Непрерывно перемешивают Анаэробные Digester Преобразование органических отходов в биогаз: настройки системы и основные операции

Published 7/13/2012
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Bioengineering

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

Лабораторный анаэробных реакторов позволит ученым исследовать новые способы оптимизации существующих приложений анаэробной биотехнологии и оценить метана потенциал различных органических отходов. Эта статья представляет обобщенную модель для строительства, прививки, эксплуатации и контроля лабораторных непрерывно перемешивают анаэробных реактора.

Cite this Article

Copy Citation

Usack, J. G., Spirito, C. M., Angenent, L. T. Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation. J. Vis. Exp. (65), e3978, doi:10.3791/3978 (2012).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Анаэробные пищеварения (AD) является зрелой технологией, связанных с биологически опосредованных преобразования сложных органических субстратов отходов в биогаз с полезным метана в качестве энергоносителя. Есть много преимуществ анаэробной очистки, в том числе минимальной энергии и питательных веществ и снижение производства твердых веществ биологического происхождения по сравнению с аэробной очистки 10. Кроме того, универсальность смешанной микрофлорой, присущие этим системам оказывает широкий спектр органических субстратов подходит в качестве сырья 11,12. Действительно, именно из-за этих преимуществ, что все большее число приложений для AD, которые принимаются за пределами обычных городских сточных вод, особенно в промышленных, бытовых (например, пищевые отходы) и сельскохозяйственный сектор 4,7,13. Н.э. испытал свой первый крупный начала распространение в 1980-х годов в ответ на национальный энергетический кризис в предыдущее десятилетие. Так как мир сталкивается с растущим глобальным энергетическим кризисом,в сочетании с деградацией окружающей среды, больше внимания теперь уделяется технологии и биотопливо отходов в энергетической концепции, в частности. Например, в США, анаэробного сбраживания может генерировать 5,5% от общей электрической мощности необходимо 8.

Это привело к росту спроса на хорошо контролируемых экспериментальных исследований в пилотных и лабораторных для оценки пригодности новых органических материалов, отходов и смесей для анаэробного сбраживания 14. Мы намерены обеспечить общую модель для строительства, прививки, эксплуатации и контроля лабораторных анаэробного реактора, которые будут пригодны для надежных оценок. Анаэробных реакторов существует в различных конфигурациях. Несколько распространенных конфигураций включают в себя: непрерывно мешалкой реактор (CSTR) с непрерывным влиятельных питания; непрерывно перемешивают анаэробного реактора (ČSAD) с периодическими влиятельных питания; вытеснения (PF), восходящего анаэробного осадка одеяло (UASB), анаэробных реакторов одеяло миграции (AMBR); анаэробные тупик реактора (ABR) и анаэробных реакторов партии последовательности (ASBR) конфигураций 9,15. CSTR и ČSAD конфигурации были широко приняты для лабораторных экспериментов благодаря своей простоте установки и благоприятные условия работы. Из-за непрерывного смешивания, гидравлические время удержания (HRT) равна времени удержания шлама (СТО). СТО является важным параметром для разработки реклами. Конфигурация также способствует контролируемые эксперименты из-за большей пространственной однородности параметров, таких как химические вещества концентрации, температуры и скорости диффузии. Следует отметить, однако, что оптимальное полномасштабной конфигурации для анаэробного реактора зависит от конкретных физических и химических свойств органического субстрата среди других нетехнических аспектов, таких как цель качества сточной воды. Например, развести потоки отходов с относительно высоким содержанием растворимых органических и Литтлэлектронных частиц, таких, как пивоваренный завод сточных вод, как правило, испытывают больший преобразования энергии в высокой скорости восходящего потока биореактор конфигурации (например, UASB), а не ČSAD конфигурации. Несмотря на это, существуют фундаментальные параметры работы, которые необходимы для успешного пищеварения и актуальны для всех конфигураций, которые оправдывают общее объяснение использования этой конфигурации.

