Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Yarı Endüstriyel Yüksek Hızlı Alg Havuzlarında Mikroalg-Bakteri Sistemi Kullanılarak Biyogaz Saflaştırılması

3.9K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/65968

⸱

22 Mart 2024

 ,  ,  , 
1Instituto de Ingeniería, Ciudad Universitaria, Universidad Nacional Autónoma de México, 2Granos y Servicios Integrales

Bu makalede

Özet

Hava kirliliği tüm organizmaların yaşam kalitesini etkiler. Burada, biyogazın arıtılması (karbondioksit ve hidrojen sülfürün aynı anda uzaklaştırılması) ve yarı endüstriyel açık yüksek oranlı alg havuzları yoluyla biyometan üretimi ve ardından arıtma verimliliği, pH, çözünmüş oksijen ve mikroalg büyümesinin analizi için mikroalg biyoteknolojisinin kullanımını açıklıyoruz.

Özet

Son yıllarda, biyogazı biyometana saflaştırmak için bir dizi teknoloji ortaya çıkmıştır. Bu saflaştırma, metan içeriğini artırmak için karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi kirletici gazların konsantrasyonunda bir azalma gerektirir. Bu çalışmada, kullanıma hazır biyometan elde etmek için domuz endüstrisinden gelen organik atıklardan üretilen biyogazı arıtmak ve saflaştırmak için bir mikroalg yetiştirme teknolojisi kullandık. Yetiştirme ve saflaştırma için, Meksika'nın San Juan de los Lagos kentinde bir absorpsiyon-desorpsiyon kolon sistemi ile birleştirilmiş iki adet 22,2m3 açık havuz fotobiyoreaktörü kuruldu. En yüksek giderme verimliliğini elde etmek için çeşitli devridaim sıvı/biyogaz oranları (L/G) test edilmiştir; pH, çözünmüş oksijen (DO), sıcaklık ve biyokütle büyümesi gibi diğer parametreler ölçüldü. En verimli L/G'ler 1.6 ve 2.5 idi, bu daCO2'de sırasıyla %6.8 hacim ve %6.6 hacim bileşime sahip arıtılmış bir biyogaz atık suyu veH2Siçin %98.9'a kadar giderme verimlilikleri ve ayrıca O2 kirlilik değerlerinin %2'den az hacim ile korunmasıyla sonuçlandı. pH'ın, mikroalglerin fotosentetik sürecine katılımı ve asidik yapısı nedeniyle çözündüğünde pH'ı değiştirme kabiliyeti nedeniyle, yetiştirme sırasında L/G'den daha fazlaCO2 giderimini büyük ölçüde belirlediğini bulduk. DO ve sıcaklık, sırasıyla fotosentezin aydınlık-karanlık doğal döngülerinden ve günün saatinden beklendiği gibi salındı. Biyokütle büyümesi, CO2 ve besin beslemesinin yanı sıra reaktör hasadı ile değişiyordu; Bununla birlikte, eğilim büyümeye hazır olmaya devam etti.

Giriş

Son yıllarda, biyogazı biyometana saflaştırmak, fosil olmayan yakıt olarak kullanımını teşvik etmek ve dolayısıyla yok edilemez metan emisyonlarını azaltmak için çeşitli teknolojiler ortaya çıkmıştır1. Hava kirliliği, özellikle kentleşmiş bölgelerde, dünya nüfusunun çoğunu etkileyen bir sorundur; Sonuçta, dünya nüfusunun yaklaşık %92'si kirli hava solumaktadır2. Latin Amerika'da hava kirliliği oranları çoğunlukla yakıt kullanımından kaynaklanmaktadır ve 2014 yılında hava kirliliğinin %48'i elektrik ve ısı üretim sektöründen kaynaklanmaktadır3.

Son on yılda, havadaki kirleticiler ile ölüm oranlarındaki artış arasındaki ilişki üzerine giderek daha fazla çalışma önerilmiş ve özellikle çocuk popülasyonlarında her iki veri seti arasında güçlü bir korelasyon olduğu savunulmuştur.

