Biogasreinigung durch den Einsatz eines Mikroalgen-Bakterien-Systems in semi-industriellen Hochstrom-Algenteichen

Zusammenfassung

Luftverschmutzung wirkt sich auf die Lebensqualität aller Organismen aus. Hier beschreiben wir den Einsatz der Mikroalgen-Biotechnologie zur Aufbereitung von Biogas (gleichzeitige Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff) und die Produktion von Biomethan durch semi-industrielle offene Hochraten-Algenteiche und die anschließende Analyse der Aufbereitungseffizienz, des pH-Werts, des gelösten Sauerstoffs und des Mikroalgenwachstums.

Zusammenfassung

In den letzten Jahren sind eine Reihe von Technologien entstanden, um Biogas zu Biomethan zu reinigen. Diese Reinigung beinhaltet eine Verringerung der Konzentration von umweltschädlichen Gasen wie Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff, um den Methangehalt zu erhöhen. In dieser Studie haben wir eine Mikroalgenkultivierungstechnologie verwendet, um Biogas, das aus organischen Abfällen aus der Schweineindustrie hergestellt wird, zu behandeln und zu reinigen, um gebrauchsfertiges Biomethan zu erhalten. Für die Kultivierung und Reinigung wurden zwei 22,2^m3 große Open-Pond-Photobioreaktoren gekoppelt mit einem Absorptions-Desorptions-Kolonnensystem in San Juan de los Lagos, Mexiko, errichtet. Es wurden mehrere Rezirkulations-Flüssigkeits-/Biogas-Verhältnisse (L/G) getestet, um die höchsten Abscheidewirkungsgrade zu erzielen. andere Parameter wie pH-Wert, gelöster Sauerstoff (DO), Temperatur und Biomassewachstum wurden gemessen. Die effizientesten L/G-Werte waren 1,6 und 2,5, was zu einem behandelten Biogasablauf mit einer Zusammensetzung von 6,8 Vol.-% bzw. 6,6 Vol.-% in_CO2 und einer Abscheideeffizienz für_H2Svon bis zu 98,9 % sowie zur Aufrechterhaltung von_{O2-Kontaminationswerten} von weniger als 2 Vol.-% führte. Wir fanden heraus, dass der pH-Wert die CO_{2 -} Entfernung während der Kultivierung stärker bestimmt als L/G, da er am Photosyntheseprozess von Mikroalgen beteiligt ist und aufgrund seiner sauren Natur den pH-Wert bei der Lösung variieren kann. DO, und die Temperatur oszillierte, wie erwartet aus den natürlichen Hell-Dunkel-Zyklen der Photosynthese bzw. der Tageszeit. Das Wachstum der Biomasse variierte mit der CO_{2 -} und Nährstoffzufuhr sowie der Reaktorernte; Der Trend blieb jedoch auf Wachstum ausgerichtet.

Einleitung

In den letzten Jahren sind mehrere Technologien entstanden, um Biogas zu Biomethan zu reinigen, seine Verwendung als nicht-fossiler Brennstoff zu fördern und so die unvermeidbaren Methanemissionen zu verringern¹. Luftverschmutzung ist ein Problem, das den größten Teil der Weltbevölkerung betrifft, insbesondere in städtischen Gebieten. Schließlich atmen rund 92 % der Weltbevölkerung verschmutzte Luft^{ein 2}. In Lateinamerika werden die Luftverschmutzungsraten hauptsächlich durch die Verwendung von Brennstoffen verursacht, wobei im Jahr 2014 48 % der Luftverschmutzung durch den Sektor der Strom- und Wärmeerzeugung verursacht....

Protokoll

1. Aufbau des Systems

HINWEIS: Ein Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramm (P&ID) des in diesem Protokoll beschriebenen Systems ist in Abbildung 2 dargestellt.

1. Aufbau des Reaktors
   1. Bereiten Sie den Boden vor, indem Sie ihn nivellieren und verdichten, um die Stabilität des Reaktors zu verbessern.
   2. Auf offenem Feld zwei Langlöcher graben und 3 m vom Ende entfernt ein^{3 m 2} und 1 m tiefes Loch graben (bekannt als Belüftungsbrunnen).
   3. Platzieren Sie zwei HRAPs (Abbildung 3) im Raum auf mit Dichtungsmembranen bedeckten M....

Diskussion

Im Laufe der Jahre wurde diese Algentechnologie getestet und als Alternative zu den harten und teuren physikalisch-chemischen Techniken zur Reinigung von Biogas eingesetzt. Insbesondere die Gattung Arthrospira wird zusammen mit Chlorella häufig für diesen speziellen Zweck verwendet. Es gibt jedoch nur wenige Methoden, die in halbindustriellem Maßstab hergestellt werden, was diesem Verfahren einen Mehrwert verleiht.

Es ist wichtig, niedrigere_{O2-Konzentrationen} au.......

Materialien

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