Действительно, в каждом объявлении система, содержащая разнообразные, открытым анаэробных микробов будет серийно метаболизма субстрата метана (последний конечный продукт с низкой доступной свободной энергии на один электрон). Метаболизма вовлечены в этот процесс представляет собой сложную пищевую свободно разделить на четыре стадии трофических: гидролиз, acidogenesis; acetogenesis и метаногенеза. В гидролиза сложных органических полимеров (например, углеводов, липидов и белков) с разбивкой по их мономеров (например, сахара, длинной цепи жирных кислот и аминокислот) на гидравлическиеrolyzing, ферментативных бактерий. В acidogenesis этих мономеров ферментированного кислотопродуцирующий бактерий летучих жирных кислот (VFAs) и спирты, которые в acetogenesis, далее окисляется до уксусной кислоты и водорода homoacetogenic и обязательных водородных бактерий, почтительно 5. На заключительном этапе метаногенеза, ацетат и водород метаболизируется до метана и ацетокластическим hydrogenotrophic метан. Важно признать, что общий процесс AD, опираясь на серию взаимосвязанных обменом веществ различных групп микробов, будет зависеть от успешного функционирования каждого участника, прежде чем система в целом будет работать оптимально. Проектирование и строительство системы биореактора AD всегда должны принимать во внимание требования, чтобы полностью запечатать в биореактор. Небольшие утечки в верхней части биореактора (разделение свободном пространстве) или в газовой системе обработки может быть трудно обнаружить, и поэтому система должна быть давлениеУбедитесь проверены перед использованием. Убедившись утечек установки, сбоев с анаэробный реактор исследования часто возникают из-за ошибок во время прививки, культивирование, и изо дня в день операции. В результате реакторы имеют репутацию как внутренне нестабильна и склонна к неожиданным недостаточности. Почему же тогда полномасштабную реакторы были работать в стабильных условиях десятилетия 13? Отказ, скорее всего, происходят от неправильного обращения с оператором, особенно во время запуска, в течение которого микробное сообщество должно постепенно привыкнуть к органическим составом отходов и силы. Таким образом, наша цель не только обеспечить методологию для построения системы ПВО, а также выяснить процессы прививки, эксплуатации и мониторинга этих систем.

В первой части статьи будет рассказано, как построить CSTR или ČSAD системы, а второй раздел содержит процедуры для реактора с активной прививкой methanogENIC биомассы. Это более практичный и менее трудоемким привить реакторы с активной метаногенных биомассы из смешанных напитков или стоков операционной реактора, который лечения подобного субстрата, чем пытаться развивать достаточно биомассы: от начала культуры. В третьей части статьи будут рассмотрены операционные соображения, такие как кормление подложки, переливание сточных вод, и устранение различных проблем реактора. Кормление подложки и переливание стоков для этой системы будет проводиться на полу-постоянной основе (например, периодическая подача и переливание в то время как большая часть биомассы и смешанная жидкость остается в биореакторе). Частот, в котором реактор подается / сливают является прерогативой оператора. В общем, питание / декантации чаще и на регулярной основе будет способствовать большей стабильности реактора и согласованность в работе между кормления циклов. В четвертом разделе представит базовый протокол контроля, которые будут использоваться во время experimental период. Несколько стандартных анализов, которые изложены в Стандартные методы экспертизы воды и сточных вод 16 (1 стол, 2), будут необходимы для характеристики субстрата и надлежащего мониторинга системы. В дополнение к измеряемых переменных, важным аспектом мониторинга является проверка компонентов реактора система функционирует должным образом. Регулярное техническое обслуживание системы реактора будет вытеснять основные проблемы системы, которые могли бы поставить под угрозу долгосрочную производительность и стабильность реактора. Например, отказ от нагревательного элемента, что приводит к снижению температуры, может привести к накоплению летучих жирных кислот за счет снижения обмена веществ в метан. Эта задача была бы усугубляется, если в системе не хватало для поддержания щелочной рН выше тормозных уровни метан. Важно также, чтобы обнаружить и закрыть возможные утечки после неожиданного падения крыса производства биогазах годов. Таким образом, дублирования усилий в рамках опытно-конструкторских, например, запуск двух биореакторов бок о бок под точные условия работы, важно, чтобы обнаружить неожиданные потери производительности из-за сбоев в работе системы, такие как небольшие утечки.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Digester строительства