Hava kirliliğinin devam etmesini önlemenin bir yolu olarak çeşitli stratejiler önerilmiştir; Bunlardan biri, atmosfere CO2 salınımını azaltan rüzgar türbinleri ve fotovoltaik hücreler dahil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır 4,5. Başka bir yenilenebilir enerji kaynağı, sıvı bir organik çürütme6 ile birlikte üretilen organik maddenin anaerobik çürütmesinin bir yan ürünü olan biyogazdan gelir. Bu gaz, gazların bir karışımından oluşur ve oranları, anaerobik çürütme için kullanılan organik madde kaynağına (kanalizasyon çamuru, sığır gübresi veya tarımsal-endüstriyel biyolojik atık) bağlıdır. Genel olarak, bu oranlarCH4 (% 53 -% 70 hacim), CO2 (% 30 -% 47 hacim),N2 (% 0 -% 3 hacim), H2O (% 5 -% 10 hacim), O2 (% 0 -% 1 hacim), H2S (0-10.000 ppmv), NH3 (0-100 ppmv), hidrokarbonlar (0-200 mg / m3) ve siloksanlar (0-41 mg / m3) 7,8,9, burada bilim camiası metan gazı ile ilgilenmektedir, çünkü bu karışımın yenilenebilir enerjik bileşenidir.

Bununla birlikte, biyogaz elde edildiği gibi basitçe yakılamaz, çünkü reaksiyonun yan ürünleri zararlı ve kirletici olabilir; Bu, metan yüzdesini artırmak ve geri kalanını azaltmak için karışımı işleme ve saflaştırma ihtiyacını artırır, esasen onu biyometan10'a dönüştürür. Bu işlem aynı zamanda yükseltme olarak da bilinir. Şu anda bu işlem için ticari teknolojiler olmasına rağmen, bu teknolojilerin çeşitli ekonomik ve çevresel dezavantajları vardır 11,12,13. Örneğin, aktif karbon ve su yıkama (ACF-WS), basınçlı su yıkama (PWS), gaz geçirgenliği (GPHR) ve basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) içeren sistemler, çevresel etkinin bazı ekonomik veya diğer dezavantajlarını sunar. Uygulanabilir bir alternatif (Şekil 1), fotobiyoreaktörlerde yetiştirilen mikroalgleri ve bakterileri birleştirenler gibi biyolojik sistemlerin kullanılmasıdır; Bazı avantajlar arasında tasarım ve kullanımın basitliği, düşük işletme maliyetleri ve çevre dostu operasyonları ve yan ürünleri yer alır 10,13,14. Biyogaz biyometana saflaştırıldığında, ikincisi doğal gazın yerine kullanılabilir ve digestat, sistemde mikroalg büyümesini desteklemek için bir besin kaynağı olarak uygulanabilir10.

Bu yükseltme prosedüründe yaygın olarak kullanılan bir yöntem, daha düşük işletme maliyetleri ve gereken minimum yatırım sermayesi nedeniyle bir absorpsiyon kolonu ile birleştirilmiş açık kanal fotoreaktörlerinde mikroalglerin büyümesidir6. Bu uygulama için en çok kullanılan kanal reaktörü türü, alg suyunun sirkülasyonunun düşük güçlü bir kürek tekerleği14 aracılığıyla gerçekleştiği sığ bir kanal havuzu olan yüksek oranlı alg havuzudur (HRAP). Bu reaktörler kurulumları için geniş alanlara ihtiyaç duyar ve dış ortam koşullarında kullanıldığında kirlenmeye karşı çok hassastır; biyogaz arıtma işlemlerinde, kontaminasyonu önlerkenCO2 veH2S'nin uzaklaştırılmasını artırmak için alkali koşulların (pH > 9.5) ve daha yüksek pH seviyelerinde gelişen alg türlerinin kullanılması tavsiye edilir15,16.

