوردان غير الضار ، باستخدام 100٪ من حجم القارورة ، واتركها تنمو في 12 ساعة ضوء / 12 ساعة من الفترات الضوئية المظلمة باستخدام مصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) مع جهاز التثبيت على السطح (SMD) 2835 الذي يوفر ضوءا باردا عند 2000 لومن وتحت الخلط المستمر عن طريق فقاعات الهواء (0.3 لتر / دقيقة أو 0.6 vvm). (خطوة تدوم حوالي 1 شهر).
  3. استمر في عملية التوسع بإضافة 20٪ من الحجم السابق إلى الحجم الجديد حتى يتم الوصول إلى 50 لترا.
  4. تكييف الثقافة مع ظروف الإضاءة الطبيعية للتشغيل ووسائط ثقافة جوردان في دفيئة في أكياس شفافة سعة 50 لترا (خطوة تدوم حوالي 2 أشهر).
  5. استمر في التوسع في هذه الظروف حتى 5 م3 مفاعلات حيوية ضوئية HRAP (خطوة تدوم حوالي 2 أشهر).

4. بدء التشغيل للنظام في ظل الظروف الخارجية

  1. أضف الحجم الكامل لهذه المفاعلات الحيوية الضوئية HRAP 5 م3 إلى المفاعلات الحيوية الضوئية HRAPs من 13 م3 الموجودة في الهواء الطلق واملأ بقية الحجم بوسط ثقافة جوردان. ابدأ الخلط من خلال عجلة مجداف بسرعة 30 سم / ثانية ، مع الزراعة في وضع الدفعات لمدة 15 يوما أو حتى تصل إلى 0.7 جم / لتر (خطوة تدوم حوالي شهر واحد).
  2. بمجرد أن يصل النمو إلى 0.7 جم / لتر ، انقل الحجم إلى 22.2 م3 HRAP ، واملأ الباقي بوسائط جوردان ، واضبط عجلة المجداف بسرعة 30 سم / ثانية. دع الكتلة الحيوية تنمو حتى تصل إلى 0.7 جم / لتر ودرجة حموضة 10 ؛ بمجرد استيفاء هذه الشروط ، ابدأ في أخذ العينات والحصاد ، إذا لزم الأمر.
  3. ابدأ إعادة تدوير السائل من المفاعل الحيوي الضوئي HRAP إلى خزان الامتصاص عند التدفق المتغير لزيادة إنتاجية الكتلة الحيوية. ابدأ فقاعات الغاز الحيوي بمتوسط تدفق 3.5 م3 / ساعة بعد 2 ساعة لتوفير الكربون غير العضوي للثقافة. انتبه إلى الرقم الهيدروجيني لأنه يجب أن يظل أعلى من 9.
    ملاحظة: قبل إعادة تدوير الوسائط عبر خزان الامتصاص ، قم بتجهيز مضخة الطرد المركزي الموضحة أعلاه.
  4. إضافة المغذيات: مراقبة ظروف المغذيات أسبوعيا من خلال الحصاد والتوازن الكلي للنيتروجين بافتراض الحالة المستقرة المحسوبة كما هو موضح:
    MNaNO3 = (Mالكتلة الحيوية × 0.10) / 0.12 [جم]
    أين:
    MNaNO3 = كتلة نترات الصوديوم [g]
    Mالكتلة الحيوية = الكتلة الحيوية المحصودة [g]
    1.10: العائد الكتلي للنيتروجين / الكتلة الحيوية16 [جم / جم]
    1.12: جزء كتلة النيتروجين في نترات الصوديوم [جم / جم]
  5. مع نتائج توازن النيتروجين ، أعد صياغة وسائط جوردان لإضافة الكمية النسبية من Na3PO4 · 12H2O و MgSO4 · 7H2O و FeSO4 · 7H2O. لا تضيف المزيد من بيكربونات الصوديوم أو كلوريد الصوديوم.
    ملاحظة: قم بإذابة العناصر الغذائية في الماء النظيف قبل إضافتها إلى المفاعلات.
  6. راقب تبخر الماء وأضفه أسبوعيا إذا لزم الأمر.