  1. Выберите реактор судна, которое содержит все функции, показанной на рис. 1 (конус не нужно), а также желаемый рабочий объем (обычно от 1-10 л). Если реактор судно не оснащено подогревом воды куртки, разместить реактор в некоторых других контролируемой температурой окружающей среды, таких, как нагретый водяной бане или инкубации камеры.
  2. Безопасность судна в вертикальном положении в районе с достаточно горизонтального пространства стенда для размещения остальных компонентов (табл. 2).
  3. Построить судно крышкой в соответствии с рис. 2. Порты влиятельных и стоков трубы должен быть достаточно широким, чтобы предотвратить засорение. Трубы внутри биореактора должны быть достаточной длины, чтобы оставаться погруженным в среду реактора во время переливание, а расширение из верхней части крышки, чтобы можно было смонтировать трубы. Рабочее колесо оболочка должна расширяться по мере возsible в среду реактора (подводные трубы и оболочки предотвратить свободное пространство биогаза из побега биореактор).
  4. Применение силиконовой основе вакуумной смазки на поверхности контакта крышки и закрепите его в верхнюю судно реактора.
  5. Закрепите переменная миксер параллельно вертикальной оси реактора с использованием кольцевой стенд и зажимы, затем прикрепите крыльчатки вал. Из-за смесителя вибрации и движения, важно использовать независимое и свободное перемещение стенда.
  6. Подключить раздел гибкого шланга как влиятельных и сточных труб, а затем подключить другой части трубы к газовому порт, который будет использоваться в качестве газопровода.
  7. Подключите биогаза линии для каждого из различных компонентов, которые могут быть поставлены выше реактора на стеллажи. Компоненты должны быть связаны в следующем порядке: выборка портов, пена ловушку, H 2 S скруббер, газовых месторождений, барботер, газовый счетчик, и вентиляция линии (рис. 3). Для облегчения выделения или повторноmoval отдельных компонентов для устранения неполадок или чистки, рассмотреть вопрос о включении клапанов и фитингов разъем между компонентами. Убедитесь, что выход газа имеет надлежащую вентиляцию наружу или химических капот, потому что биогаз является взрывоопасной.
    1. Порт отбора проб газа должен быть расположен рядом с реактором свободное пространство.
    2. Пена ловушка может быть построена с помощью простого колбы или бутылки, и должна быть не менее 25% от объема реактора. Она должна содержать два порта, один для линии входного биогаз и другие на линии выхода биогаза. Эти порты могут быть сделаны путем сверления двух отверстий в резиновой пробкой, через которую жесткой трубки вставляется. Трубы биогаза входе должно распространяться на большую глубину, чем трубы биогаза на выходе (рис. 4). Пена захвата необходимо для защиты газотранспортной системы обработки от возможных пена реактора.
    3. H 2 S скруббер состоит из длинной стеклянной трубки с внутренним диаметром более 2 см, наполненные ЕНТЭОл шерсть с входом и выходом биогаза порт на обоих концах. Стальной стружки должны быть упакованы так, чтобы обеспечить достаточную площадь поверхности для снятия, но не так сильно, что биогаз поток блокируется. Scrubbing это необходимо для защиты металлических компонентов в газовых счетчиков от агрессивных химических веществ.
    4. Газовых месторождений могут быть сделаны из любого складные, герметичный материал, например, газовый баллон, или даже детская игровая мяч, с объемом более чем вдвое превышать объем целевого канала. Это необходимо для предотвращения падения давления во время переливание сточных вод и возможного подсоса воздуха в свободном пространстве.
  8. Если система будет температура контролируется циркулирующих водонагревателя, подключение водонагревателя до нагревательной рубашкой с использованием гибких труб. Установите блок выше уровня жидкости в нагревательной рубашкой. Установите прибор на соответствующую температуру мезофильные или термофильные пищеварения (табл. 1).
  9. Выполните испытание на герметичность системы путем обнаружения утечек сoapy воды. Начните с заполнения реактора бак с водой, а затем слегка надавить на влиятельных соответствии с давлением газа менее 5 бар. Во-первых, зажим линии биогаза и стоков линии для проверки утечки в крышку реактора, а затем удалить биогаза зажим линии для проверки на герметичность всей системы обработки газа. Обратите внимание, что чрезмерное повышение давления влиятельных линия заставит воду через рабочее колесо оболочки трубы.
  10. Включите колеса и нагревательный элемент и пусть работать на ночь для того, чтобы смеситель и обогреватель может поддерживать непрерывную работу. Скорость вращения крыльчатки должна быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить полное перемешивание реактор СМИ. Общие проблемы микшер включает смещение, чрезмерное трение вала, а также недостаточное обеспечение двигателя на кольцевой подставке.