Bu araştırma, bir absorpsiyon-desorpsiyon kolon sistemi ve bir mikroalg konsorsiyumu ile birleştirilmiş HRAP fotobiyoreaktörleri kullanarak biyogaz arıtma verimliliklerini ve biyometanın nihai üretimini belirlemeyi amaçladı.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Sistem kurulumu

NOT: Bu protokolde açıklanan sistemin bir boru ve enstrümantasyon şeması (P&ID) Şekil 2'de gösterilmiştir.

  1. Reaktör kurulumu
    1. Reaktör stabilitesini artırmak için zemini düzleştirerek ve sıkıştırarak hazırlayın.
    2. Açık bir alanda, iki uzun delik ve uçtan 3 m kazın, ayrıca 3m2 ve 1 m derinliğinde bir çukur kazın (havalandırma kuyusu olarak bilinir).
    3. Geomembran kaplı metal desteklerin üzerindeki boşluğa iki HRAP (Şekil 3) yerleştirin. Her reaktörün çalışma kapasitesi 22,2m3 olmalıdır.
    4. Reaktör başına 1728,42 watt'lık (2,35 hp) bir hava pompasını, havalandırma kuyularının kazıldığı HRAP'lerin noktasına yakın yerleştirin.
    5. Biyokütle ve ortam arasındaki teması teşvik etmek için reaktör boyunca bir kürek tekerleği (1103.24 watt [1.5 hp] elektrik motoruyla hareket ettirilir) sabitleyin.
  2. Gaz şartlandırma kurulumu (Şekil 4)
    1. Desorpsiyon kolonunu, giriş akımının kapalı üstten 6 m'ye girdiği ve çıkış akımının alttan aktığı 2" polivinil klorür (PVC) tüp ile oluşturun (Şekil 2).
    2. Gaz halindeki giriş (işlenmemiş biyogaz) akımının alttan 11 difüzör tüpü aracılığıyla köpürtüldüğü ve anaerobik çürütücüden bir biyogaz üfleyici, bir 1" rotametre ve bir örnekleme portundan geçen 4" PVC boru hattı aracılığıyla geldiği absorpsiyon tankını (Vt: 2.55 m3) kurun, sıvı ise tankın altındaki desorpsiyon kolonundan sonra ortam devridaiminden gelir. Sıvı çıkışı, tankın yan tarafında bulunur. CO2 ile zenginleştirilmiş ortamı seviye kontrol kolonuna taşır ve gaz, elde edilen biyometanı sürekli yanması için bir brülöre iletmek için 1" PVC boru hattına bağlı olan tankın tepesindeki çıkıştan çıkar (Şekil 2).
    3. Absorpsiyon tankını, her iki işlem arasında bir örnekleme portundan geçen 4" PVC tüp aracılığıyla desorpsiyon kolonuna bağlayın (Şekil 2).
    4. Seviye kontrol kolonunu, girişin altta bulunduğu 6" PVC boru ile oluşturun. Sistemin ihtiyacına bağlı olarak iki çıkışa (kelebek vana ile kontrollü) sahiptir; birincisi yerden 2,5 m, ikincisi ise yerden 3 m yükseklikte yer almaktadır (Şekil 2).
    5. HRAP fotobiyoreaktörlerini 2" PVC boru hattı üzerinden 6" desorpsiyon kolonuna bağlayın, bir devridaim santrifüj pompasından (1103.24 watt [1.5 hp]) ve 1" rotametreden geçin (Şekil 2).
    6. Seviye kontrol kolonunu 4" PVC borudan bir program 40 PVC boruya bağlayın ve bir örnekleme portundan geçin. Ardından, esnek PVC borunun bir kısmına, ardından başka bir program 40 PVC boruya ve son olarak HRAP fotobiyoreaktörlerine açılan 4" PVC boruya bağlayın (Şekil 2).
    7. Desorpsiyon kolonunun baypasını 2" PVC boru hattı ile kurun ve numune alma portundan önce ana boruya bağlayın (Şekil 2).

2. Sistemin fonksiyonel testi

  1. Devridaim santrifüj pompa (1103,24 watt [1,5 hp])
    1. Pompanın maksimum debisini belirlemek için, hava emişini önlemek için iç kısmı en az 10 dakika doldurun ve 230 V ve 1 fazda çalıştırın.
    2. Devridaim akışını 1" rotametreden akmasına izin vererek test edin.
  2. Biyogaz köpürme sistemi
    1. En az 200 mbar'a eşdeğer bir hava sütununu köpürtmek için gereken kuvveti belirlemek için, farklı güçlere sahip en az 3 üfleyiciyi test edin (485,52 watt [0,66 hp], 1838,74 watt [2,5 hp] ve 3309,74 watt [4,5 hp]) absorpsiyon tankına hava köpürterek.
    2. Tankın içindeki hava kabarcıklarının ulaştığı boyutu ve dağılımı görsel olarak doğrulayın. Burada açıklanan çalışma koşulları altında, kabarcıkların tahmin edilen ortalama çapı 3 mm'dir.

3. İç mekan koşullarında aşılama ve büyüme

  1. Agar plakalarından 15 mL sulu mineral ortama17 (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]).
  2. Şişe hacminin %100'ünü kullanarak kültürü zararsız Jourdan sulu ortam ile 500 mL'lik şişelere ölçeklendirin ve 2000 lm'de soğukken ışık sağlayan ve hava köpürtme (0,3 L/dak veya 0,6 vvm) ile sürekli karıştırma sağlayan yüzey montaj cihazı (SMD) 2835 ile ışık yayan diyot (LED) lambalar kullanarak 12 saat ışık/12 saat karanlık fotoperiyotlarda büyümesine izin verin. (yaklaşık 1 ay süren adım).
  3. 50 L'ye ulaşılana kadar önceki hacmin %20'sini yeni hacme ekleyerek ölçeklendirme işlemine devam edin.
  4. Kültürü, 50 L'lik şeffaf çuvallarda (yaklaşık 2 ay süren adım) bir serada doğal ışık çalışma koşullarına ve Jourdan kültür ortamına uyarlayın.
  5. Bu koşullarda 5m3 HRAP fotobiyoreaktörlere kadar ölçeklendirmeye devam edin (adım yaklaşık 2 ay sürer).

4. Sistemin dış ortam koşullarında çalışmaya başlaması

  1. Bu 5m3 HRAP fotobiyoreaktörlerinin tam hacmini, açık havada bulunan 13m3'lük HRAP fotobiyoreaktörlerine ekleyin ve hacmin geri kalanını Jourdan kültür ortamı ile doldurun. 30 cm/s hızında bir çarkla karıştırmaya başlayın, 15 gün boyunca veya 0,7 g/L'ye ulaşana kadar (yaklaşık 1 ay süren adım) parti modunda uygulayın.
  2. Büyüme 0,7 g/L'ye ulaştığında, hacmi çalışan 22,2m3 HRAP'ye aktarın, geri kalanını Jourdan medyası ile doldurun ve çarkı 30 cm/s hıza ayarlayın. Biyokütlenin 0,7 g/L'ye ve pH değeri 10'a ulaşana kadar büyümesine izin verin; Bu koşullar yerine getirildikten sonra, gerekirse numune almaya ve hasada başlayın.
  3. Biyokütle verimliliğini artırmak için HRAP fotobiyoreaktöründen absorpsiyon tankına değişken akışta sıvı devridaimi başlatın. Kültüre inorganik karbon sağlamak için 2 saat sonra ortalama 3,5 m3/s akışta biyogaz köpürmeye başlayın. 9'un üzerinde kalması gerektiğinden pH'a dikkat edin.
    NOT: Ortamı emme tankından geçirmeden önce, yukarıda açıklanan santrifüj pompayı doldurun.
  4. Besin ilavesi: Besin koşullarını hasat boyunca haftalık olarak izleyin ve gösterildiği gibi hesaplanan kararlı durum varsayılarak genel nitrojen dengesi:
    MNaNO3 = (MBiyokütle x 0.10)/0.12 [g]
    Nerede:
    MNaNO3 = Sodyum nitrat kütlesi [g]
    MBiyokütle = Hasat edilen biyokütle [g]
    1.10: Azot/biyokütle kütle verimi16 [g/g]
    1.12: Sodyum nitratta azotun kütle oranı [g/g]
  5. Azot dengesi sonuçlarıyla, orantılı miktardaNa3PO4·12H2O, MgSO4·7H2O ve FeSO4·7H2Oeklemek için Jourdan ortamını yeniden formüle edin. Daha fazla sodyum bikarbonat veya sodyum klorür eklemeyin.
    NOT: Besinleri reaktörlere eklemeden önce temiz suda çözün.
  6. Su buharlaşmasını izleyin ve gerekirse haftalık olarak ekleyin.

5. Örnekleme ve analiz

  1. Biyogaz
    1. Biyogazı, absorpsiyon tankından önce numune alma çıkışından ve tanktan sonra numune alma çıkışından, 10 L'lik bir polivinil florür torbasını uygun çapta esnek bir tüp ile çıkışa bağlayarak numune alın; Her birini ayrı polivinil florür torbalarına koyun.
    2. Basınç transdüktörünü sıfıra ayarlayarak ve stabilizasyonu bekleyerek portatif gaz analizörünü kalibre edin. Bunu, Başlat'a, ardından İleri'ye basarak ve analizör tarafından talimat verildiği gibi şeffaf bir tüp ve sarı bir tüp bağlayarak yapın. İleri'ye ve son olarak Gaz Okumaları'na basın.
    3. Polivinil florür torbalarında bulunan her bir numuneyi analizöre bağlayın, İleri'ye basın veCH4,CO2,O2 veH2Skonsantrasyonlarını sistemin her iki noktasından %vol olarak ölçün.
    4. Sıvı devridaim akışını biyogaz üretim akışına bölerek hacimsel devridaim sıvı/biyogaz oranını (L/G) belirleyin. CO2 ve H2 S gideriminde en yüksek verimliliği sunan karşılık gelen gaz akışını (m3/h) hesaplayın.
  2. Sistem koşullarının çevrimiçi ölçümü (pH, çözünmüş oksijen, sıcaklık)
    1. Tüm sensörleri üreticinin özelliklerine göre kalibre edin.
    2. Her HRAP'nin sıvısına bir pH sensörü, bir çözünmüş oksijen (DO) sensörü ve bir sıcaklık sensörü yerleştirin.
      NOT: Sensörlerin her birinin markası ve teknik özellikleri için Malzeme Tablosu dosyasını inceleyin.
    3. pH ve çözünmüş oksijen sensörlerini, Entegre Geliştirme ve Öğrenme Ortamı (IDLE) 2.7'de yazılmış önceden hazırlanmış bir Python programını depolayan taşınabilir bir ekrana bağlı 1,4 GHz 64 bit dört çekirdekli işlemciden oluşan bir veri toplama cihazına bağlayın.
      1. Programı ekrandan açın ve her bir veri noktasını saklamak için zaman aralıklarını belirtin (bu durumda her 2 dakikada bir).
      2. Programın topladığı verileri otomatik olarak depolayacağı bir elektronik tablo oluşturun.
      3. Verileri depolamaya başlamaya hazır olduğunu gösteren AÇIK yazan düğmeye tıklayın.
      4. Veri alımını durdurmak için, KAPALI yazan düğmeye tıklayın.
      5. Bilgileri indirmek için bir evrensel seri veri yolu (USB) takın ve elektronik tabloyu içe aktarın.
    4. Deneyler sırasında kaydedilen verileri saklamak için sıcaklık sensörünü bir termo-kaydediciye bağlayın.
  3. Kısa keşif testleri
    1. En verimli L/G'yi belirleyin
      1. Test edilecek L/G değerini seçmek için gelen biyogaz akışını düzenleyin (0.5, 1, 1.5, 1.6, 2, 2.5, 3.3, 3.4).
      2. Her bir gazın (CH4, CO2, H2S, O2, N2) pH'ını ve giriş ve çıkış konsantrasyonlarını başlangıçta ve bir saat (60 dakika) boyunca her 15 dakikada bir, daha önce açıklanan aletleri kullanarak ölçün.
      3. Çıkış değerlerini karşılaştırarak en verimli L/G'yi belirleyin ve deneyin ihtiyaçlarına göre en uygun olanı seçin.
    2. L/G, pH ve CO2 arasındaki ilişki
      1. Karşılaştırmak için en az iki L/G seçin.
      2. Her L / G için, başlangıçta kontrol olarak pH ve CO2 ve H2S,O2 ve N2 giriş ve çıkış konsantrasyonlarını ölçün, 60 dakika boyunca her 15 dakikada bir ve daha sonra her saat toplam 5 saat, daha önce açıklanan aletleri kullanarak.
      3. Denklemi kullanarak CO2 kaldırma yüzdelerini hesaplayın:
        %CO2 kaldırma = ((CO2girişi - CO2çıkışı)/(CO2girişi)) x 100
      4. Sonuçların grafiğini çıkarın ve test edilen L / G'lerin her biri için pH ve CO2'nin davranışını karşılaştırın.
  4. 750 nm'de absorbans ile kültürün litresi başına biyokütle ağırlığını ilişkilendirmek için kalibrasyon eğrisi18
    1. 1.0'lık bir absorbans elde etmek için alg kültürünü örnekleyin. Kültürün absorbansı 1.0'ın altındaysa, bir kültür örneğinden filtrasyon (0.45 μm filtre) ile suyu ekstrakte edin. Absorbans 1'den büyükse, taze bir kültür ortamı eklenerek azaltılabilir.
    2. Numuneyi kullanarak beş alg hücresi süspansiyonu hazırlayın ve hacim/hacim (V/V) yüzdesinde taze kültür ortamı ekleyin: %100, %80, %60, %40 ve %20.
    3. Beş çözeltinin 750 nm'deki absorbansını plastik küvetler kullanarak bir spektrofotometre ile ölçün ve kaydedin, burada taze kültür ortamı boştur.
    4. Daha önce tartılmış 0,45 μm'lik bir filtreden 10 mL'yi filtreleyerek ve sabit bir ağırlık sağlamak için numuneyi bir silika desikatörde 24 saat ve daha sonra 48 saat kurutarak her süspansiyonun litre kültür başına biyokütle ağırlığını belirleyin. Beş çözümün her biri için bu adımı yineleyin.
      NOT: Uçup gidebilecek ve numunenin ağırlığını değiştirebilecek bazı temel bileşiklerin kaybı nedeniyle kurutma için daha yüksek bir sıcaklık (60 °C'nin üzerinde) önerilmez.
    5. Ağırlığı onayladıktan sonra, reaktör içindeki biyokütle konsantrasyonunu aşağıdaki denklemle hesaplayın:
      Biyokütle konsantrasyonu = (Biyokütle ağırlığı - filtre ağırlığı) x 1000/Filtrelenmiş hacim [g/L]
    6. Bir elektronik tablo veya başka bir yazılım kullanarak 750 nm'de ölçülen absorbansın bir fonksiyonu olarak, kültürün litresi başına gram cinsinden biyokütle ağırlık verilerinin doğrusal bir regresyonunu yapın. Doğrusal regresyon katsayısı 0,95'ten büyük olmalıdır; Aksi takdirde, eğri kullanışlı değildir ve protokol tekrarlanmalıdır.
      NOT: Kullanılan kurutma yöntemi, numunedeki suyun tamamen uzaklaştırılmasına izin vermediğinden ve %5'ten daha az su içeriği bıraktığından, çoğu yöntem kadar kuru ağırlık değil, biyokütle ağırlığı olarak tanımlanır19.
  5. Biyokütle büyümesi
    1. Reaktörleri her gün izleyin. Çark ile her kültürden dönüşü arasındaki yarı noktadan 1 L'lik bir numune alın ve laboratuvara getirin.
    2. Mikroskop altında koloni büyümesini ve kültürün saflığını kontrol edin.
    3. Numunelerin 750 nm'deki absorbansı, taze kültür ortamının boş olduğu bir spektrofotometre ile ölçün ve kaydedin.
    4. Litre başına gram cinsinden tahmini biyokütle ağırlığını elde etmek için kalibrasyon eğrisi ile karşılaştırın.
    5. Her bir kanal reaktörünün büyümesini kaydedin.
  6. Biyokütle üretimi - hasat
    1. Reaktörleri her gün izleyin. Örnekleme sırasında biyokütle büyümesi 0,7 g/L'nin üzerine çıkarsa, hasat gereklidir.
    2. Her iki HRAP arasında dönüşümlü olarak, reaktörün bir ucundaki bir bölümün üstüne bir polyester ağ yerleştirin ve esnek bir PVC borunun bir ucunu sıvının akışına yerleştirin, böylece diğer uç ağın üstündeki sıvıyı boşaltır.
    3. 4500 L ila 7500 L arasında (reaktörün biyokütle doygunluğuna bağlı olarak) ağ üzerine boşaltın ve ilgili HRAP'ye sürekli bir akış sağlayın. Biyokütle ağ üzerinde tutulacaktır.
    4. Hasat etmek için, ağı reaktörün tepesinden çıkarın ve biyokütleyi kazımak ve bir huniye yerleştirmek için farklı bir yüzeye yerleştirin.
    5. Temiz ve kuru bir ağın üzerinde uzun şekiller oluşturmak için biyokütleyi huniden itin; ağı 48-72 saat boyunca ılık, kapalı bir odaya (34-36 °C) yerleştirin.
    6. Kuruduktan sonra biyokütleyi ağdan çıkarın ve tartın. Hasat edilen biyokütle konsantrasyonunu g/L cinsinden şu denklemlerle hesaplayın:
      Boşaltılan sıvının hacmi = Pompa debisi x Tahliye süresi [L]
      Hasat edilen biyokütle konsantrasyonu = Hasat edilen biyokütlenin biyokütle ağırlığı/Boşaltılan sıvının hacmi [g/L]

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Protokolün ardından sistem kuruldu, test edildi ve aşılandı. Koşullar ölçüldü ve saklandı ve numuneler alındı ve analiz edildi. Protokol, Ekim 2019'da başlayıp Ekim 2020'ye kadar süren bir yıl boyunca gerçekleştirildi. Buradan itibaren HRAP'lerin RT3 ve RT4 olarak anılacağını belirtmek önemlidir.

Biyometan üretkenliği
En yüksekH2SveCO2 giderimini ve sonuç olarak en yüksek metan konsantrasyonunu destekleyen koşulları belirlemek için, 0,5 ila 3,4 aralığı...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Yıllar boyunca, bu alg teknolojisi test edilmiş ve biyogazı saflaştırmak için sert ve pahalı fizikokimyasal tekniklere alternatif olarak kullanılmıştır. Özellikle, Arthrospira cinsi, Chlorella ile birlikte bu özel amaç için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu prosedüre değer katan yarı endüstriyel ölçekte yapılmış birkaç metodoloji vardır.

Uygun L/G oranını kullanarak daha düşükO2 konsantrasyonlarını korumak çok önemlidir; Ancak bu, bu protokolün u...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Çıkar çatışması. Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Kısmi finansman için DGAPA UNAM projesi IT100423'e teşekkür ederiz. Ayrıca, tam kurulumları yükselten fotosentetik biyogaz ile ilgili teknik deneyimleri paylaşmamıza izin verdikleri için PROAN ve GSI'ye teşekkür ederiz. Pedro Pastor Hernández Guerrero, Carlos Martin Sigala, Juan Francisco Díaz Márquez, Margarita Elizabeth Cisneros Ortiz, Roberto Sotero Briones Méndez ve Daniel de los Cobos Vasconcelos'un teknik desteği büyük beğeni topluyor. Bu araştırmanın bir kısmı ISO 9001:2015 sertifikasına sahip IIUNAM Çevre Mühendisliği Laboratuvarı'nda yapılmıştır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
1" rotametreCICLOTECN/A
1" rotametreGPIA10-LMA100IA1
Absorpsiyon tankıEFISAÖnceki tasarım
Hava üfleyici (2.35 HP)Elmo Rietschle2BH11007AH01
Biyogaz üfleyici (2 HP)Elmo Rietschle2BH11007AH01
Biyogaz bileşimi ölçmekGeotechBIOGAS 5000
Veri toplama cihazıLabJack Co.U3-LV
Difüzör tüpleriAero-TüpC3060AR
DO sensörüZ10023525
Dodekahidratlı trisodyum fosfat uygulamaları Quimica PIMAN/AGübre sınıfı (sera ve deneyim kullanımı)
Dodekahidratlı trisodyum fosfat Fermont35963Analitik sınıf (Laboratuvar içindeki kültürlerde kullanılır)
Durapore membranı (45 & mikro; m)MerckMilliporeHVLP04700 
Elektrik motoru 1.5 HPWeg00158ET3ERS56C
Demir sülfat heptahidratAgroquimica SametN/AGübre sınıfı (sera ve deney kullanımı)
Demir sülfat heptahidratFermont63593Analitik sınıf (Laboratuvar içindeki kültürlerde kullanılır)
GeomembranGEOSINCEREN/A
Magnezyum sülfat heptahidratTepeyacN/AGübre sınıfı (sera ve deneysel kullanım)
Magnezyum sülfat heptahidratFermont63623Analitik sınıf (Laboratuvar içindeki kültürlerde kullanılır)
Kürek çarkıGSIÖnceki tasarım
pH sensörüVan London pHoenix715-772-0041
Taşınabilir ekranAhududuPi 3 B+
Devridaim santrifüj pompa (1.5 HP)Aquapak ALY 15
Sodyum bikarbonatIndustria del alcaliN/AGübre sınıfı (sera ve deneyim kullanımı)
Sodyum bikarbonatFermont12903Analitik sınıf (Laboratuvar içindeki kültürlerde kullanılır)
Sodyum klorürSal ColimaN/AGübre sınıfı (sera ve deneysel kullanım)
Sodyum klorürFermont24912Analitik sınıf (Laboratuvar içindeki kültürlerde kullanılır)
Sodyum nitratVitraquimN/AGübre sınıfı (sera ve deney kullanımı)
Sodyum nitratFermont41903Analitik sınıf (Laboratuvar içindeki kültürlerde kullanılır)
Depolama programı (pH, DO)  Python Yazılım Vakfı Python IDLE 2.7
Tedlar çantalarıSKC Inc.232-25
Sıcaklık kaydediciT& DTR-52i
UV-Vis SpektrofotometreThermoFisher Bilimsel cihazGENESYS 10S 
Vakum pompasıEVAREV-40
altında üretilmiştir altında üretilmiştir

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

Biyometan ÜretimiFotobiyoreaktör İşletimiKarbondioksit GidermeHidrojen Sülfür GidermeSıvı Gaz OranıArthrospira MaximaBiyokütle Büyümesi
Yarı Endüstriyel Yüksek Hızlı Alg Havuzlarında Mikroalg-Bakteri Sistemi Kullanılarak Biyogaz Saflaştırılması
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.