5. أخذ العينات والتحليل

  1. الغاز الحيوي
    1. أخذ عينات من الغاز الحيوي من مخرج أخذ العينات قبل خزان الامتصاص ومن مخرج أخذ العينات بعد الخزان عن طريق توصيل كيس فلوريد البولي فينيل سعة 10 لتر بالمخرج بأنبوب مرن بقطر مناسب ؛ ضع كل واحدة في أكياس منفصلة من البولي فينيل فلورايد.
    2. قم بمعايرة محلل الغاز المحمول عن طريق ضبط محول الضغط على الصفر وانتظار الاستقرار. قم بذلك عن طريق الضغط على Start ، ثم Next ، وتوصيل أنبوب شفاف وأنبوب أصفر وفقا لتعليمات المحلل. اضغط على التالي وأخيرا ، قراءات الغاز.
    3. قم بتوصيل كل عينة موجودة داخل أكياس فلوريد البولي فينيل بالمحلل ، واضغط على التالي وقم بقياس تركيزات CH4 و CO2 و O2 و H2S كنسبة مئوية من كلا نقطتي النظام.
    4. تحديد نسبة سائل إعادة التدوير الحجمي / الغاز الحيوي (L / G) بقسمة تدفق إعادة تدوير السائل على تدفق إنتاج الغاز الحيوي. احسب تدفق الغاز المقابل (م3 / ساعة) الذي يقدم أعلى كفاءة لإزالة ثاني أكسيد الكربون2 و H2S.
  2. قياس ظروف النظام عبر الإنترنت (درجة الحموضة والأكسجين المذاب ودرجة الحرارة)
    1. معايرة جميع أجهزة الاستشعار وفقا لمواصفات الشركة المصنعة.
    2. ضع مستشعر الأس الهيدروجيني ومستشعر الأكسجين المذاب (DO) ومستشعر درجة الحرارة في سائل كل HRAP.
      ملاحظة: لمعرفة العلامة التجارية والمواصفات لكل مستشعر، راجع ملف جدول المواد.
    3. قم بتوصيل مستشعرات الأس الهيدروجيني والأكسجين المذاب بجهاز الحصول على البيانات الذي يتكون من معالج رباعي النواة 1.4 جيجاهرتز 64 بت متصل بشاشة محمولة تخزن برنامج Python معد مسبقا مكتوبا في بيئة التطوير والتعلم المتكاملة (IDLE) 2.7.
      1. افتح البرنامج من خلال الشاشة وحدد الفواصل الزمنية لتخزين كل نقطة بيانات (في هذه الحالة ، كل 2 دقيقة).
      2. قم بإنشاء جدول بيانات حيث سيقوم البرنامج تلقائيا بتخزين البيانات التي يجمعها.
      3. انقر فوق الزر الذي يقرأ ON ، مما يشير إلى أنه جاهز لبدء تخزين البيانات.
      4. لإيقاف الحصول على البيانات ، انقر فوق الزر الذي يقرأ OFF.
      5. لتنزيل المعلومات، أدخل ناقلا تسلسليا عالميا (USB) واستورد جدول البيانات.
    4. قم بتوصيل مستشعر درجة الحرارة بمسجل حراري لتخزين البيانات المسجلة أثناء التجارب.
  3. اختبارات استكشافية قصيرة
    1. تحديد L / G الأكثر كفاءة
      1. تنظيم تدفق الغاز الحيوي الوارد لتحديد قيمة L / G المراد اختبارها (0.5 ، 1 ، 1.5 ، 1.6 ، 2 ، 2.5 ، 3.3 ، 3.4).
      2. قم بقياس الأس الهيدروجيني وتركيزات مدخل ومخرج كل غاز (CH4 ، CO2 ، H2S ، O2 ، N2) في البداية وكل 15 دقيقة لمدة ساعة (60 دقيقة) ، باستخدام الأدوات الموضحة سابقا.
      3. حدد L / G الأكثر كفاءة من خلال مقارنة قيم المخرج واختر الأكثر ملاءمة وفقا لاحتياجات التجربة.
    2. العلاقة بين L / G ، درجة الحموضة و CO2
      1. اختر اثنين على الأقل من L / G للمقارنة.
      2. لكل L / G ، قم بقياس الرقم الهيدروجيني وتركيزات مدخل ومخرج CO2 ، و H2S وO 2 و N2 كعنصر تحكم في البداية ، كل 15 دقيقة لمدة 60 دقيقة ، ثم كل ساعة لمدة 5 ساعات ، باستخدام الأدوات الموضحة سابقا.
      3. احسب النسب المئوية لإزالة CO2 باستخدام المعادلة:
        ٪ إزالة ثاني أكسيد الكربون2 = ((CO2في - CO2خارج) / (CO2بوصة)) × 100
      4. رسم بياني للنتائج ومقارنة سلوك الأس الهيدروجيني وثاني أكسيد الكربون2 لكل من L / G التي تم اختبارها.
  4. منحنى المعايرة لربط وزن الكتلة الحيوية لكل لتر من الثقافة مقابل الامتصاص عند 750 نانومتر18
    1. جرب ثقافة الطحالب لمحاولة الحصول على امتصاص 1.0. إذا كان الامتصاص أقل من 1.0 ، فقم باستخراج الماء عن طريق الترشيح (مرشح 0.45 ميكرومتر) من عينة الاستزراع. إذا كان الامتصاص أكبر من 1 ، فيمكن تقليله بإضافة وسيط استزراع جديد.
    2. قم بإعداد خمس معلقات لخلايا الطحالب باستخدام العينة وإضافة وسط استزراع جديد ، في نسبة الحجم / الحجم (V / V): 100٪ ، 80٪ ، 60٪ ، 40٪ ، و 20٪.
    3. قم بقياس وتسجيل الامتصاص عند 750 نانومتر من المحاليل الخمسة باستخدام مقياس الطيف الضوئي باستخدام الكوفيت البلاستيكي ، حيث يكون وسط الاستزراع الطازج فارغا.
    4. حدد وزن الكتلة الحيوية لكل لتر من ثقافة كل معلق عن طريق ترشيح 10 مل من خلال مرشح 0.45 ميكرومتر يزن سابقا وتجفيف العينة في مجفف السيليكا لمدة 24 ساعة وبعد ذلك 48 ساعة لضمان وزن ثابت. كرر هذه الخطوة لكل حل من الحلول الخمسة.
      ملاحظة: لا ينصح باستخدام درجة حرارة أعلى (أعلى من 60 درجة مئوية) للتجفيف بسبب فقدان بعض المركبات الرئيسية التي يمكن أن تتطاير وتغير وزن العينة.
    5. بمجرد تأكيد الوزن ، احسب تركيز الكتلة الحيوية داخل المفاعل بالمعادلة:
      تركيز الكتلة الحيوية = (وزن الكتلة الحيوية - وزن المرشح) × 1000 / الحجم المصفى [جم / لتر]
    6. قم بعمل انحدار خطي لبيانات وزن الكتلة الحيوية بالجرام لكل لتر من الثقافة كدالة للامتصاص المقاس عند 750 نانومتر باستخدام جدول بيانات أو أي برنامج آخر. يجب أن يكون معامل الانحدار الخطي أكبر من 0.95 ؛ خلاف ذلك ، فإن المنحنى غير مفيد ، ويجب تكرار البروتوكول.
      ملاحظة: يوصف بأنه وزن الكتلة الحيوية وليس الوزن الجاف مثل معظم الطرق لأن طريقة التجفيف المستخدمة لا تسمح بإزالة الماء بالكامل في العينة ، مما يترك محتوى مائيا أقل من 5٪ 19.
  5. نمو الكتلة الحيوية
    1. مراقبة المفاعلات كل يوم. خذ عينة 1 لتر من منتصف الطريق بين عجلة التجديف وعودتها من كل ثقافة وأحضرها إلى المختبر.
    2. تحقق من نمو المستعمرة ونقاء الثقافة تحت المجهر.
    3. قم بقياس وتسجيل الامتصاص عند 750 نانومتر من العينات باستخدام مقياس الطيف الضوئي ، حيث يكون وسط الاستزراع الطازج فارغا.
    4. قارن مع منحنى المعايرة للحصول على وزن الكتلة الحيوية المقدر بالجرام لكل لتر.
    5. سجل نمو كل مفاعل مجرى مائي.
  6. إنتاج الكتلة الحيوية - الحصاد
    1. مراقبة المفاعلات كل يوم. إذا ارتفع نمو الكتلة الحيوية فوق 0.7 جم / لتر أثناء أخذ العينات ، فستكون هناك حاجة إلى الحصاد.
    2. بالتناوب بين كل من HRAPs ، ضع شبكة بوليستر أعلى قسم في أحد طرفي المفاعل وضع نهاية أنبوب PVC مرن داخل تدفق السائل بحيث يقوم الطرف الآخر بتصريف السائل فوق الشبكة.
    3. استنزاف ما بين 4500 لتر إلى 7500 لتر (اعتمادا على تشبع الكتلة الحيوية للمفاعل) على الشبكة ، والحفاظ على التدفق المستمر مرة أخرى إلى HRAP المقابلة. سيتم الاحتفاظ بالكتلة الحيوية على الشبكة.
    4. للحصاد ، قم بإزالة الشبكة من أعلى المفاعل ووضعها على سطح مختلف لكشط الكتلة الحيوية ووضعها في قمع.
    5. ادفع الكتلة الحيوية عبر القمع لإنشاء أشكال ممدودة فوق شبكة نظيفة وجافة ؛ ضع الشبكة في غرفة دافئة مغطاة (34-36 درجة مئوية) لمدة 48-72 ساعة.
    6. بمجرد أن تجف ، قم بإزالة الكتلة الحيوية من الشبكة ووزنها. احسب تركيز الكتلة الحيوية المحصودة بالجم / لتر باستخدام هذه المعادلات:
      حجم السائل المصفى = معدل تدفق المضخة × وقت التصريف [L]
      تركيز الكتلة الحيوية المحصودة = وزن الكتلة الحيوية للكتلة الحيوية المحصودة / حجم السائل المصفى [جم / لتر]

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

بعد البروتوكول ، تم بناء النظام واختباره وتلقيحه. تم قياس الظروف وتخزينها ، وتم أخذ العينات وتحليلها. تم تنفيذ البروتوكول لمدة عام ، بدءا من أكتوبر 2019 ويستمر حتى أكتوبر 2020. من المهم الإشارة إلى أنه من الآن فصاعدا ، سيشار إلى HRAPs باسم RT3 و RT4.

إنتاجية الميثان الحيوي
من أجل تحديد الظروف التي تعزز أعلى إزالة H2S و CO2 ، وبالتالي أعلى تركيز للميثان ، تمت تجربة العديد من نسب السائل / الغاز الحيوي لإعادة التدوير (L / G) في نطاق من 0.5 إلى 3.4. تم الحصول على هذه النتائج للتجارب التي لا تقل مدتها عن 60 دقيقة (1 ساعة) من فقاعات الغاز الحيوي المستمر في الفترة ما بين 25 سبتمبر و 28سبتمبر. خلال هذه الاختبارات ، ثبتت الطحالب الدقيقة ثاني أكسيد الكربون2 ، وأكسدت البكتيريا H2S ، مع تركيز الميثان (CH4) ، وتنقية خليط الغاز بشكل أساسي.