2. Digester Прививка и кондиционирования с использованием активной биомассы метаногенных

  1. Хранить активных метаногенных биомассы (посевной) в слosed контейнере в холодильнике при температуре 4 ° C при подготовке реакторов. В идеале, посевной должны храниться как можно меньше времени возможно и должно быть достаточно, чтобы полностью заполнить весь объем реактора. Тем не менее, некоторые анаэробные биомассы (например, гранулированной биомассы) могут храниться в течение очень длительного времени. Развести посевной с водой, промывали анаэробных газа на соответствующий объем, если необходимо.
  2. Флеш пустой системы реактора с анаэробный газ в течение нескольких минут, подключив его к питательную трубку, зажимая канализационная линия, и лентой расстояние между осью смесителя и оболочки для предотвращения чрезмерных потерь анаэробных газа.
  3. Во время промывки период, не забудьте промыть, из газового резервуара.
  4. После промывки завершен, подключение воронка для подачи и добавить посевной убедившись, что смешивать посевной периодически в целях обеспечения единообразия.
  5. Подключите анаэробных газа для подачи, включения михег, и промойте реактора алкоголь, по крайней мере 15 мин. Затем отключить газ, зажим трубки подачи и разжимать газовых месторождений. Этот реактор сейчас находится в работе.
  6. Позвольте реактора работать в течение нескольких дней перед началом кормления и контроля за производством биогаза. За это время выполнять сухих веществ и летучих концентрация твердых анализа посевного материала (табл. 1). Если концентрация твердых веществ значительно больше, чем целевой смешанных концентрация щелока, удаление и разбавить содержимое реактора соответственно до начала кормления. Это делается для предотвращения чрезмерного вымывания биомассы в течение периода работы, которые могут увеличить продовольственной микроорганизмов (F / M) соотношение слишком резко по всему запуске период.
  7. Определение органических биоразлагаемых часть подложки путем измерения или полное и летучих твердых концентрации, биологическое или химическое потребление кислорода, или общего органического углерода субстрата. Используйте Тхис ценит рассчитать консервативные исходного органического скорость загрузки (УДИ).
  8. Оператор должен постепенно увеличиваться OLR до достижения целевого значения, (запуск период). Один из подходов в начальный период заключается в фиксации органических сила подачи, а затем уменьшить гидравлическое время удержания (HRT) постепенно, пока цель достигается OLR (процесс может занять от нескольких месяцев до года в зависимости от качества посевного и подложки используется). Увеличение OLR слишком быстро приведет к чрезмерной концентрации летучих жирных кислот (> 2000 мг / л, ацетат), как показано на рис. 5. Оператор должен уменьшить OLR если летучие жирные кислоты, концентрация увеличится до субоптимальных уровней (табл. 1). Если летучие жирные кислоты, концентрация слишком высока, содержимое биореактора, возможно, должны быть разбавлены водой.
  9. Позвольте реактора в течение трех HRTs на цель OLR до экспериментов установить станцииBLE базовой линии состояния.

3. Digester операции

  1. Стоки декантации всегда предшествует подложке помимо реактора, поэтому непосредственно перед декантацией, приготовить смесь корма и хранить при 4 ° С, пока это не время, чтобы питаться.
  2. Декантируйте выходящего из реактора, подключив стоки труб к насосу (побочный руки колбу в вакууме является одной возможности декантации) и снимите равного объема по сравнению с подачи объема. Хранить сточные воды при 4 ° С для последующего анализа. Обратите внимание, что многие анализы чувствительным временем. Например, рН должен быть измерены сразу, потому что CO 2 выходит из раствора, увеличение рН.
  3. Снимите смесь кормов из холодильника. Подключите воронку загрузочный бункер и вылить в кормах (подложки) и обязательно смешивать периодически для того, чтобы твердые увлекайтесь в с объемной жидкости.
  4. Выполните действия по устранению неполадок приведены в таблице 3, если пеcessary.

4. Система мониторинга

  1. Проверьте систему реактора и его компоненты часто во время работы. Особое внимание следует обратить на перемешивание и систем отопления. Плохое перемешивание проявить волю к резкому снижению стоков концентрация твердых частиц (рис. 6). Периодически проверяйте, что нефть и вода в газовой метров на соответствующем уровне и заменить стальной стружки в ловушку H 2 S в случае необходимости. Обратите внимание, что стали шерсть станет черный и глянцевый, как он реагирует с H 2 S с образованием сульфида железа.
  2. Выполните эти анализы на реакторе сточных вод для диагностики производительности и стабильности системы. Эти значения должны постоянно попадают в указанный диапазон оптимальных указанных в таблице 1.
    1. Измерить скорость производства биогаза и рН каждого кормления цикла.
    2. Измерение концентрации летучих жирных кислот, щелочи, и биогаза содержание несколько раз в неделю.Примечание: содержание биогаза следует измерять в то же время по отношению к кормлению цикла, так как его состав будет меняться в течение цикла. В идеале, биогаз должны быть отобраны в конце кормления цикла, непосредственно перед кормлением.
    3. Измерьте биологического или химического потребления кислорода и общего и летучих твердых раз в неделю или чаще, чтобы получить по крайней мере три точки данных для каждого экспериментального условия на псевдо-стационарных условиях.

5. Представитель Результаты

Успешная прививка реактора отмечен производства биогаза в течение нескольких дней. Метана, двуокиси углерода отношение биогаза будет увеличиваться в течение периода акклиматизации, как более метаногенных биомассы на работу. Медленный рост метан по сравнению с acidogens делает длительные периоды акклиматизации и постепенного оперативные изменения необходимы. На рис. 5, мы демонстрируем динамического ответственсебе в реакторе при высокой скорости загрузки органических (УДИ) вводится слишком рано, на начальном этапе. В этом примере было недостаточно метаногенных биомассы для удаления (то есть, использовать) летучих жирных кислот (VFAs) эволюционировали от подложки шаг деградации acidogenesis. Это привело к накоплению VFAs, а затем, снижение рН. Чтобы исправить эту ситуацию, OLR был сокращен до ограничить производство VFAs по acidogens и дать больше methanogen набора, прежде чем вернуться к более высоким OLR. Автоклавы затем выставлены стабильного пищеварения в течение трех гидравлических сроки хранения.

Стабильный пищеварения или псевдо-стационарных условиях можно предположить, когда измеренные параметры, такие как производство биогаза ставки, общая VFA концентрации летучих концентрация твердых частиц, и уровень рН, которые постоянно поддерживается в пределах 10% от их средних значений, как минимум период времени одной ЗГТ. Значение этого выделения выявлено яп. Рис. 6, который показывает длительный отклик системы CSTR для возмущений, вызванных недостаточным перемешиванием. Отсутствие надлежащего смешивания позволили твердых поселиться в реакторе, а это означает меньше твердых тел были сняты во время сточные воды переливание. Их накопление привело к увеличению стоков концентрации твердых веществ после достаточного перемешивания была восстановлена. Потребовалось около ЗГТ (например, 25 дней), чтобы вернуть реактор в нормальное стоков концентрации твердых частиц.

Анаэробный реактор представляет собой биологическую систему, поэтому он будет проявлять некоторые внутренние различия в производительности. Эта изменчивость должна быть определена количественно до экспериментатор может различить конкретные последствия, вызванные экспериментальным возмущений, наложенных на систему (надлежащее использование статистических данных не требуется). Три HRT периода необходимо до экспериментальных изменений, внесенных в реакторной системе, потому что это, как правило, считается соответствующий период времени, чтобы предположить стабильный concentratионами химических веществ в смешанной жидкости (рис. 7). К концу этого интервала, экспериментатор должен быть в состоянии построить надежную основу для каждого измеряемого параметра. Это базовый служит основой для сравнения будущих экспериментов.

Общая производительность реактора может быть оценена в соответствии с протоколом контроля, который требует, чтобы различные стандартные анализы выполняются в установленном порядке. Этот график предусматривает адекватное временное разрешение для определения предшественников большинство системных проблем и время Ли по их предотвращению. Кроме того, результаты этих диагностических тестов предназначена для использования в сочетании с данными Таблицы 1 для определения субоптимальных производительности. В таблице 3 приведены решения многих проблем, обычно возникающих при наладка котла. В случае, если проблема не может быть исправлена ​​в соответствии с инструкциями, изложенные в нем, оператор должен проводить консультации с другими resourк.э.н., такие как текст ссылки, относящиеся к анаэробной биотехнологии.

Параметры операции Стандартный индекс методы Типичный диапазон Предельный рабочий диапазон
Мезофильные Термофильный Мезофильные Термофильный
Температура 2550 () 32-37 17 ° C 50-60 17 ° C 20-42 17 ° C 45-65 17 ° C
Органические Скорость загрузки NL 0,8-2,0 17 г
VS-L-1-д -1
1.5-5.0 17 г
VS-L-1-д -1
0.4-6.4 17 г
VS-L-1-й
1.0-7.5 17 г
VS-L-1-д -1
Гидравлические время хранения NL 15 - 35 дней <15,> 35 дней
Углерод: азоту NL 25:1 17 > 25:1
Мониторинг параметров Стандартный индекс методы Оптимальный диапазон Диапазон субоптимальных
рН 4500-H + (В) 6.5 - 8.2 10 <6,5;> 8.2
Щелочность 2320 (B) 1300 - 3000 17
мг CaCO 3-L-1
мг CaCO 3 - L-1
Летучие кислоты 5560 (C) <200 10
мг Ас-L-1
> 200 10
мг Ас-L-1
Эффективность удаления твердых 2540 (В, Е) > 50% <50%
Биогаз Содержимое 2720 ​​(C) 55-70 CH 4, CO 2, 30-45% <55 СН 4,> 45% CO 2

Таблица 1. Общее руководство операцией выбора и контроля параметров системы CSTR.

Компонент Технические характеристики (для проектирования) Комментарии
Контролем температуры циркуляционные водонагреватели Диапазон рабочих температур: 25-65 ° C
(Тепловая мощность, макс. Давления руководитель объемного расхода)
Подогрев воды должны быть обеспечены при достаточно высокой скорости потока и с достаточным давлением, чтобы полностью циркулировать.
Отверстие для взятия проб Не Доступно Отель расположен недалеко от свободного пространства идеально.
Пена Trap Объем: 25% от объема реактора Простые побочных руки колбы и стеклянные банки могут быть использованы. Устройство должно быть доступным для очистки.
Поломоечные сероводорода (Время газа контакт) Стеклянные или пластиковые трубы должны быть использованы (не металлической). Размеры длина должна обеспечить достаточное время контакта газа.
Резервуар газа Объем:> 2x Объем сточных Материал: Semi-упругой (не жесткой) Объем должен превышать стоков, принятых в ходе де-перекос. Материал должен обеспечить сокращение и расширение.
Фонтанчик для питья Не Доступно Напор предоставляемые уровень воды должен быть сведен к минимуму, чтобы ограничить увеличение давления в системе подачи газа.
Газовый счетчик (Расхода газа Диапазон обнаружения) Пластиковые метров газа предпочтительнее, чем металл. Обнаружение газа диапазон должен быть точным на ожидаемые темпы производства биогаза.

Таблица 2. Вспомогательные компоненты реактора со спецификациями и комментарии.

г>
ОШИБКА ПРИЗНАК ВОЗМОЖНЫЕ РЕШЕНИЯ
Частое кормление засорение или стоки труб

• Используйте больший диаметр труб и / или фитингов.

• Уменьшение размера частиц субстрата (например, с помощью блендера или сита).

• Смешать кормить чаще, во время кормления.

• Убедитесь, что содержимое реактора полностью смешаны.

Чрезмерное пенообразование

• Уменьшите OLR

• Снижение интенсивности перемешивания в реакторе.

• Увеличить свободное пространство в реакторе за счет уменьшения рабочего объема реактора.

Непоследовательность выход биогаза между реактора повторяет

• Убедитесь, что нет утечки в системе обработки газа или реактора.

• Убедитесь, что счетчик газа и нагревательный элемент функционирует должным образом и откалиброван.

• Убедитесь, что кормовые смеси готовят самое.

Непоследовательность и сильно варьирует твердых концентрации в тОн стоков между реактора повторяет (рис. 6)

• Убедитесь, что содержимое реактора адекватно смешанной.

• Убедитесь, что реактор стоков декантации линия эквивалентна между реакторами.

Снижение содержания метана в биогазе

• Убедитесь, что уровень рН находится в пределах оптимального диапазона метаногенеза (например, от 6,5 до 8,2). Если нет, то дополнить кислотности или щелочности по мере необходимости.

• Если значительная азота обнаружено в биогаз (например,> 10%), проверить на герметичность около выборки порта.

• упорядочить периодичность отбора проб биогаза.

• Убедитесь, что VFA концентрации в оптимальном диапазоне. Если нет, то следуйте по устранению неполадок для перечисленных хронически высокой концентрации летучих жирных кислот.

Хронически высокая концентрация летучих жирных кислот (рис. 5)

• Уменьшите OLR.

• Преодоление питательных веществ или следов недостатков металла добавок.

• Убедитесь, что содержимое реактора изолированы от кислорода вторжения.

• Увеличение частоты кормов цикла.

• Устранение гидравлических короткого замыкания.

• Преодолеть дефицит на щелочность добавок.

Таблица 3. Устранение неполадок протокола для работы реактора.

Рисунок 1
Рисунок 1. Основной пример конструкции реактора: Материал корпуса, стекла, труб материала из нержавеющей стали / алюминия, крышка материала ПВХ / оргстекла.

Содержание "> Рисунок 2
Рисунок 2. Основной пример крышку реактора дизайн: Крышка Материал ПВХ / оргстекла, материально-фитинги из нержавеющей стали / пластик, трубы материала из нержавеющей стали / алюминия.

Рисунок 3
Рисунок 3. Система диаграмма, показывающая расположение компонентов.

Рисунок 4
Рисунок 4. Основной пример пена ловушка дизайн: Jar материально-Пластик / стекло, трубы материально-Пластик / Стекло.

Рисунок 5
Рисунок 5. Типичная реакция системы на высокой скорости загрузки органических (УДИ) при работе реактора запуска. Начиная с OLR 1,35 ГВС-L-1 вызвало накопление общего летучих жирных кислот (TVFA). Накопление кислоты осторожностью СЭД снижение рН сопровождается сокращением доходности биогаза. При понижении OLR до 1,15 г VS-день-1, обе системы были в состоянии восстановить и установить достаточный метаногенных концентрация биомассы терпеть 1,35 ГВС-L-1 OLR. Разница в рН и TVFA накопления между реакторами показывает уникальную динамику смешанных общинах.

Рисунок 6
Рисунок 6 Типовая система реагирования недостаточного перемешивания (реактор) по сравнению с достаточно смешанная система (реактор B) Во время плохое перемешивание, твердые частицы оседают на дно реактора и не удаляются при декантации (дни 280 - 290)... При смешивании возвращается в достаточной интенсивности (день 300), накопленных твердых постепенно удаляются (дни 305 - 330), и система возвращается к стабильной концентрации твердых частиц.

ig7.jpg "/>
Рисунок 7. Теоретическая связь между концентрацией консервативных видов химической и гидравлической срока хранения (ГЗТ) в идеальной системе CSTR. В три HRTs фактической концентрации химических веществ [C] в реактор составляет 95%, что на начальном Концентрация настоящее время в корме [C 0].

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Анаэробные системы пищеварения, представленные в этой статье содержится общее введение и некоторые основные руководящие принципы для лечения большинства субстратов в экспериментальных условиях. Разнообразие типов подложки, реактор конфигурации, рабочие параметры, а также уникальная экология смешанной микробного сообщества, лежащие в основе этих систем не позволяет изложением жесткие количественные показатели, которые могут быть применены повсеместно. Несмотря на все эти различия, все анаэробные системы пищеварения следует хорошо известных серий биологические пути деградации, которые опосредованы физических и химических процессов, принципы которой хорошо изучены и могут быть применены ко всем системам. Именно от этих основополагающих принципов, наряду с хорошо документированной операционной наблюдения в литературе, что мы об этих оптимальных диапазонов параметров системы и правильной методологии операционной системы. Приведенные параметры взаимосвязаны и играют важную рольВ процессе анаэробного пищеварения. Глубокое понимание этих взаимосвязей значительно улучшает способность оператора распознать и исправить системные проблемы. Текст "Анаэробные Биотехнология: для промышленных сточных вод" по Speece обеспечивает довольно полный каталог соответствующей эксплуатации и мониторинга темы анаэробного сбраживания для тех, кто ищет дальнейшее понимание и объяснение 10.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgements

Это исследование поддерживается при поддержке Министерства сельского хозяйства США через Национальный институт сельского хозяйства и продовольствия (НИФА), грант № 2007-35504-05381; гранта нет. 58872 от NYSERDA и Нью-123444 через федеральный формула Корнельского университета сельскохозяйственных опытная станция фондов от USDA НИФА.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Heated Recirculator VWR Scientific 13271-063 VWR For use with a heating jacket reactor system
Variable Speed Electric Lab Stirrer Cleveland Mixer Co. (Model 5VB) This mixer model facilitates mounting with a ring stand
Wet-Type Precision Gas Meter Ritter Gasmeters (Model TG-01) This model needs a minimum flow of (0.1 L/h) and can handle a maximum flow of 30 L/h
Gas Bubbler Chemglass (Model AF-0513-20)
Gas Sampling Tube Chemglass (Model CG-1808)
Axial Impeller Lightnin’ R04560-25 Cole-Parmer Impeller blades with 7.9375 mm bore diameter
Impeller Shaft Grainger 2EXC9 Grainger 1.83 m stainless steel rod with 7.9375 mm O.D. (needs to be cut to appropriate size)
Cast Iron Support Stands American Educational Products (Model 7-G16) For mixer mounting
Three-Prong Extension Clamp Talon 21572-803 VWR For mixer mounting
Regular Clamp Holder Talon 21572-501 VWR For mixer mounting
Peristaltic Pump Masterflex WU-07523-80 Cole-Parmer For effluent decanting
L/S Standard Pump Head Masterflex EW-07018-21 Cole-Parmer For effluent decanting -accessory to peristaltic pump
L/S Precision Pump Tubing Masterflex EW-06508-18 Cole-Parmer For effluent decanting - accessory to peristaltic pump
pH Analysis
pH Meter Thermo Fisher Scientific - Orion 1212000
Total and Volatile Solids Analysis (Standard Methods: 2540-B,E)
Glass Vacuum Dessicator Kimax WU-06536-30 Cole-Parmer
Porcelain Evaporating Dishes VWR 89038-082 VWR
Lab Oven Thermo Fisher Scientific (Model 13-246-516GAQ)
Medium Chamber Muffle Furnace Barnstead/ Thermolyne F6010 Thermo Scientific
Total Volatile Fatty Acid Analysis (Standard Methods: 5560-C)
Large Capacity Variable Speed Centrifuge Sigma WU-17451-00 Cole-Parmer
Laboratory Hot Plate Thermo Scientific (Model HP53013A)
Large Condenser Kemtech America (Model C150190)
Acetic Acid Reagent [CAS: 64-19-7] Alfa Aesar AA33252-AK
Chemical Oxygen Demand (Standard Methods: 5520-C)
COD Block Heater HACH (Model DRB-200)
Borosilicate Culture Tubes Pyrex (Model 9825-13)
Potassium Dichromate Reagent [CAS: 7778-50-9] Avantor Performance Materials 3090-01
Mercury II Sulfate Reagent [CAS: 7783-35-9] Avantor Performance Materials 2640-04
Ferroin Indicator Solution [CAS: 14634-91-4] Ricca Chemical R3140000-120C
Ammonium iron(II) sulfate hexahydrate [CAS: 7783-85-9] Alfa Aesar 13448-36
Gas Composition by Gas Chromatography Analysis
Gas Chromatograph SRI Instruments Model 8610C Must be equipped with a thermal conductibility detector (TCD), using below mentioned column and carrier gas operated at an isothermal temperature of 105 °C
Helium Gas Airgas He HP300 To be used as the carrier gas
Packed-Column Restek 80484-800 To be used for N2, CH4, and CO2 separation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dague, R. R., McKinney, R. E., Pfeffer, J. T. Solids retention in anaerobic waste treatment systems. J. Water Pollut. Control Fed. 42, R29-R46 (1970).
  2. McCarty, P. L., Smith, D. P. Anaerobic wastewater treatment. Environ. Sci. Technol. 20, 1200-1206 (1986).
  3. Lettinga, G. Anaerobic digestion and wastewater treatment systems. Antonie Van Leeuwenhoek. 67, 3-28 (1995).
  4. De Baere, L. Anaerobic digestion of solid waste: state-of-the-art. Water Sci. Technol. 41, 283-290 (2000).
  5. Angenent, L. T., Karim, K., Al-Dahhan, M. H., Wrenn, B. A., Domínguez-Espinosa, R. Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater. Trends Biotechnol. 22, 477-485 (2004).
  6. Jewell, W. J., Cummings, R. J., Richards, B. K. Methane fermentation of energy crops - maximum conversion kinetics and in-situ biogas purification. Biomass & Bioenergy. 5, 261-278 (1993).
  7. Weiland, P. Biomass digestion in agriculture: A successful pathway for the energy production and waste treatment in Germany. Eng. Life Sci. 6, 302-309 (2006).
  8. Zaks, D. P. M. Contribution of anaerobic digesters to emissions mitigation and electricity generation under U.S. climate policy. Environ. Sci. Technol. 45, 6735-6742 (2011).
  9. Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. Wastewater Engineering, Treatment and Reuse: Metcalf & Eddy. 4 edn, McGraw Hill. (2003).
  10. Speece, R. E. Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters. Archaea Press. (1996).
  11. Kleerebezem, R., van Loosdrecht, M. C. M. Mixed culture biotechnology for bioenergy production. Curr. Opin. Biotechnol. 18, 207-212 (2007).
  12. Angenent, L. T., Wrenn, B. A. Chp. 15. Bioenergy. Wall, J., Harwood, C. S., Demain, A. L. ASM Press. (2008).
  13. Werner, J. J. Bacterial community structures are unique and resilient in full-scale bioenergy systems. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 4158-4163 (2011).
  14. Holm-Nielsen, J. B., Al Seadi, T., Oleskowicz-Popiel, P. The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresour. Technol. 100, 5478-5484 (2009).
  15. Hoffmann, R. Effect of shear on performance and microbial ecology of completely-stirred anaerobic digesters treating animal manure. Biotechnol. Bioeng. 100, 38-48 (2008).
  16. Clesceri, L. S., Greenberg, A. E., Eaton, A. D. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th edition, American Public Health Association. Washington, D.C., USA. (1998).
  17. Amani, T., Nosrati, M., Sreekrishnan, T. R. Anaerobic digestion from the viewpoint of microbiological, chemical, and operational aspects: a review. Environmental Reviews. 18, 255-278 (2010).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats