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

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 أكسيد_{الكربون ، 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 الميثان^{الحيوي 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 والبيئية^11،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 الثانوية^10،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 التلوث^15,16.

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.

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 (V_t: 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:
   M_NaNO3 = (M_{الكتلة الحيوية} × 0.10) / 0.12 [جم]
   أين:
   M_NaNO3 = كتلة نترات الصوديوم [g]
   M_{الكتلة 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 و_{O 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]

النتائج

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
م?...

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 ع...

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