بالنظر إلى متوسط قدرة التخلص من ثاني أكسيد الكربون2 للنظام بأكمله (حجم HRAP + حجم الخزان = 24.75 م3) وتركيز الكتلة الحيوية المستقر البالغ 0.8 جم / لتر ، تم تقدير معدل تثبيت محدد ، مما أدى إلى 65 mgCO2 / gbiomass h ، وهو أقل من الحد الأقصى النظري المبلغ عنه (300 mgCO2 / gbiomass h). هذا يدل على أن عملية تنقية الغاز الحيوي القائمة على بكتيريا الطحالب الدقيقة مناسبة للتحسين.

بشكل عام ، زادت تنقية الغاز الحيوي من الفعالية في قيم L / G الأعلى ، مما حافظ على كفاءة الإزالة عند أو أعلى من 98٪ ل H2S وأقل من 7.5٪ من قيم محتوى المجلد لثاني أكسيدالكربون (الشكل 5 ، الشكل 6 ، والشكل 7). ومع ذلك ، كان تلوث الميثان الحيوي O2 بسبب إنتاج التمثيل الضوئي لهذا الغاز أعلى بكثير عند قيم L / G الأعلى ، والتي يمكن أن تكون مشكلة محتملة للاستخدام التجاري حيث يجب أن تظل تركيزات O2 ، بموجب القانون ، منخفضة جدا لتقليل خطر الانفجار20. سبب آخر مرتبط بتجنب تقليل قيمته الحرارية عن طريق تخفيف O2. بدلا من ذلك ، يمكن القول أن L / Gs 1.6 و 2.5 يمثلان النتائج الأكثر كفاءة بشكل عام ، مع تركيزات CO2 بين 6.6٪ vol و 6.8٪ vol ، CH4 عند 87٪ vol ، و O2 عند أقل من 1.5٪ ، بالإضافة إلى تقديم كفاءات إزالة H2S أعلى من 98.5٪ (الشكل 5 ، الشكل 6 ، والشكل 7). يمكن العثور على مقارنة بين النسب المئوية التي تم الحصول عليها وما يقبله القانون في الجدول 1.

من المثير للاهتمام ملاحظة أن نسبة سائل إعادة التدوير / الغاز الحيوي البالغة 2 لها تركيز CO2 أعلى (7.4٪ حجم) حتى لو كانت القيمة تقع بين L / Gs الأكثر كفاءة ؛ يمكن أن يعزى ذلك إلى حقيقة أنه تم اختباره في RT3 بدلا من RT4. في هذه الحالة ، كانت الظروف أقل ملاءمة لإزالة CO2 ، ربما بسبب انخفاض تركيز الكتلة الحيوية. بشكل عام ، وصل متوسط الميثان الحيوي المنتج في هذه الظروف إلى 20.68 م3 / يوم ، بمتوسط معدل تدفق 4.14 م3 / ساعة.

قد تختلف النتائج اعتمادا على ظروف النمو ونوع الغاز الحيوي (الاصطناعي أو الحقيقي) والطحالب. على سبيل المثال ، استخدم Serejo et al.21 خليطين من الغاز الحيوي الاصطناعي يحاكي خليط غاز CO2 و N2 بالكامل للمقارنة مع الغاز الحيوي العادي المصنوع من 70٪ vol CH4 و 29.5٪ volCO 2 و 0.5٪ volH 2S ، وتنقيته من خلال نظام عمود امتصاص HRAP سعة 180 لترا يزرع Chlorella vulgaris. في هذه الورقة ، يختبر Serejo نسب L / G مختلفة أيضا ، تتراوح من 0.5 إلى 67 ، في نظام أصغر ولكنه مشابه عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة والإضاءة الاصطناعية. تم تحقيق الإزالة الكاملة ل H2S ومتوسط نسبة إزالة 80٪ في أفضل النسب (فوق 15). زادت كفاءات الإزالة هذه خطيا مع النسبة. ومع ذلك ، زاد تلوث الأكسجين أيضا ، مما قد يشكل مشاكل في الجودة الإجمالية للميثان الحيوي الناتج. لم تكن الزيادة في كفاءات إزالة ثاني أكسيد الكربون2 خطية. ومع ذلك ، يمكن رؤية التخلص من CO2 بشكل أفضل بنسب أكبر. التفسير متعدد الأسباب ، بما في ذلك درجة الحموضة ، وظروف المغذيات المستنبتة ، ونمو الكتلة الحيوية ، وكذلك فقاعات الغاز الحيوي.

تم تقييم تأثير نسبة L / G على أداء نظام ترقية الغاز الحيوي دون تكرار. كان له ما يبرره لأن المقايسات أجريت في فترة نهارية من الساعة 10:00 إلى الساعة 13:00 (من شأنها أن تؤدي إلى إشعاع شمسي مستقر ودرجة حرارة خارجية) ؛ لذلك ، فقد تسبب في ظروف نمو مثالية تقريبا للكائنات الحية الدقيقة الضوئية ، ثم يمكن افتراض أن الرقم الهيدروجيني هو المعلمة الأكثر تأثيرا على امتصاص CO2 22 حيث تم الإبلاغ أيضا عن انحراف معياري قليل جدا أقل من 2٪ للمقايسات التي تقيم تأثير نسبة L / G على كفاءة إزالة امتصاص CO2 .

تزرع المفاعلات من الخارج ، مما يعني أنه حتى لو كان اللقاح عبارة عن مزرعة نقية لطحالب Arthrospira maxima ، فإن احتمال التلوث بالكائنات الحية الأخرى التي يمكنها البقاء على قيد الحياة في ظروف الأس الهيدروجيني القاسية داخل الثقافة مرتفع. هذا هو الحال بالنسبة للبكتيريا المؤكسدة للكبريت23,24. ومع ذلك ، يثبت هذا التلوث أنه مفيد للغرض النهائي من التجربة لأن هذه البكتيريا تساعد في إزالة H2S من الغاز الحيوي ، وتتولى بشكل أساسي مسؤولية هذه المهمة وتساعد في جودة الميثان الحيوي الناتج.

في ظل ظروف القوة البيئية والأيونية السائدة أثناء تشغيل النظام ، تم أكسدة H2S المذاب إلى بولي كبريتيد وثيوسلفات عن طريق تفاعلات الأكسجين اللاأحيائي ، حيث ، بعد بضعة أيام ، يجب أن يتأكسد تماما إلى كبريتات25. إن إزالة H2S عن طريق الترسيب مع الكاتيونات في الوسط الغذائي المائي غير مهم بسبب عدم كفاية كمية الكاتيونات التي يتم تغذيتها للنظام مقارنة بمعدل تحميل H2S (الوصول إلى نسب المولي Cations / H2S أقل بكثير من 2). تم تأكيد عدم وجود رواسب من خلال الفحص البصري الذي أجريناه أثناء أداء عملية ترقية الغاز الحيوي. لم يتم التحقق من أكسدة الكبريتيد البيولوجي في هذه اللحظة لأن النظام مفتوح على البيئة.

شروط النظام
تم قياس تغيرات الأكسجين المذاب (DO) ودرجة الحموضة في كل من ظروف الضوء والظلام. خلال النهار (ظروف الإضاءة) ، زاد الأكسجين المذاب بسبب إنتاج التمثيل الضوئي للأكسجين بواسطة الطحالب الدقيقة ، بينما في الليل (الظروف المظلمة) ، انخفض بسبب نقص التمثيل الضوئي وبسبب التمثيل الغذائي غير الذاتي ، والذي يستخدم التنفس (الشكل 8).

اختلفت مستويات الأس الهيدروجيني أيضا مع وجود CO2 داخل السائل (الشكل 8) ، حيث زادت قيمتها عندما تم إذابة كمية أقل من CO2 وانخفضت عند إزالة كمية أقل من CO2 ؛ والجدير بالذكر أن هناك قمم أصغر في الأوقات التي لم يتم فيها توفير المزيد من CO2 ، والتي سيتم مناقشتها لاحقا. خلال الصباح ، وصل الرقم الهيدروجيني إلى ذروته في حوالي الساعة 11:00 صباحا وأدنى القيم في حوالي الساعة 18:00 مساء ، وهو ما يتوافق أيضا مع نشاط التمثيل الضوئي للطحالب. من المهم لفت الانتباه إلى الانخفاض الرئيسي حول اليوم 2 ؛ تم إجراء الاختبار الاستكشافي القصير باستخدام L / G من 1.64 في 29سبتمبر ، مما أدى إلى توفير الغاز الحيوي المستمر بحوالي 24 ساعة (في حوالي اليوم 1) وأثار زعزعة استقرار هائلة في النظام ، مما يتطلب توفير اليوريا للمساعدة في استعادة النيتروجين. تم إجراء الاختبار الاستكشافي القصير الآخر باستخدام 1.58 في 5 أكتوبر (في حوالي اليوم 7) ، ولكن في ظروف نظام أفضل (إمداد الغاز الحيوي خلال فترة النهار) ، وهذا هو السبب في أن الرقم الهيدروجيني انحرف قليلا فقط عن القمم العادية لمدة يومين قبل العودة إلى السلوك الطبيعي.

يمكن أن تعزى القمم الأصغر في الأس الهيدروجيني في الشكل 8 إلى فترة التنظيم الذاتي للطحالب في البيئة أثناء التحول من البناء الضوئي إلى التنفس.

بالإشارة إلى الاختبارات الاستكشافية القصيرة لربط الأس الهيدروجيني و L / G بنسبإزالة ثاني أكسيد الكربون 2 (الشكل 9) ، اختبرنا نسبتين ، 1.64 و 1.58 ، كما ذكرنا سابقا. هذان متوسطان من L / Gs المسجل أثناء التجارب. يمكن ملاحظة سلوكين متميزين ، حيث كانت نسبة الإزالة والرقم الهيدروجيني بنسبة 1.58 أقل استقرارا بشكل ملحوظ وأقل بكثير من تلك المسجلة لنسبة 1.64.

ويدعم ذلك في تحسين الغاز الحيوي الذي قام به Bahr et al.15 ، من خلال استخدام نظام عمود HRAP مع نوع من طحالب Arthrospira maxima. قام بحر بتقييم كفاءة إزالة ثاني أكسيدالكربون في ظروف الأس الهيدروجيني المختلفة ومعدلات تدفق سائل الوسائط ، بالإضافة إلى إزالة تلوث H2S و O2 ، على العديد من تركيبات الغاز الاصطناعي التي تتراوح من ثاني أكسيد الكربون2-N 2 إلى تركيبات الغاز الحيوي بتركيزات H2S متفاوتة (تصل إلى 0.5٪ حجم). وخلصوا إلى أنه عند قيم الأس الهيدروجيني الأعلى (التي تتراوح بين 9-10) ومعدل تدفق سائل وسائط الثقافة الأعلى (80 مل / دقيقة) ، كانتنسب إزالة ثاني أكسيد الكربون 2 قريبة من 100٪ ولكنها عانت من تلوث أعلى O2 ، بينما عند قيم الأس الهيدروجيني الأعلى (تتراوح بين 9-10) ، وانخفاض معدل تدفق سائل وسائط الاستزراع (20 مل / دقيقة) ، ظلتنسب إزالة ثاني أكسيد الكربون قريبة من 100٪ ولوحظ تلوث أقل بكثير من O2. كما أبلغوا عن إزالةH2 S بالكامل في هذه الظروف.

وبالمثل ، يمكن أن يعزى تذبذب الأكسجين المذاب (الشكل 8) إلى نشاط التمثيل الضوئي للطحالب حيث زاد الأكسجين المذاب خلال النهار بسبب إنتاج التمثيل الضوئي للأكسجين بواسطة الطحالب الدقيقة ، بينما في الليل ، انخفض بسبب نقص التمثيل الضوئي وبسبب التمثيل الغذائي غير الذاتي ، والذي يستخدم التنفس.

اختلفت درجة الحرارة في المفاعل الحيوي الضوئي HRAP (RT4) بسبب الوقت من النهار وطقس الخريف ، وبلغت ذروتها في معظم الأيام بين 23 درجة مئوية و 28 درجة مئوية في حوالي الساعة 17:00 ووصلت إلى أدنى القيم بين 11 درجة مئوية و 15 درجة مئوية في حوالي الساعة 6:00 (الشكل 10). تم قياس درجة الحرارة عند مدخل ومخرج خزان الامتصاص من حين لآخر ، مما أدى إلى متوسط درجة حرارة 30.1 درجة مئوية و 32.5 درجة مئوية على التوالي. لذلك ، يجب أن يكون محتوى الماء (البخار) بعد المعالجة أعلى قليلا (13.5٪) مما كان عليه قبل معالجة الغاز الحيوي ، على افتراض أنه في كلتا الحالتين ، حققت الرطوبة في الغاز الحيوي التشبع. يوصى بشدة بتركيب مجفف الغاز الحيوي للإدارة المثلى والاستخدام الإضافي للغاز الحيوي المنقى.

كان متوسط L / G الذي كان مخصصا للفترة بين 28 سبتمبر و 10 أكتوبر 1.6 لأن الاختبارات القصيرة أشارت إلى أن هذه النسبة ستعزز نتائج أفضل ؛ ومع ذلك ، لم يكن من الممكن الحفاظ عليه خلال الليل بسبب التحمض المفرط لثقافة الطحالب الدقيقة الناجم عن ضعف قدرة التخزين المؤقت للأس الهيدروجيني لوسط الاستزراع المائي. لذلك ، فقط خلال ساعات النهار ، تم تغذية الغاز الحيوي إلى خزان الامتصاص ، وضبط قيم L / G إلى حوالي 1.5.

إنتاجية الكتلة الحيوية
تم إجراء التلقيح على RT3 في 20 مايو 2020 وعلى RT4 في 27 مايو 2020 ؛ عمل الوقت بين الاختبارات (سبتمبر) والتلقيح على استقرار الثقافة وحل المشكلات التشغيلية التي نشأت، مثل الأوبئة والأعطال في النظام، مع الأخذ في الاعتبار جائحة COVID العالمي.

تم قياس نمو الكتلة الحيوية بطريقتين: أخذ العينات والحصاد. ولأغراض هذه المادة، يشير أخذ العينات إلى تركيز الكتلة الأحيائية في أي وقت من الأوقات في المفاعل، بينما يشير الحصاد إلى كفاءة إنتاج الكتلة الحيوية، أي كمية الكتلة الأحيائية التي تم استردادها أثناء العملية لتجنب تثبيط النمو. تم إجراء الاختبار من 29 سبتمبر إلى 9 أكتوبر ، بمتوسط L / G من 1.5 ، على الرغم من تفضيل نسبة 1.6. ويرجع سبب ذلك إلى انخفاض نسبة 1.15 المسجلة في اليوم 11.

تم أخذ العينات (الشكل 11) بانتظام من اليوم 1 إلى اليوم 11 (من 29 سبتمبر إلى 9 أكتوبر) ، حيث كان اتجاه النمو في كلا المفاعلين مشابها جدا: بدأ بتركيز أعلى ، ووصل إلى أدنى قيمة للتجربة في اليومين 4 و 5 ، يتعافى بثبات في RT4 ومع بعض الاختلاف في RT3 ، أخيرا يسقط مرة أخرى. يظهر نفس السلوك في الحصاد ، والذي يشير بعد ذلك إلى أن حدثا (على الأرجح عامل خارجي) أثر على نمو كلتا الثقافتين في وقت واحد.

تم الحصاد (الشكل 12) بشكل شبه منتظم ، بالتناوب مع حصاد واحد ل RT3 والحصاد التالي ل RT4. ومع ذلك ، يجب النظر في الجدول. وفي كل من أخذ العينات والحصاد، يكون التباين بين الأعداد منخفضا جدا، مما يشير إلى أن الحدث الذي أثر على كلا المفاعلين لم يكن حرجا. يشير الخط الأحمر المنقط في الشكل 8 إلى الفترة الزمنية التي لم يتم فيها حصاد المفاعلات. كان هذا بسبب عاملين: كانت بضعة أيام خلال عطلة نهاية الأسبوع ، عندما ، للأسف ، لم يكن الوصول إلى المفاعلات متاحا لأخذ العينات أو الحصاد (وهو ما يمكن تأكيده أيضا في الشكل 11) ، وتدعو المنهجية إلى حصاد المفاعل الذي يحتوي على أعلى تركيز. في المجمع ، كان هناك أربعة مفاعلات ، شارك اثنان منها فقط (RT3 و RT4) في هذه الدراسة ، مما جعل الأيام التي تلت عطلة نهاية الأسبوع ، الأيام التي تم فيها حصاد المفاعلين الآخرين (RT1 و RT2) من قبل الفريق ولم ينتج عنها بيانات حصاد من RT3 و RT4. كانت بيانات الحصاد أقل بحوالي 50٪ من بيانات أخذ العينات. قد يكون هذا بسبب انخفاض كفاءة المنهجية.

كان التباين بين القيم كل يوم صغيرا (الشكل 11) ، مما يشير إلى ثقافة مرنة تسمح بالتغيير في ظروف النظام وتظل مستقرة. ينمو Arthrospira maxima بشكل تفضيلي في الوسائط عالية الكربون عند درجة حموضة عالية وهو حساس للغاية لتثبيط NH3 15 ، وهو ما يتوافق مع النتائج الموضحة في الشكل 8. تظهر المعايرة التي تم إجراؤها في أغسطس 2020 في الشكل 13.

مراجعة ما بعد الإنتاج والمنتجات الثانوية
من أجل مراجعة إمكانات هذا الغاز لتقليل الانبعاثات الضارة بالبيئة ، تم إجراء تقرير كامل من قبل شركة خارجية ، حيث ذكرت النتائج أن الميثان الحيوي المنتج بهذه التقنية قلل من إجمالي انبعاثات CO2 المباشرة بنسبة 84٪ ، مقارنة باستخدام الغاز الحيوي غير المنقى مباشرة من الهاضم اللاهوائي. بالإضافة إلى ذلك ، عند أخذها من خلال تحليل دورة حياة الكهرباء المولدة من كل من الغاز الحيوي الخام والميثان الحيوي المنقى ، كانت السعة الحرارية الإجمالية التي تمكن الميثان الحيوي من توفيرها أعلى بمقدار 23000 كيلو جول من السعة الحرارية للغاز الحيوي الخام.

أخيرا ، المنتج الثانوي لعملية التنقية هذه هو الطحالب الدقيقة المحصودة ، والتي ، بمجرد أن تجف ، لديها عدد لا يحصى من التطبيقات في الصناعات الأخرى ، والتي يمكن أن تضيف المزيد من القيمة إلى الطريقة وتجعل العملية فعالة من حيث التكلفة26. على سبيل المثال ، أجريت دراسة على محاصيل الريحان لتقييم المعلمات مثل عدد الأوراق ، والوزن الطازج والجاف ، ووزن الأوراق الطازج عند استخدام الكتلة الحيوية Scenedesmus المجففة مقابل الأسمدة غير العضوية العادية. وجدوا نتائج مماثلة في هذه المعايير في كل من الكتلة الحيوية والأسمدة27. تم العثور على نتائج مماثلة في دراسة أخرى حيث قارنوا نمو أربعة نباتات محاصيل تجارية أثناء استخدام تركيزات مختلفة من الأسمدة المصنوعة من الكتلة الحيوية للطحالب المعلقة في الماء. حتى عند التركيزات المنخفضة (20٪) من الأسمدة ، وصلت المحاصيل إلى أقصى نمو ، مقارنة بالأسمدة الكيماوية28.

Figure 1
الشكل 1: التمثيل المرئي للعملية البيولوجية التي تحدث في تنقية الغاز الحيوي باستخدام الطحالب الدقيقة يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 2
الشكل 2: مخطط P&ID للنظام الموصوف في البروتوكول. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 3
الشكل 3: صورة لخطط عمل حقوق الإنسان التي تم استخدامها أثناء التجريب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: خزان الامتصاص. (أ) صور فوتوغرافية لوسط الاستزراع ومداخل الغاز الحيوي إلى خزان الامتصاص. (ب) منظر أمامي وخلفي لخزان الامتصاص. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: اختبارات استكشافية قصيرة في RT3 لتحديد كفاءة L / G. الأخضر الداكن يتوافق مع CH4 ، والأخضر يتوافق مع CO2 ، والوردي الفاتح يتوافق مع O2 ، والوردي الداكن يتوافق مع N2. متوسط درجة الحموضة 9.2435 ؛ مدخل السائل 60-100 لتر / دقيقة ؛ مدخل الغاز 50-120 لتر / دقيقة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: اختبارات استكشافية قصيرة في RT4 لتحديد كفاءة L / G. يتوافق اللون الوردي الداكن مع N2 ، ويتوافق اللون الوردي الفاتح مع O2 ، والأخضر الداكن مع CO2 ، والأخضر الفاتح يتوافق مع CH4. متوسط درجة الحموضة 9.95 ؛ مدخل السائل 116-118 لتر / دقيقة ؛ مدخل الغاز 35-75 لتر / دقيقة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7: مقارنة جميع النسب المئوية لإزالة H2S في كل L / G خلال الاختبارات الاستكشافية القصيرة. تتوافق L / Gs من 0.5 و 1 و 1.5 و 2 مع RT3 و 1.6 و 2.5 و 3.3 و 3.4 إلى RT4. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8: الرقم الهيدروجيني وملف تعريف الأكسجين المذاب. ملف تعريف الأس الهيدروجيني (الأخضر الداكن) و DO (الأخضر الفاتح) ل RT4 بين 28 سبتمبر و 10 أكتوبر 2020. مدخل السائل 75-118 لتر / دقيقة ؛ مدخل الغاز 57-75 لتر / دقيقة. متوسط تركيزات التغذية لكل غاز: CH4- 60٪ vol ، H2S - 2400 ppmv ، CO2- 34٪ vol ، O2- 0.6٪ vol. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 9
الشكل 9: ملامح النسبة المئوية لإزالة ثاني أكسيد الكربون2 اعتمادا على مستويات الأس الهيدروجيني و L / G. يتوافق اللون الأخضر مع نسب إزالة ثاني أكسيد الكربون2 عند نسب L / G: 1.58 (مثلثات خضراء داكنة) و 1.64 (دوائر خضراء فاتحة). يتوافق اللون الوردي مع قيم الأس الهيدروجيني عند نسب L / G: 1.58 (مثلثات وردية داكنة) و 1.64 (دوائر وردية فاتحة). مدخل السائل 75-118 لتر / دقيقة ؛ مدخل الغاز 57-75 لتر / دقيقة. متوسط تركيزات التغذية لكل غاز: CH4- 60٪ vol ، H2S - 2400 ppmv ، CO2- 34٪ vol ، O2- 0.6٪ vol. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 10
الشكل 10: ملف تعريف درجة الحرارة ل RT4 بين 28 سبتمبر و 10 أكتوبر 2020. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 11
الشكل 11: نتائج أخذ العينات ل RT4 (المربعات الخضراء الفاتحة) و RT3 (الدوائر الخضراء الداكنة) بين 28 سبتمبر و 10 أكتوبر 2020. يشار إلى نسب L / G بالأسهم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 12
الشكل 12: نتائج حصاد RT4 (المربعات الخضراء الفاتحة) و RT3 (الدوائر الخضراء الداكنة) بين 28 سبتمبر و 10 أكتوبر 2020. يشار إلى نسب L / G بالأسهم. في الخطوط الحمراء المنقطة ، تظهر الفترة التي لم يكن فيها حصاد لأي من المفاعلين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 13
الشكل 13: منحنى المعايرة الذي تم إجراؤه في أغسطس 2020 ، والذي يربط تركيز مزرعة الطحالب بالجرام لكل لتر بالامتصاص عند 750 نانومتر. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

المكون (٪ المجلد) تكوين الغاز الحيوي الذي تم الحصول عليه ترقية تكوين الغاز الحيوي تكوين الميثان الحيوي التجاري NOM-001-SECRE-2010
الفصل4 64.2 ± 0.8 85.1 ± 2.0 >84
ثاني أكسيد الكربون2 33.8 ± 0.1 7.2 ± 1.2 <3
H2S (جزء في المليون) 2539 ± 32 30.5 ± 4.2 <6
O2 0.3 ± 0.1 1.7 ± 0.5 <0.2

الجدول 1: التراكيب المقارنة للغاز الحيوي

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

على مر السنين ، تم اختبار تقنية الطحالب هذه واستخدامها كبديل للتقنيات الفيزيائية والكيميائية القاسية والمكلفة لتنقية الغاز الحيوي. على وجه الخصوص ، يستخدم جنس Arthrospira على نطاق واسع لهذا الغرض المحدد ، جنبا إلى جنب مع شلوريلا. ومع ذلك ، هناك عدد قليل من المنهجيات التي يتم إجراؤها على نطاق شبه صناعي ، مما يضيف قيمة إلى هذا الإجراء.

من الأهمية بمكان الحفاظ على تركيزات O2 أقل باستخدام نسبة L / G المناسبة ؛ ومع ذلك ، هذا يعتمد على المنطقة التي سيتم تطبيق هذا البروتوكول فيها. يتم تنظيم محتوى الأكسجين بشكل كبير في الميثان الحيوي بسبب خطر الانفجار والتآكل في خطوط الأنابيب. تطلب بعض الدول في الاتحاد الأوروبي أن تكون المحتويات منخفضة تصل إلى 1٪ المجلد29،30،31. من ناحية أخرى ، يجب أن يكون الميثان بتركيز يزيد عن 65٪ المجلد31. في المكسيك ، لا يوجد تقريبا أي تنظيم فيما يتعلق بالغاز الحيوي والميثان الحيوي ، لأنه يعتبر مكافئا للغاز الطبيعي ، حيث وفقا للمعايير المكسيكية32 ، فإن الحد الأدنى لمحتوى CH4 في الميثان الحيوي هو 84٪ vol ويسمح بحد أقصى لمحتوى O2 يبلغ 0.20٪ vol.

بالإضافة إلى ذلك ، يحدد الرقم الهيدروجيني بشكل كبير إزالة CO2 ، أكثر من L / G ، أثناء الزراعة ، وهذا هو السبب في أنه من الأهمية بمكان الحفاظ على التحكم المناسب في درجة الحموضة طوال المنهجية ، خاصة أثناء فقاعات الغاز الحيوي. من المهم أن نفهم أنه بمجرد إذابة CO2 في السائل ، هناك توازن كيميائي في اللعب يؤثر بشكل مباشر على مستويات الأس الهيدروجيني. عند مستويات الأس الهيدروجيني التي تذبذبت هذه الثقافات حولها (8.5-9.5) ، تكون البيكربونات هي الشكل الذي يوجد فيه هذا الجزيء ، مع زيادة طفيفة في الكربونات في الطرف الأعلى من نطاق الأس الهيدروجيني33. في هذا الشكل ، تكون الطحالب الدقيقة قادرة أيضا على استقلاب الكربون أثناء التفاعلات المظلمة لعملية التمثيل الضوئي لإنتاج الكربوهيدرات34. توقيت فقاعات الغاز الحيوي مهم أيضا ، حيث يوصى بالحفاظ على الفقاعات أثناء النهار. ومع ذلك ، يؤثر L / G أيضا على إزالة CO2 ودرجة الحموضة ، كما يمكن رؤيته في الشكل 5. كانت نسبة الإزالة والرقم الهيدروجيني بنسبة 1.58 أقل اتساقا وأقل بكثير من تلك المسجلة لنسبة 1.64. يمكن أن يعزى هذا السلوك إلى ارتفاع كمية الغاز في نسبة إعادة التدوير (المزيد من الغاز يجعل نسبة أقل) ، مما أدى إلى خفض درجة الحموضة بمعدل أسرع. ومع ذلك ، يمكن القول أيضا أن الرقم الهيدروجيني الأولي ل 1.64 كان أعلى ، مما فضل السلوك المخزن لكفاءات التخلص من ثاني أكسيد الكربونخلال هذا الاختبار. يتم التحكم في L / G في هذا البروتوكول من خلال كمية الغاز الحيوي التي يتم فقاعاتها ؛ ومع ذلك ، تختلف البروتوكولات الأخرى في معدل السائل المعاد تدويره ، وهو أيضا خيار. علاوة على ذلك ، لا يمكن فقاعة الغاز الحيوي في الليل بسبب تحمض الثقافة واستقلاب الطحالب ، حيث لا يتم توفير ضوء اصطناعي في هذا الوقت.

ظاهرة أخرى تدخل تباينا في صحة النتائج هي فقاعات الهواء المتقطعة المستخدمة لتجنب ترسيب الكتلة الحيوية في المفاعلات ، مما يمنع تثبيط النمو عن طريق تراكم الأكسجين. ومع ذلك ، لا يمكن تجنب ذلك إذا تم استخدام هذه الطريقة. بديل لفقاعات الهواء هو إضافة المزيد من عجلات مجداف لتحسين الحركة على طول المفاعل ، والتي قد تكون فعالة في تجارب أخرى. من ناحية أخرى ، فإن المساحات الشاسعة من الأراضي اللازمة لتركيب المفاعلات ، فضلا عن الاستهلاك الكبير للمياه لبدء وصيانة النظام من أجل الحصول على إنتاجية عادلة من الميثان الحيوي.

من المهم ملاحظة أن عملية أخذ العينات المنتظمة هذه تستخدم منحنى معايرة وزن الكتلة الحيوية - الامتصاص (الشكل 9) ، حيث يكون الارتباط بين البيانات تقريبا 1 (0.9995) ؛ في حين أن الطريقة قد لا تستند إلى مقال سابق عن نفس الطحالب ، فإن معامل التحديد يظهر ارتباطا إحصائيا قويا بأن هذه الطريقة موثوقة. علاوة على ذلك ، من المهم وصف أهمية كل من أخذ العينات والحصاد في منهجية مثل هذه. وسمح أخذ العينات بالصيانة المناسبة لاستزراع الطحالب، في حين أن الحصاد خدم غرضا ثلاثيا: أولا، تجنب تثبيط النمو بسبب اكتظاظ الاستزراع الذي يمكن أن يسبب تراكم الأكسجين 35؛ وثانيا، تجنب التكاثر بسبب اكتظاظ الاستزراع الذي يمكن أن يسبب تراكم الأكسجين35؛ وثانيا، تجنب تثبيط النمو بسبب اكتظاظ الاستزراع الذي يمكن أن يسبب تراكم الأكسجين 35؛ وثانيا، تجنب تثبيط النمو بسبب اكتظاظ الاستزراع الذي يمكن أن يسبب تراكم الأكسجين 35؛ وثانيا، تجنب التكاثر بسبب اكتظاظ الاستزراع الذي يمكن أن يسبب تراكم الأكسجين35؛ وثانيا، تجنب ثانيا، يمكن أن يؤدي انتعاش الكتلة الحيوية للطحالب إلى مزيد من الفرص الاقتصادية؛ وأخيرا ، منحت فرصة أخرى لقياس اتجاه نمو الثقافة.

ومع ذلك ، فإن تحديد العزوم المناسبة للحصاد (والتي يتم تحديدها في هذا البروتوكول من خلال نتائج أخذ العينات) هو أيضا خطوة حاسمة لأنه يقلل الكتلة الحيوية في المفاعلات. يؤثر انخفاض تركيز الكتلة الحيوية على إزالة الأس الهيدروجيني وثاني أكسيد الكربون2 كدورة: في ظروف النظام غير المواتية (على سبيل المثال ، عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة) ، يتباطأ نمو الكتلة الحيوية ، مما يقلل بدوره من قدرة النظام على التخلص من CO2 حيث توجد كتلة حيوية أقل لاستقلابه ؛ المزيد من CO2 المذاب من شأنه أن يحمض وسائط الثقافة ، ويغلق الدورة36. وتسهم عوامل أخرى كثيرة في نمو الأس الهيدروجيني والكتلة الأحيائية، وهو ما لا ينبغي إغفاله في هذا التبسيط المفرط للسبب والنتيجة؛ يمكن أن يكون توافر النيتروجين مهما للغاية بالنسبة لطحالب Arthrospira maxima ، وكذلك الظروف المناخية مثل درجة الحرارة وشدة الضوء16,36 ، والتي لا يمكن التحكم فيها في نظام مثل هذا. على سبيل المثال، إضافة اليوريا، كما هو موضح في الشكل 4، دليل على أن النيتروجين، إلى جانب قيم الأس الهيدروجيني الأعلى، يمكنهما تنظيم نظام الطحالب.

ترتبط القيود الأخرى لهذه الطريقة بإنتاجية الحصاد ، والتي ، عند مقارنتها بأخذ العينات ، أقل كفاءة بنسبة 50٪ تقريبا ، مما يعيق الجدوى الاقتصادية للنظام ويتطلب تحسين تقنيات الترشيح. يتم المبالغة في تقدير نتائج وزن الحصاد بنسبة 6٪ (كما تم قياسها بعد ذلك باتباع طرق الوزن الجاف القياسية) ، نظرا لأن ظروف التجفيف في هذا الجزء من البروتوكول لا تؤدي إلى التخلص الكامل من الماء. فيما يتعلق بموضوع الكتلة الحيوية ، يتم المبالغة في تقدير نتائج أخذ العينات (بما في ذلك منحنى المعايرة) بنسبة 5٪ على الأقل بسبب عدم اكتمال التخلص من الماء في المنهجية19 ؛ ومع ذلك ، نظرا لأن الخطأ منهجي ، فمن المستحسن فقط المضي قدما في التحليل الحراري الوزني للتحقق من محتوى الماء في الثقافة للنظر في إجراء التصحيحات التحليلية للنتائج ومنحنى المعايرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

تضارب المصالح. يعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.

Acknowledgments

نشكر مشروع DGAPA UNAM رقم IT100423 على التمويل الجزئي. كما نشكر PROAN و GSI على السماح لنا بمشاركة الخبرات الفنية حول تركيبات الغاز الحيوي الضوئية التي تعمل على ترقية المنشآت الكاملة. إن الدعم الفني المقدم من بيدرو باستور هيرنانديز غيريرو وكارلوس مارتن سيغالا وخوان فرانسيسكو دياز ماركيز ومارغريتا إليزابيث سيسنيروس أورتيز وروبرتو سوتيرو بريونيس مينديز ودانيال دي لوس كوبوس فاسكونسيلوس هو موضع تقدير كبير. تم إجراء جزء من هذا البحث في مختبر IIUNAM للهندسة البيئية بشهادة ISO 9001: 2015.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1" rotameter CICLOTEC N/A
1" rotameter GPI A10-LMA100IA1
Absorption tank EFISA Made under previous design
Air blower (2.35 HP) Elmo Rietschle 2BH11007AH01
Biogas blower (2 HP) Elmo Rietschle 2BH11007AH01
Biogas composition measure Geotech BIOGAS 5000
Data-acquisition device LabJack Co. U3-LV
Diffuser tubes Aero-Tube C3060AR
DO sensor Applisens Z10023525
Dodecahydrated trisodium phosphate  Quimica PIMA N/A Fertilizer grade (greenhouse and experior use)
Dodecahydrated trisodium phosphate  Fermont 35963 Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)
Durapore membrane (45 µm) MerckMillipore HVLP04700 
Electric motor 1.5 HP Weg 00158ET3ERS56C
Ferrous sulfate heptahydrate Agroquimica Samet N/A Fertilizer grade (greenhouse and experior use)
Ferrous sulfate heptahydrate Fermont 63593 Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)
Geomembrane GEOSINCERE N/A
Magnesium sulfate heptahydrate Tepeyac N/A Fertilizer grade (greenhouse and experior use)
Magnesium sulfate heptahydrate Fermont 63623 Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)
Paddle wheel GSI Made under previous design
pH sensor Van London pHoenix 715-772-0041
Portable screen Rasspberry Pi 3 B+
Recirculation centrifugal pump (1.5 HP) Aquapak  ALY 15
Sodium bicarbonate Industria del alcali N/A Fertilizer grade (greenhouse and experior use)
Sodium bicarbonate Fermont 12903 Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)
Sodium chloride Sal Colima N/A Fertilizer grade (greenhouse and experior use)
Sodium chloride Fermont 24912 Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)
Sodium nitrate Vitraquim N/A Fertilizer grade (greenhouse and experior use)
Sodium nitrate Fermont 41903 Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)
Storing program (pH, DO)  Python Software Foundation  Python IDLE 2.7
Tedlar bags SKC Inc. 232-25
Temperature recorder T&D TR-52i
UV-Vis Spectrophotometer ThermoFisher Scientific instrument GENESYS 10S 
Vacuum pump EVAR EV-40

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Muñoz, R., Meier, L., Diaz, I., Jeison, D. A review on the state-of-the-art of physical/chemical and biological technologies for biogas upgrading. Rev Environ Sci Biotechnol. 14, 727-759 (2015).
  2. Karimi, B., Shokrinezhad, B. Air pollution and mortality among infant and children under five years: A systematic review and meta-analysis. Atmospheric Pollut Res. 11 (6), 61-70 (2020).
  3. Koengkan, M., Fuinhas, J. A., Silva, N. Exploring the capacity of renewable energy consumption to reduce outdoor air pollution death rate in Latin America and the Caribbean region. Environ Sci Pollut Res. 28, 1656-1674 (2021).
  4. Alvarez-Herranz, A., Balsalobre-Lorente, D., Shahbaz, M., Cantos, J. M. Energy innovation and renewable energy consumption in the correction of air pollution levels. Energy Policy. 105, 386-397 (2017).
  5. Razmjoo, A., et al. A technical analysis investigating energy sustainability utilizing reliable renewable energy sources to reduce CO2 emissions in a high potential area. Renew Energy. 164, 46-57 (2021).
  6. Franco-Morgado, M., Tabaco-Angoa, T., Ramírez-García, M. A., González-Sánchez, A. Strategies for decreasing the O2 content in the upgraded biogas purified via microalgae-based technology. J Environ Manage. 279, 111813 (2021).
  7. Bailón, L., Hinge, J. Report: Biogas and Bio-Syngas Upgrading. , Danish Technological Institute, Aarhus. (2012).
  8. Persson, M., Jonsson, O., Wellinger, A. Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection. Brochure of IEA Task 37. Energy from Biogas and Landfill Gas. , (2006).
  9. Soreanu, G., Béland, M., Falletta, P. Approaches concerning siloxane removal from biogas -- a review. Canadian Biosystems Engineering. 53, 8.1-8.18 (2011).
  10. Toro-Huertas, E. I., Franco-Morgado, M., de los Cobos Vasconcelos, D., González-Sánchez, A. Photorespiration in an outdoor alkaline open-photobioreactor used for biogas upgrading. Sci Total Environ. 667, 613-621 (2019).
  11. Cozma, P., Wukovits, W., Mămăligă, I., Friedl, A., Gavrilescu, M. Modeling and simulation of high pressure water scrubbing technology applied for biogas upgrading. Clean Technol Environ Policy. 17, 373-391 (2015).
  12. Sheets, J. P., Shah, A. Techno-economic comparison of biogas cleaning for grid injection, compressed natural gas, and biogas-to-methanol conversion technologies: Techno-economic analysis of existing and emerging biogas upgrading technologies. Biofuels Bioprod Biorefining. 12, 412-425 (2018).
  13. Toledo-Cervantes, A., Estrada, J. M., Lebrero, R., Muñoz, R. A comparative analysis of biogas upgrading technologies: Photosynthetic vs physical/chemical processes. Algal Res. 25, 237-243 (2017).
  14. Marín, D., et al. Anaerobic digestion of food waste coupled with biogas upgrading in an outdoors algal-bacterial photobioreactor at pilot scale. Fuel. 324, 124554 (2022).
  15. Bahr, M., Díaz, I., Dominguez, A., González Sánchez, A., Muñoz, R. Microalgal-biotechnology as a platform for an integral biogas upgrading and nutrient removal from anaerobic effluents. Environ Sci Technol. 48 (1), 573-581 (2014).
  16. Franco-Morgado, M., Alcántara, C., Noyola, A., Muñoz, R., González-Sánchez, A. A study of photosynthetic biogas upgrading based on a high rate algal pond under alkaline conditions: Influence of the illumination regime. Sci Total Environ. 592, 419-425 (2017).
  17. Jourdan, J. P. Manuel de culture artisanale de spiruline. , https://www.scribd.com/document/513003475/Manuel-de-Culture-Artisanale-de-Spiruline (2006).
  18. Lu, L., Yang, G., Zhu, B., Pan, K. A comparative study on three quantitating methods of microalgal biomass. Indian J Geo-Mar Sci. 46, 2265-2272 (2017).
  19. Sukarni, S. Thermogravimetric analysis of the combustion of marine microalgae Spirulina platensis and its blend with synthetic waste. Heliyon. 6 (9), e04902 (2020).
  20. Kundu, S., Zanganeh, J., Moghtaderi, B. A review on understanding explosions from methane-air mixture. J Loss Prev Process Ind. 40, 507-523 (2016).
  21. Serejo, M. L., et al. Influence of biogas flow rate on biomass composition during the optimization of biogas upgrading in microalgal-bacterial processes. Environ Sci Technol. 49 (5), 3228-3236 (2015).
  22. Toledo-Cervantes, A., Madrid-Chirinos, C., Cantera, S., Lebrero, R., Muñoz, R. Influence of the gas-liquid flow configuration in the absorption column on photosynthetic biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors. Bioresour Technol. 225, 336-342 (2017).
  23. Posadas, E., et al. Minimization of biomethane oxygen concentration during biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors. Algal Res. 12, 221-229 (2015).
  24. González Sánchez, A., FloresMárquez, T. E., Revah, S., Morgan Sagastume, J. M. Enrichment and cultivation of a sulfide-oxidizing bacteria consortium for its deploying in full-scale biogas desulfurization. Biomass Bioenergy. 66, 460-464 (2014).
  25. González-Sánchez, A., Posten, C. Fate of H2S during the cultivation of Chlorella sp. deployed for biogas upgrading. J Environ Manage. 191, 252-257 (2017).
  26. Hussain, F., et al. Microalgae an ecofriendly and sustainable wastewater treatment option: Biomass application in biofuel and bio-fertilizer production. A review. Renew Sustain Energy Rev. 137, 137 (2021).
  27. lvarez-González, A., et al. Can microalgae grown in wastewater reduce the use of inorganic fertilizers. J Environ Manage. 323, 116224 (2022).
  28. Deepika, P., MubarakAli, D. Production and assessment of microalgal liquid fertilizer for the enhanced growth of four crop plants. Biocatal Agric Biotechnol. 28, 101701 (2020).
  29. Huguen, P., Le Saux, G. Perspectives for a european standard on biomethane: a Biogasmax proposal. , https://trimis.ec.europa.eu/sites/default/files/project/documents/20120601_135059_69928_d3_8_new_lmcu_bgx_eu_standard_14dec10_vf__077238500_0948_26012011.pdf (2010).
  30. Gas Networks, Ireland. Biomethane - Oxygen Content Assessment. , https://www.gasnetworks.ie/docs/corporate/gas-regulation/Oxygen-concentration-report-17985-AI-RPT-001-Rev-5-Biomethane-review-Penspen.pdf (2018).
  31. Wellinger, A. European biomethane standards for grid injection and vehicle fuel use. , European Biogas Association. https://www.biosurf.eu/wordpress/wp-content/uploads/2015/06/9.-Arthur_Wellinger.pdf (2017).
  32. Diario Oficial de la Federación. NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SECRE-2010, Especificaciones del gas natural (cancela y sustituye a la NOM-001-SECRE-2003, Calidad del gas natural y la NOM-EM-002-SECRE-2009, Calidad del gas natural durante el periodo de emergencia severa). , https://www.dof.gob.mx/normasOficiales/3997/sener/sener.html (2010).
  33. Sharifian, R., Wagterveld, R. M., Digdaya, I. A., Xiang, C., Vermaas, D. A. Electrochemical carbon dioxide capture to close the carbon cycle. Energy Environ Sci. 14, 781-814 (2021).
  34. Masojídek, J., Torzillo, G., Koblížek, M. Photosynthesis in Microalgae. Handbook of Microalgal Culture. , John Wiley & Sons. (2013).
  35. Rendal, C., Witt, J., Preuss, T. G., Ashauer, R. A framework for algae modeling in regulatory risk assessment. Environ Toxicol Chem. 42 (8), 1823-1838 (2023).
  36. Alami, A. H., Alasad, S., Ali, M., Alshamsi, M. Investigating algae for CO2 capture and accumulation and simultaneous production of biomass for biodiesel production. Sci Total Environ. 759, 143529 (2021).

Tags

العلوم البيئية ، العدد 205 ، نسب السائل / الغاز الحيوي ، L / G ، كبريتيد الهيدروجين ، Arthrospira maxima ، التمثيل الضوئي ، الامتصاص
تنقية الغاز الحيوي من خلال استخدام نظام الطحالب الدقيقة البكتيرية في أحواض الطحالب شبه الصناعية عالية المعدل
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vega Blanes, M.,… More

Vega Blanes, M., Pérez-Hermosillo, I. J., Ramírez Rueda, A., González Sánchez, A. Biogas Purification through the use of a Microalgae-Bacterial System in Semi-Industrial High Rate Algal Ponds. J. Vis. Exp. (205), e65968, doi:10.3791/65968 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter