Purificación de biogás mediante el uso de un sistema de microalgas-bacterias en estanques semiindustriales de algas de alta tasa

Resumen

La contaminación del aire afecta la calidad de vida de todos los organismos. Aquí, describimos el uso de la biotecnología de microalgas para el tratamiento de biogás (eliminación simultánea de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno) y la producción de biometano a través de estanques semiindustriales abiertos de algas de alta tasa y el posterior análisis de la eficiencia del tratamiento, el pH, el oxígeno disuelto y el crecimiento de microalgas.

Resumen

En los últimos años, han surgido una serie de tecnologías para purificar el biogás en biometano. Esta purificación conlleva una reducción de la concentración de gases contaminantes como el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno para aumentar el contenido de metano. En este estudio, utilizamos una tecnología de cultivo de microalgas para tratar y purificar el biogás producido a partir de residuos orgánicos de la industria porcina para obtener biometano listo para usar. Para el cultivo y la purificación, se instalaron dos fotobiorreactores de estanque abierto de 22,2^m3 acoplados a un sistema de columna de absorción-desorción en San Juan de los Lagos, México. Se probaron varias relaciones líquido/biogás de recirculación (L/G) para obtener las mayores eficiencias de eliminación; se midieron otros parámetros, como el pH, el oxígeno disuelto (OD), la temperatura y el crecimiento de la biomasa. Los L/G más eficientes fueron 1.6 y 2.5, resultando un efluente de biogás tratado con una composición de 6.8%vol y 6.6%vol en CO₂, respectivamente, y eficiencias de remoción para_H2S de hasta 98.9%, además de mantener valores de contaminación de_O2 menores a 2%vol. Encontramos que el pH determina en gran medida la eliminación de_CO2 , más que L/G, durante el cultivo debido a su participación en el proceso fotosintético de las microalgas y su capacidad para variar el pH cuando se solubiliza debido a su naturaleza ácida. El oxígeno disuelto y la temperatura oscilaron como se esperaba entre los ciclos naturales de luz-oscuridad de la fotosíntesis y la hora del día, respectivamente. El crecimiento de la biomasa varió con la alimentación con CO₂ y nutrientes, así como con la recolección en reactores; sin embargo, la tendencia seguía siendo preparadas para el crecimiento.

Introducción

En los últimos años, han surgido varias tecnologías para purificar el biogás a biometano, promoviendo su uso como combustible no fósil, mitigando así las emisiones de metano no aireables¹. La contaminación del aire es un problema que afecta a la mayor parte de la población mundial, particularmente en las zonas urbanizadas; En definitiva, alrededor del 92% de la población mundial respira aire contaminado². En América Latina, las tasas de contaminación del aire son generadas principalmente por el uso de combustibles, ya que en 2014, el 48% de la contaminación del aire fue provocada por el sector de producción de electricid....

Protocolo

1. Configuración del sistema

NOTA: En la Figura 2 se muestra un diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID) del sistema descrito en este protocolo.

1. Puesta en marcha del reactor
   1. Prepare el terreno nivelándolo y compactándolo para mejorar la estabilidad del reactor.
   2. En un campo abierto, excave dos hoyos alargados y a 3 m del extremo, excave además un hoyo de 3 m² y 1 m de profundidad (conocido como pozo de aireación).
   3. Coloque dos HRAP (Figura 3) dentro del espacio sobre soportes metálicos cubiertos con geomembrana. ....

Resultados

Siguiendo el protocolo, el sistema fue construido, probado e inoculado. Se midieron y almacenaron las condiciones, y se tomaron y analizaron las muestras. El protocolo se realizó durante un año, comenzando en octubre de 2019 y durando hasta octubre de 2020. Es importante mencionar que a partir de ahora, los HRAP se denominarán RT3 y RT4.

Productividad del biometano
Con el fin de determinar las condiciones que promueven la mayor remoción de_H2S y CO₂.......

Discusión

A lo largo de los años, esta tecnología de algas ha sido probada y utilizada como alternativa a las duras y costosas técnicas fisicoquímicas para purificar el biogás. Particularmente, el género Arthrospira es ampliamente utilizado para este propósito específico, junto con Chlorella. Sin embargo, son pocas las metodologías que se realizan a escala semi-industrial, lo que agrega valor a este procedimiento.

Es fundamental mantener concentraciones de_O2 más ba.......

Materiales

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