אנו מודים לפרויקט DGAPA UNAM מספר IT100423 על המימון החלקי. אנו מודים גם ל-PROAN ול-GSI על שאפשרו לנו לחלוק חוויות טכניות בנוגע לביו-גז הפוטוסינתטי שלהם המשדרגים מתקנים מלאים. התמיכה הטכנית של פדרו פסטור הרננדס גררו, קרלוס מרטין סיגאלה, חואן פרנסיסקו דיאז מארקס, מרגריטה אליזבת סיסנרוס אורטיז, רוברטו סוטרו בריונס מנדז ודניאל דה לוס קובוס ואסקונסלוס מוערכת מאוד. חלק ממחקר זה נעשה במעבדה להנדסה סביבתית IIUNAM עם תעודת ISO 9001:2015.

1. הגדרת המערכת
הערה: דיאגרמת צנרת ומכשור (P&ID) של המערכת המתוארת בפרוטוקול זה מוצגת באיור 2.
<ol><li>הקמת כור<ol><li>הכינו את הקרקע על ידי פילוס ודחיסה שלה כדי לשפר את יציבות הכור.</li>
		<li>בשדה פתוח, חופרים שני חורים מוארכים ו-3 מ' מהסוף, בהמשך חופרים בור בעומק 3 מ'ו-1 מ' (המכונה באר אוורור).</li>
		<li>מקמו שני HRAPs (איור 3) בתוך החלל על תמיכות מתכת מכוסות גיאומברנה. כל כור חייב להיות בעל כושר פעולה של 22.2 מ '3.</li>
		<li>מקם משאבת אוויר לכל כור של 1728.42 וואט (2.35 כ"ס) קרוב לנקודה של HRAPs שבו נחפרו בארות האוורור.</li>
		<li>תקן גלגל משוטים (הנע על ידי מנוע חשמלי של 1103.24 וואט [1.5 כ"ס]) על פני הכור כדי לקדם מגע בין ביומסה למדיה.</li>
	</ol></li>
	<li>מערך טיפול בגזים (איור 4)<ol><li>בנו את עמוד הספיחה עם צינור פוליוויניל כלוריד (PVC) בגודל 6 אינץ', שבו זרם הכניסה נכנס 2 מ' מהחלק העליון המכוסה, וזרם היציאה זורם מלמטה (איור 2).</li>
		<li>הגדר את מיכל הספיגה (Vt: 2.55 m3), שבו זרם הכניסה הגזי (ביו-גז לא מטופל) מבעבע מלמטה דרך 11 צינורות דיפיוזר ומגיע מהמעכל האנאירובי דרך צינור PVC "4 העובר דרך מפוח ביוגז, רוטמטר "1 ויציאת דגימה, בעוד שהנוזל מגיע ממחזור המדיה לאחר עמוד הספיחה בתחתית המיכל. שקע הנוזל ממוקם בצד המיכל. הוא מוביל את המדיה המועשרת ב-CO2 לעמודת בקרת הרמה, והגז יוצא מהשקע בחלק העליון של המיכל, אשר מחובר לצינור PVC בגודל 1 אינץ' כדי להוביל ביו-מתאן שהתקבל למבער לצורך בעירתו הרציפה (איור 2).</li>
		<li>חברו את מיכל הספיגה לעמוד הספיחה דרך צינור PVC בגודל 4 אינץ', העובר דרך יציאת דגימה בין שתי הפעולות (איור 2).</li>
		<li>בנה את עמוד בקרת הרמה עם צינור PVC בגודל 6 אינץ' שבו הכניסה ממוקמת בתחתית. יש לו שני שקעים (נשלט עם שסתומי פרפר), בהתאם לצרכים של המערכת; הראשון נמצא בגובה של 2.5 מ' והשני במרחק של 3 מ' מהקרקע (איור 2).</li>
		<li>חבר את הפוטוביוריאקטורים של HRAP דרך צינור PVC בגודל 2 אינץ' לעמודת ספיחה בגודל 6 אינץ', העוברת דרך משאבה צנטריפוגלית של סירקולציה (1,103.24 ואט [1.5 כ"ס]) ורוטומטר "1 (איור 2).</li>
		<li>חבר את עמודת בקרת הרמה דרך צינור PVC בגודל 4 אינץ' לצינור PVC 40, העובר דרך יציאת דגימה. לאחר מכן, חברו אותו לחלק של צינורות PVC גמישים, לאחר מכן צינור PVC נוסף בלוח זמנים 40, ולבסוף, צינור PVC בגודל 4 אינץ', שנפתח לפוטוביוריאקטורים של HRAP (איור 2).</li>
		<li>הגדר את המעקף של עמוד הספיחה עם צינור PVC בגודל 2 אינץ' וחבר אותו לצינור הראשי לפני יציאת הדגימה (איור 2).</li>
	</ol></li>
</ol>2. בדיקה פונקציונלית של המערכת
<ol><li>משאבה צנטריפוגלית מחזור (1103.24 ואט [1.5 כ"ס])<ol><li>כדי לקבוע את קצב הזרימה המרבי של המשאבה, יש לכוון את החלק הפנימי למשך 10 דקות לפחות כדי למנוע שאיבת אוויר ולהפעיל אותו במתח של 230 וולט ופאזה אחת.</li>
		<li>בדוק את זרימת הסירקולציה על ידי מתן אפשרות לה לזרום דרך רוטמטר 1 אינץ '.</li>
	</ol></li>
	<li>מערכת ביוגז מבעבע<ol><li>כדי לקבוע את הכוח הדרוש לבעבוע לפחות עמוד אוויר שווה ערך ל-200 mbar, בדוק לפחות 3 מפוחים בעלי הספקים שונים (485.52 וואט [0.66 כ"ס], 1838.74 וואט [2.5 כ"ס] ו-3309.74 וואט [4.5 כ"ס]) על ידי הזרמת אוויר מבעבע לתוך מיכל הספיגה.</li>
		<li>ודא חזותית את הגודל והפיזור שאליהם מגיעות בועות האוויר בתוך המיכל. בתנאי ההפעלה המתוארים כאן, הקוטר הממוצע החזוי של הבועות הוא 3 מ"מ.</li>
	</ol></li>
</ol>3. חיסון וצמיחה בתנאי פנים
<ol><li>העבר זן טהור של Arthrospira maxima מלוחות אגר ל 15 מ"ל של מינרל מימי בינוני17 (NaHCO3 [10 גרם / ליטר], Na3PO4 ·12H2O [0.033 גרם / ליטר], NaNO3 [0.185 גרם / ליטר], MgSO4 ·7H2O [0.014 גרם / ליטר], FeSO4 ·7H2O [0.0008 גרם / ליטר], NaCl [0.4 גרם / ליטר]).</li>
	<li>הרחב את התרבית לצלוחיות של 500 מ"ל עם תווך מימי בלתי מזיק של Jourdan, תוך שימוש ב-100% מנפח הבקבוקון, ותן לו לגדול בפוטו-תקופות כהות של 12 שעות / 12 שעות באמצעות מנורות דיודה פולטות אור (LED) עם התקן הרכבה משטחית (SMD) 2835 המספק אור קר ב-2,000 לומן ובערבוב מתמשך על ידי בעבוע אוויר (0.3 ליטר/דקה או 0.6 vvm). (צעד שנמשך כחודש).</li>
	<li>המשך את תהליך ההרחבה על-ידי הוספת 20% מהנפח הקודם לנפח החדש עד שתגיע ל- 50 ליטר.</li>
	<li>התאימו את התרבות לתנאי הפעולה של האור הטבעי ולאמצעי התרבות בחממה בשקים שקופים של 50 ליטר (צעד שנמשך כחודשיים).</li>
	<li>המשך להגדיל בתנאים אלה עד 5 מ'3 פוטוביוריאקטורים HRAP (שלב שנמשך כחודשיים).</li>
</ol>4. התחלה תפעולית של המערכת בתנאי חוץ
<ol><li>הוסף את הנפח המלא של פוטוביוריאקטורים אלה של 5 מ' 3 HRAP לפוטוביוריאקטורים של HRAP של 13 מ' 3 הממוקמים בחוץ ומלא את שאר הנפח במדיום תרבית Jourdan. התחילו לערבב דרך גלגל ההנעה במהירות של 30 ס"מ לשנייה, וטפחו במצב אצווה במשך 15 יום או עד שהוא מגיע ל-0.7 גרם/ליטר (צעד שנמשך כחודש).</li>
	<li>ברגע שהצמיחה מגיעה ל-0.7 גרם לליטר, מעבירים את הנפח ל-HRAPהפועל 22.2 מ', מלאו את השאר במדיית ז'ורדאן וכוונו את גלגל ההנעה במהירות של 30 ס"מ לשנייה. תן לביומסה לגדול עד שהיא מגיעה ל -0.7 גרם / ליטר ו- pH של 10; ברגע שתנאים אלה מתקיימים, התחל לדגום ולקצור, במידת הצורך.</li>
	<li>התחל את מחזור הנוזלים מהפוטוביוריאקטור HRAP למיכל הספיגה בזרימה משתנה כדי להגדיל את פרודוקטיביות הביומסה. התחילו לבעבע ביוגז בזרימה ממוצעת של 3.5 מ' 3/שעה לאחר שעתיים כדי לספק פחמן אנאורגני לתרבית. שימו לב ל- pH מכיוון שהוא חייב להישאר מעל 9. הערה: לפני מחזור המדיה דרך מיכל הספיגה, יש להפעיל את המשאבה הצנטריפוגלית שתוארה לעיל.</li>
	<li>תוספת תזונתית: עקוב אחר תנאי החומרים המזינים מדי שבוע במהלך הקציר ומאזן החנקן הכולל בהנחה שהמצב היציב מחושב כפי שמוצג: MNaNO3 = (Mביומסה x 0.10)/0.12 [g] איפה: MNaNO3 = מסת נתרן חנקתי [g] M ביומסה = ביומסה שנקטפה [g] 1.10: תפוקת מסה של חנקן/ביומסה16 [גרם/גרם] 1.12: חלק מסה של חנקן בחנקת נתרן [g/g]</li>
	<li>עם תוצאות מאזן החנקן, נסח מחדש את מדיית Jourdan כדי להוסיף את הכמות הפרופורציונלית של Na3PO4·12H2O, MgSO4·7H2O, ו- FeSO4·7H2O. אין להוסיף עוד סודיום ביקרבונט או נתרן כלורי. הערה: יש להמיס את החומרים המזינים במים נקיים לפני הוספתם לכורים.</li>
	<li>יש לעקוב אחר אידוי המים ולהוסיף מדי שבוע במידת הצורך.</li>
</ol>5. דגימה וניתוח
<ol><li>ביוגז<ol><li>דגימת הביוגז ממוצא הדגימה לפני מיכל הספיגה וממוצא הדגימה לאחר המיכל על ידי חיבור שקית פוליוויניל פלואוריד 10 ליטר לשקע עם צינור גמיש בקוטר מתאים; הניחו כל אחד מהם בשקיות פוליוויניל פלואוריד נפרדות.</li>
		<li>כיול מנתח הגז הנייד על ידי הגדרת מתמר הלחץ לאפס והמתנה לייצוב. עשה זאת על ידי לחיצה על התחל, ולאחר מכן על הבא, וחיבור צינור שקוף וצינור צהוב כפי שהורה המנתח. לחץ על הבא ולבסוף, קריאות גז.</li>
		<li>חבר כל דגימה הכלולה בשקיות הפוליוויניל פלואוריד לאנלייזר, לחץ על הבא ומדוד את ריכוזי CH4, CO2, O2 ו- H2S כ- %vol משתי נקודות המערכת.</li>
		<li>קבע את יחס המחזור הנפחי בין נוזל לביוגז (L/G) על ידי חלוקת זרימת מחזור הנוזל בזרימת ייצור הביוגז. חשב את זרימת הגז המתאימה (m3/h) המציגה את היעילות הגבוהה ביותר של הסרת CO2 ו- H2S.</li>
	</ol></li>
	<li>מדידה מקוונת של תנאי המערכת (pH, חמצן מומס, טמפרטורה)<ol><li>כיול כל החיישנים בהתאם למפרט היצרן.</li>
		<li>מקם חיישן pH, חיישן חמצן מומס (DO) וחיישן טמפרטורה בנוזל של כל HRAP. הערה: לקבלת המותג והמפרטים עבור כל אחד מהחיישנים, עיין בקובץ טבלת החומרים.</li>
		<li>חבר את חיישני ה- pH וה- DO להתקן רכישת נתונים המורכב ממעבד ארבע ליבות במהירות 1.4 GHz 64 סיביות המחובר למסך נייד המאחסן תוכנית Python מוכנה מראש שנכתבה בסביבת פיתוח ולמידה משולבת (IDLE) 2.7.<ol><li>פתח את התוכנית דרך המסך וציין את מרווחי הזמן לאחסון כל נקודת נתונים (במקרה זה, כל 2 דקות).</li>
			<li>צור גיליון אלקטרוני שבו התוכנית תאחסן באופן אוטומטי את הנתונים שהיא אוספת.</li>
			<li>לחץ על הכפתור שקורא ON, המציין שהוא מוכן להתחיל לאחסן נתונים.</li>
			<li>כדי לעצור את איסוף הנתונים, לחץ על הכפתור שקורא OFF.</li>
			<li>כדי להוריד את המידע, הכנס אפיק טורי אוניברסלי (USB) וייבא את הגיליון האלקטרוני.</li>
		</ol></li>
		<li>חבר את חיישן הטמפרטורה למקליט תרמי כדי לאחסן את הנתונים שהוקלטו במהלך הניסויים.</li>
	</ol></li>
	<li>מבחני גישוש קצרים<ol><li>קבע את ה- L/G היעיל ביותר<ol><li>לווסת את זרימת הביוגז הנכנסת כדי לבחור את ערך L/G שייבדק (0.5, 1, 1.5, 1.6, 2, 2.5, 3.3, 3.4).</li>
			<li>מדוד את ה- pH ואת ריכוזי הכניסה והיציאה של כל גז (CH4, CO2, H2S, O2, N2) בהתחלה וכל 15 דקות במשך שעה (60 דקות), באמצעות המכשירים שתוארו קודם לכן.</li>
			<li>קבע את L / G היעיל ביותר על ידי השוואת ערכי היציאה ובחר את הנוח ביותר בהתאם לצרכי הניסוי.</li>
		</ol></li>
		<li>הקשר בין L / G, pH ו- CO2<ol><li>בחר לפחות שני L / G להשוואה.</li>
			<li>עבור כל L/G, מדוד את ה- pH ואת ריכוזי הכניסה והיציאה של CO2, ושל H2S, O2 ו- N2 כבקרה בהתחלה, כל 15 דקות במשך 60 דקות, ולאחר מכן כל שעה בסך הכל 5 שעות, באמצעות המכשירים שתוארו קודם לכן.</li>
			<li>חשב את אחוזי הסרת CO2 באמצעות המשוואה: הסרת CO2 = ((CO2אינץ' - CO2החוצה)/(CO2אינץ')) x 100</li>
			<li>גרף את התוצאות והשווה את ההתנהגות של pH ו- CO2 עבור כל L / G של נבדק.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>עקומת כיול למתאם משקל ביומסה לליטר תרבית לעומת ספיגה ב-750 ננומטר18<ol><li>דגמו את תרבית האצות כדי לנסות לקבל ספיגה של 1.0. אם לתרבית יש ספיגה מתחת ל-1.0, יש לחלץ מים על ידי סינון (מסנן של 0.45 מיקרומטר) מדגימת תרבית. אם הספיגה גדולה מ-1, ניתן להפחית אותה על ידי הוספת מדיום תרבית טרי.</li>
		<li>הכינו חמישה תרחיפים של תאי אצות באמצעות הדגימה והוסיפו מדיום תרבית טרי, באחוזי נפח/נפח (V/V): 100%, 80%, 60%, 40% ו-20%.</li>
		<li>מדוד ורשום את הספיגה ב- 750 ננומטר מתוך חמש התמיסות באמצעות ספקטרופוטומטר באמצעות קוביות פלסטיק, כאשר מדיום התרבית הטרי הוא החסר.</li>
		<li>קבע את משקל הביומסה לליטר תרבית של כל תרחיף על ידי סינון 10 מ"ל דרך מסנן ששקל בעבר 0.45 מיקרומטר וייבוש הדגימה במייבש סיליקה למשך 24 שעות ולאחר מכן 48 שעות כדי להבטיח משקל קבוע. חזור על שלב זה עבור כל אחד מחמשת הפתרונות. הערה: טמפרטורה גבוהה יותר (מעל 60°C) אינה מומלצת לייבוש עקב אובדן של תרכובות מפתח מסוימות שעלולות לנדיף ולשנות את משקל הדגימה.</li>
		<li>לאחר אישור המשקל, חשב את ריכוז הביומסה בתוך הכור באמצעות המשוואה: ריכוז ביומסה = (משקל ביומסה - משקל מסנן) x 1000/נפח מסונן [g/L]</li>
		<li>בצע רגרסיה ליניארית של נתוני משקל הביומסה בגרמים לליטר תרבית כפונקציה של הספיגה הנמדדת ב -750 ננומטר באמצעות גיליון אלקטרוני או כל תוכנה אחרת. מקדם הרגרסיה הליניארית צריך להיות גדול מ -0.95; אחרת, העקומה אינה שימושית, ויש לחזור על הפרוטוקול. הערה: הוא מתואר כמשקל ביומסה ולא כמשקל יבש כמו רוב השיטות מכיוון ששיטת הייבוש בה נעשה שימוש אינה מאפשרת הסרה מלאה של מים בדגימה, ומשאירה תכולת מים של פחות מ -5% 19.</li>
	</ol></li>
	<li>גידול ביומסה<ol><li>לפקח על הכורים כל יום. לוקחים דגימה של 1 ליטר מנקודת האמצע בין גלגל המשוטים לחזרתו מכל תרבית ומביאים אותה למעבדה.</li>
		<li>בדוק את צמיחת המושבה ואת טוהר התרבות תחת המיקרוסקופ.</li>
		<li>מדוד ורשום את הספיגה ב- 750 ננומטר של הדגימות באמצעות ספקטרופוטומטר, כאשר מדיום התרבית הטרי הוא הריק.</li>
		<li>השווה עם עקומת הכיול כדי לקבל את משקל הביומסה המשוער בגרמים לליטר.</li>
		<li>תעד את הצמיחה של כל כור מרוץ.</li>
	</ol></li>
	<li>ייצור ביומסה - קציר<ol><li>לפקח על הכורים כל יום. אם גידול הביומסה עולה מעל 0.7 גרם לליטר במהלך הדגימה, יש צורך בקציר.</li>
		<li>לסירוגין בין שני HRAPs, מניחים רשת פוליאסטר על גבי קטע בקצה אחד של הכור ומניחים קצה של צינור PVC גמיש בתוך זרימת הנוזל כך שהקצה השני מנקז את הנוזל על גבי הרשת.</li>
		<li>מסננים בין 4500 ליטר ל-7500 ליטר (תלוי ברוויה הביומסה של הכור) אל הרשת, תוך שמירה על זרימה רציפה חזרה ל-HRAP המתאים. הביומסה תישמר על הרשת.</li>
		<li>כדי לקצור, הסירו את הרשת מראש הכור והניחו אותה על משטח אחר כדי לגרד את הביומסה והכניסו אותה למשפך.</li>
		<li>לדחוף את הביומסה דרך המשפך כדי ליצור צורות מוארכות על גבי רשת נקייה ויבשה; הניחו את הרשת בחדר חם ומקורה (34-36 מעלות צלזיוס) למשך 48-72 שעות.</li>
		<li>לאחר הייבוש, להסיר את הביומסה מן הרשת ולשקול אותו. חשב את ריכוז הביומסה שנקצר בגרם / ליטר באמצעות המשוואות הבאות: נפח הנוזל המנוקז = קצב זרימת המשאבה x זמן ניקוז [L] ריכוז ביומסה שנקצר = משקל ביומסה של ביומסה שנקטפה/נפח נוזל מנוקז [g/L]</li>
	</ol></li>
</ol>

גידול מיקרו-אצות לביו-מתאן מפסולת חזירים ביוגז

<ol>
	<li>Mu&#241;oz, R., Meier, L., Diaz, I., Jeison, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+the+state-of-the-art+of+physical/chemical+and+biological+technologies+for+biogas+upgrading.">A review on the state-of-the-art of physical/chemical and biological technologies for biogas upgrading.</a> Rev Environ Sci Biotechnol. 14, 727-759 (2015).</li><li>Karimi, B., Shokrinezhad, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Air+pollution+and+mortality+among+infant+and+children+under+five+years:+A+systematic+review+and+meta-analysis.">Air pollution and mortality among infant and children under five years: A systematic review and meta-analysis.</a> Atmospheric Pollut Res. 11 (6), 61-70 (2020).</li><li>Koengkan, M., Fuinhas, J. A., Silva, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+the+capacity+of+renewable+energy+consumption+to+reduce+outdoor+air+pollution+death+rate+in+Latin+America+and+the+Caribbean+region.">Exploring the capacity of renewable energy consumption to reduce outdoor air pollution death rate in Latin America and the Caribbean region.</a> Environ Sci Pollut Res. 28, 1656-1674 (2021).</li><li>Alvarez-Herranz, A., Balsalobre-Lorente, D., Shahbaz, M., Cantos, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+innovation+and+renewable+energy+consumption+in+the+correction+of+air+pollution+levels.">Energy innovation and renewable energy consumption in the correction of air pollution levels.</a> Energy Policy. 105, 386-397 (2017).</li><li>Razmjoo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technical+analysis+investigating+energy+sustainability+utilizing+reliable+renewable+energy+sources+to+reduce+CO2+emissions+in+a+high+potential+area.">A technical analysis investigating energy sustainability utilizing reliable renewable energy sources to reduce CO2 emissions in a high potential area.</a> Renew Energy. 164, 46-57 (2021).</li><li>Franco-Morgado, M., Tabaco-Angoa, T., Ram&#237;rez-Garc&#237;a, M. A., Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+for+decreasing+the+O2+content+in+the+upgraded+biogas+purified+via+microalgae-based+technology.">Strategies for decreasing the O2 content in the upgraded biogas purified via microalgae-based technology.</a> J Environ Manage. 279, 111813 (2021).</li><li>Bail&#243;n, L., Hinge, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Report: Biogas and Bio-Syngas Upgrading. , (2012).</li><li>Persson, M., Jonsson, O., Wellinger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biogas+Upgrading+to+Vehicle+Fuel+Standards+and+Grid+Injection.">Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection.</a> Brochure of IEA Task 37. Energy from Biogas and Landfill Gas. , (2006).</li><li>Soreanu, G., B&#233;land, M., Falletta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+concerning+siloxane+removal+from+biogas+--+a+review.">Approaches concerning siloxane removal from biogas -- a review.</a> Canadian Biosystems Engineering. 53, 8.1-8.18 (2011).</li><li>Toro-Huertas, E. I., Franco-Morgado, M., de los Cobos Vasconcelos, D., Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photorespiration+in+an+outdoor+alkaline+open-photobioreactor+used+for+biogas+upgrading.">Photorespiration in an outdoor alkaline open-photobioreactor used for biogas upgrading.</a> Sci Total Environ. 667, 613-621 (2019).</li><li>Cozma, P., Wukovits, W., M&#259;m&#259;lig&#259;, I., Friedl, A., Gavrilescu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+simulation+of+high+pressure+water+scrubbing+technology+applied+for+biogas+upgrading.">Modeling and simulation of high pressure water scrubbing technology applied for biogas upgrading.</a> Clean Technol Environ Policy. 17, 373-391 (2015).</li><li>Sheets, J. P., Shah, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Biofuels Bioprod Biorefining. 12, 412-425 (2018).</li><li>Toledo-Cervantes, A., Estrada, J. M., Lebrero, R., Mu&#241;oz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+analysis+of+biogas+upgrading+technologies:+Photosynthetic+vs+physical/chemical+processes.">A comparative analysis of biogas upgrading technologies: Photosynthetic vs physical/chemical processes.</a> Algal Res. 25, 237-243 (2017).</li><li>Mar&#237;n, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+digestion+of+food+waste+coupled+with+biogas+upgrading+in+an+outdoors+algal-bacterial+photobioreactor+at+pilot+scale.">Anaerobic digestion of food waste coupled with biogas upgrading in an outdoors algal-bacterial photobioreactor at pilot scale.</a> Fuel. 324, 124554 (2022).</li><li>Bahr, M., D&#237;az, I., Dominguez, A., Gonz&#225;lez S&#225;nchez, A., Mu&#241;oz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microalgal-biotechnology+as+a+platform+for+an+integral+biogas+upgrading+and+nutrient+removal+from+anaerobic+effluents.">Microalgal-biotechnology as a platform for an integral biogas upgrading and nutrient removal from anaerobic effluents.</a> Environ Sci Technol. 48 (1), 573-581 (2014).</li><li>Franco-Morgado, M., Alc&#225;ntara, C., Noyola, A., Mu&#241;oz, R., Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+photosynthetic+biogas+upgrading+based+on+a+high+rate+algal+pond+under+alkaline+conditions:+Influence+of+the+illumination+regime.">A study of photosynthetic biogas upgrading based on a high rate algal pond under alkaline conditions: Influence of the illumination regime.</a> Sci Total Environ. 592, 419-425 (2017).</li><li>. Manuel de culture artisanale de spiruline Available from: <a target="_blank" href="https://www.scribd.com/document/513003475/Manuel-de-Culture-Artisanale-de-Spiruline">https://www.scribd.com/document/513003475/Manuel-de-Culture-Artisanale-de-Spiruline</a> (2006)</li><li>Lu, L., Yang, G., Zhu, B., Pan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+on+three+quantitating+methods+of+microalgal+biomass.">A comparative study on three quantitating methods of microalgal biomass.</a> Indian J Geo-Mar Sci. 46, 2265-2272 (2017).</li><li>Sukarni, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermogravimetric+analysis+of+the+combustion+of+marine+microalgae+Spirulina+platensis+and+its+blend+with+synthetic+waste.">Thermogravimetric analysis of the combustion of marine microalgae Spirulina platensis and its blend with synthetic waste.</a> Heliyon. 6 (9), e04902 (2020).</li><li>Kundu, S., Zanganeh, J., Moghtaderi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+understanding+explosions+from+methane-air+mixture.">A review on understanding explosions from methane-air mixture.</a> J Loss Prev Process Ind. 40, 507-523 (2016).</li><li>Serejo, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+biogas+flow+rate+on+biomass+composition+during+the+optimization+of+biogas+upgrading+in+microalgal-bacterial+processes.">Influence of biogas flow rate on biomass composition during the optimization of biogas upgrading in microalgal-bacterial processes.</a> Environ Sci Technol. 49 (5), 3228-3236 (2015).</li><li>Toledo-Cervantes, A., Madrid-Chirinos, C., Cantera, S., Lebrero, R., Mu&#241;oz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+gas-liquid+flow+configuration+in+the+absorption+column+on+photosynthetic+biogas+upgrading+in+algal-bacterial+photobioreactors.">Influence of the gas-liquid flow configuration in the absorption column on photosynthetic biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors.</a> Bioresour Technol. 225, 336-342 (2017).</li><li>Posadas, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimization+of+biomethane+oxygen+concentration+during+biogas+upgrading+in+algal-bacterial+photobioreactors.">Minimization of biomethane oxygen concentration during biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors.</a> Algal Res. 12, 221-229 (2015).</li><li>Gonz&#225;lez S&#225;nchez, A., FloresM&#225;rquez, T. E., Revah, S., Morgan Sagastume, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enrichment+and+cultivation+of+a+sulfide-oxidizing+bacteria+consortium+for+its+deploying+in+full-scale+biogas+desulfurization.">Enrichment and cultivation of a sulfide-oxidizing bacteria consortium for its deploying in full-scale biogas desulfurization.</a> Biomass Bioenergy. 66, 460-464 (2014).</li><li>Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A., Posten, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+H2S+during+the+cultivation+of+Chlorella+sp.+deployed+for+biogas+upgrading.">Fate of H2S during the cultivation of Chlorella sp. deployed for biogas upgrading.</a> J Environ Manage. 191, 252-257 (2017).</li><li>Hussain, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microalgae+an+ecofriendly+and+sustainable+wastewater+treatment+option:+Biomass+application+in+biofuel+and+bio-fertilizer+production.+A+review.">Microalgae an ecofriendly and sustainable wastewater treatment option: Biomass application in biofuel and bio-fertilizer production. A review.</a> Renew Sustain Energy Rev. 137, 137 (2021).</li><li>lvarez-Gonz&#225;lez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+microalgae+grown+in+wastewater+reduce+the+use+of+inorganic+fertilizers.">Can microalgae grown in wastewater reduce the use of inorganic fertilizers.</a> J Environ Manage. 323, 116224 (2022).</li><li>Deepika, P., MubarakAli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+assessment+of+microalgal+liquid+fertilizer+for+the+enhanced+growth+of+four+crop+plants.">Production and assessment of microalgal liquid fertilizer for the enhanced growth of four crop plants.</a> Biocatal Agric Biotechnol. 28, 101701 (2020).</li><li>. Perspectives for a european standard on biomethane: a Biogasmax proposal Available from: <a target="_blank" href="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">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</a> (2010)</li><li>. Biomethane - Oxygen Content Assessment Available from: <a target="_blank" href="https://www.gasnetworks.ie/docs/corporate/gas-regulation/Oxygen-concentration-report-17985-AI-RPT-001-Rev-5-Biomethane-review-Penspen.pdf">https://www.gasnetworks.ie/docs/corporate/gas-regulation/Oxygen-concentration-report-17985-AI-RPT-001-Rev-5-Biomethane-review-Penspen.pdf</a> (2018)</li><li>. European biomethane standards for grid injection and vehicle fuel use Available from: <a target="_blank" href="https://www.biosurf.eu/wordpress/wp-content/uploads/2015/06/9.-Arthur_Wellinger.pdf">https://www.biosurf.eu/wordpress/wp-content/uploads/2015/06/9.-Arthur_Wellinger.pdf</a> (2017)</li><li>. 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) Available from: <a target="_blank" href="https://www.dof.gob.mx/normasOficiales/3997/sener/sener.html">https://www.dof.gob.mx/normasOficiales/3997/sener/sener.html</a> (2010)</li><li>Sharifian, R., Wagterveld, R. M., Digdaya, I. A., Xiang, C., Vermaas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+carbon+dioxide+capture+to+close+the+carbon+cycle.">Electrochemical carbon dioxide capture to close the carbon cycle.</a> Energy Environ Sci. 14, 781-814 (2021).</li><li>Masoj&#237;dek, J., Torzillo, G., Kobl&#237;&#382;ek, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthesis+in+Microalgae.">Photosynthesis in Microalgae.</a> Handbook of Microalgal Culture. , (2013).</li><li>Rendal, C., Witt, J., Preuss, T. G., Ashauer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+for+algae+modeling+in+regulatory+risk+assessment.">A framework for algae modeling in regulatory risk assessment.</a> Environ Toxicol Chem. 42 (8), 1823-1838 (2023).</li><li>Alami, A. H., Alasad, S., Ali, M., Alshamsi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+algae+for+CO2+capture+and+accumulation+and+simultaneous+production+of+biomass+for+biodiesel+production.">Investigating algae for CO2 capture and accumulation and simultaneous production of biomass for biodiesel production.</a> Sci Total Environ. 759, 143529 (2021).</li></ol>

ניגוד עניינים. המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.

לאורך השנים, טכנולוגיית אצות זו נבדקה ושימשה כחלופה לטכניקות הפיזיקוכימיות הקשות והיקרות לטיהור ביוגז. בפרט, הסוג Arthrospira נמצא בשימוש נרחב למטרה ספציפית זו, יחד עם כלורלה. עם זאת, ישנן מתודולוגיות מעטות הנעשות בקנה מידה תעשייתי למחצה, מה שמוסיף ערך להליך זה.
חיוני ל?...

בשנים האחרונות התפתחו מספר טכנולוגיות לטיהור ביו-גז לביו-מתאן, המקדמות את השימוש בו כדלק שאינו מאובנים, ובכך מפחיתות פליטות מתאן בלתי ניתנות לפירוק1. זיהום אוויר הוא בעיה המשפיעה על רוב אוכלוסיית העולם, במיוחד באזורים עירוניים; בסופו של דבר, כ-92% מאוכלוסיית העולם נושמת אוויר מזוהם2. באמל"ט שיעורי זיהום האוויר נוצרים בעיקר כתוצאה משימוש בדלקים, כאשר בשנת 2014 48% מזיהום האוויר נגרם על ידי מגזר ייצור החשמל והחום3.
בעשור האחרון הוצעו יותר ויותר מחקרים על הקשר בין מזהמים באוויר לבין העלייה בשיעורי התמותה, הטוענים כי קיים מתאם חזק בין שני מערכי הנתונים, במיוחד בקרב אוכלוסיות ילדים.
כדרך להימנע מהמשך זיהום האוויר, הוצעו מספר אסטרטגיות; אחד מהם הוא שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים, כולל טורבינות רוח ותאים פוטו-וולטאיים, המפחיתים את שחרור ה-CO2 לאטמוספירה 4,5. מקור אנרגיה מתחדשת נוסף מגיע מביוגז, תוצר לוואי של עיכול אנאירובי של חומר אורגני, המיוצר יחד עם עיכול אורגני נוזלי6. גז זה מורכב מתערובת של גזים, והפרופורציות שלהם תלויות במקור החומר האורגני המשמש לעיכול אנאירובי (בוצת ביוב, זבל בקר או פסולת ביולוגית אגרו-תעשייתית). באופן כללי, פרופורציות אלה הן CH4 (53%-70%vol), CO2 (30%-47%vol), N2 (0%-3%vol), H2O (5%-10%vol), O2 (0%-1%vol), H2S (0-10,000 ppmv), NH3 (0-100 ppmv), פחמימנים (0-200 mg/m3) ו siloxanes (0-41 mg/m3)7,8,9, כאשר הקהילה המדעית מעוניינת בגז המתאן מכיוון שזהו המרכיב האנרגטי המתחדש של התערובת.
עם זאת, לא ניתן פשוט לשרוף ביוגז כפי שהושג מכיוון שתוצרי הלוואי של התגובה יכולים להיות מזיקים ומזהמים; זה מעלה את הצורך לטפל ולטהר את התערובת כדי להגדיל את אחוז המתאן ולהקטין את השאר, ולמעשה להמיר אותו לביו-מתאן10. תהליך זה ידוע גם בשם שדרוג. למרות שכיום קיימות טכנולוגיות מסחריות לטיפול זה, לטכנולוגיות אלו מספר חסרונות כלכליים וסביבתיים 11,12,13. לדוגמה, מערכות עם שטיפת פחמן ומים פעילה (ACF-WS), שטיפת מים בלחץ (PWS), חלחול גז (GPHR) וספיחת נדנדה בלחץ (PSA) מציגות חסרונות כלכליים או אחרים של השפעה סביבתית. חלופה מעשית (איור 1) היא שימוש במערכות ביולוגיות כמו אלה שמשלבות מיקרו-אצות וחיידקים שגדלים בפוטו-ביוריאקטורים; כמה יתרונות כוללים את פשטות התכנון והתפעול, עלויות התפעול הנמוכות, ואת התפעול הידידותי לסביבה שלה ואת תוצרי הלוואישלה 10,13,14. כאשר ביו-גז מטוהר לביו-מתאן, האחרון יכול לשמש כתחליף לגז טבעי, והעיכול יכול להיות מיושם כמקור של חומרי מזון לתמיכה בצמיחת מיקרו-אצות במערכת10.
שיטה נפוצה בהליך שדרוג זה היא גידול מיקרו-אצות בפוטריאקטורים של מסלולים פתוחים יחד עם עמודת ספיגה בשל עלויות התפעול הנמוכות יותר והון ההשקעה המינימלי הדרוש6. הסוג הנפוץ ביותר של כור מסלול עבור יישום זה הוא בריכת אצות בקצב גבוה (HRAP), שהיא בריכת מסלול רדודה שבה הסירקולציה של מרק האצות מתרחשת באמצעות גלגל משוטיםבעל כוח נמוך 14. כורים אלה זקוקים לשטחים גדולים להתקנתם והם רגישים מאוד לזיהום אם משתמשים בהם בתנאי חוץ; בתהליכי טיהור ביוגז, מומלץ להשתמש בתנאים בסיסיים (pH > 9.5) ובשימוש בזני אצות המשגשגים ברמות pH גבוהות יותר כדי לשפר את הסרת CO2 ו- H2S תוך הימנעות מזיהום15,16.
מחקר זה נועד לקבוע את יעילות הטיפול בביו-גז ואת הייצור הסופי של ביו-מתאן באמצעות פוטו-ביוריאקטורים של HRAP בשילוב עם מערכת עמודות ספיחה וקונסורציום מיקרו-אצות.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1&#34; rotameter</td>
			<td>CICLOTEC</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; rotameter</td>
			<td>GPI</td>
			<td>A10-LMA100IA1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absorption tank</td>
			<td>EFISA</td>
			<td>Made under previous design</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air blower (2.35 HP)</td>
			<td>Elmo Rietschle</td>
			<td>2BH11007AH01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biogas blower (2 HP)</td>
			<td>Elmo Rietschle</td>
			<td>2BH11007AH01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biogas composition measure</td>
			<td>Geotech</td>
			<td>BIOGAS 5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data-acquisition device</td>
			<td>LabJack Co.</td>
			<td>U3-LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffuser tubes</td>
			<td>Aero-Tube</td>
			<td>C3060AR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DO sensor</td>
			<td>Applisens</td>
			<td>Z10023525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecahydrated trisodium phosphate&#160;</td>
			<td>Quimica PIMA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecahydrated trisodium phosphate&#160;</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>35963</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Durapore membrane (45 &#181;m)</td>
			<td>MerckMillipore</td>
			<td>HVLP04700&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric motor 1.5 HP</td>
			<td>Weg</td>
			<td>00158ET3ERS56C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous sulfate heptahydrate</td>
			<td>Agroquimica Samet</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous sulfate heptahydrate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>63593</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geomembrane</td>
			<td>GEOSINCERE</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate heptahydrate</td>
			<td>Tepeyac</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate heptahydrate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>63623</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paddle wheel</td>
			<td>GSI</td>
			<td>Made under previous design</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH sensor</td>
			<td>Van London pHoenix</td>
			<td>715-772-0041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portable screen</td>
			<td>Rasspberry</td>
			<td>Pi 3 B+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recirculation centrifugal pump (1.5 HP)</td>
			<td>Aquapak&#160;</td>
			<td>ALY 15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Industria del alcali</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>12903</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sal Colima</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>24912</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrate</td>
			<td>Vitraquim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>41903</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Storing program (pH, DO)</td>
			<td>&#160;Python Software Foundation&#160;</td>
			<td>Python IDLE 2.7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tedlar bags</td>
			<td>SKC Inc.</td>
			<td>232-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature recorder</td>
			<td>T&#38;D</td>
			<td>TR-52i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis Spectrophotometer</td>
			<td>ThermoFisher Scientific instrument</td>
			<td>GENESYS 10S&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>EVAR</td>
			<td>EV-40</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biogas purification through the use of a microalgae-bacterial system in semi-industrial high rate algal ponds

בשנים האחרונות התפתחו מספר טכנולוגיות לטיהור ביו-גז לביו-מתאן. טיהור זה כרוך בהפחתת ריכוז הגזים המזהמים כגון פחמן דו חמצני ומימן גופרתי כדי להגדיל את תכולת המתאן. במחקר זה השתמשנו בטכנולוגיית גידול מיקרו-אצות כדי לטפל ולטהר ביו-גז המופק מפסולת אורגנית מתעשיית החזירים כדי להשיג ביו-מתאן מוכן לשימוש. לצורך גידול וטיהור הוקמו בסן חואן דה לוס לאגוס, מקסיקו, שני פוטוביוריאקטורים באורך 22.2 מ'3 בריכות פתוחות יחד עם מערכת טורי ספיחה של ספיגה. מספר יחסי נוזל/ביוגז במחזור (L/G) נבדקו כדי להשיג את יעילות ההסרה הגבוהה ביותר; נמדדו פרמטרים אחרים, כגון pH, חמצן מומס (DO), טמפרטורה וצמיחת ביומסה. ה-L/Gs היעילים ביותר היו 1.6 ו-2.5, והתוצאה הייתה שפכי ביו-גז מטופלים בהרכב של 6.8%vol ו-6.6%volב-CO2, בהתאמה, ויעילות סילוק עבור H2S עד 98.9%, כמו גם שמירה על ערכי זיהום O2 של פחות מ-2%vol. מצאנו כי pH קובע במידה רבה את סילוקCO2 , יותר מאשר L/G, במהלך הגידול, בגלל השתתפותו בתהליך הפוטוסינתזה של מיקרו-אצות ויכולתו לשנות pH כאשר הוא מסיס בשל טבעו החומצי. DO, והטמפרטורה התנודדה כצפוי מהמחזורים הטבעיים של אור-חושך של פוטוסינתזה והשעה ביום, בהתאמה. גידול הביומסה השתנה עםCO2 והזנת חומרים מזינים, כמו גם קצירת כורים; עם זאת, המגמה נותרה דרוכה לצמיחה.

In recent years, several technologies have emerged to purify biogas to biomethane, promoting its use as non-fossil fuel, therefore mitigating undesairable methane emissions1. Air pollution is a problem that affects most of the world&#39;s population, particularly in urbanized areas; ultimately, around 92% of the world&#39;s population breathe polluted air2. In Latin America, the air pollution rates are mostly created by the use of fuels, whereby in 2014, 48% of the air pollution was brought on by the electricity and heat production sector3.
In the last decade, more and more studies on the relationship between pollutants in the air and the increase in mortality rates have been proposed, arguing that there is a strong correlation between both datasets, particularly in children populations.
As a way to avoid the continuation of air pollution, several strategies have been proposed; one of these is the use of renewable energy sources, including wind turbines and photovoltaic cells, which diminish the CO2 release into the atmosphere4,5. Another renewable energy source comes from biogas, a byproduct of the anaerobic digestion of organic matter, produced along with a liquid organic digestate6. This gas is composed of a mixture of gasses, and their proportions depend on the source of organic matter used for anaerobic digestion (sewage sludge, cattle manure, or agro-industrial biowaste). Generally, these proportions are CH4 (53%-70%vol), CO2 (30%-47%vol), N2 (0%-3%vol), H2O (5%-10%vol), O2 (0%-1%vol), H2S (0-10,000 ppmv), NH3 (0-100 ppmv), hydrocarbons (0-200 mg/m3) and siloxanes (0-41 mg/m3)7,8,9, where the scientific community is interested in the methane gas since this is the renewable energetic component of the mixture.
However, biogas cannot be simply burned as obtained because the byproducts of the reaction can be harmful and contaminant; this raises the need to treat and purify the mixture to increase the percentage of methane and decrease the rest, essentially converting it into biomethane10. This process is also known as upgrading. Even though, currently, there are commercial technologies for this treatment, these technologies have several economic and environmental drawbacks11,12,13. For example, systems with activated carbon and water washing (ACF-WS), pressure water washing (PWS), gas permeation (GPHR), and pressure swing adsorption (PSA) present some economic or other drawbacks of environmental impact. A viable alternative (Figure 1) is the use of biological systems such as those that combine microalgae and bacteria grown in photobioreactors; some advantages include the simplicity of design and operation, the low operating costs, and its environmentally friendly operations and byproducts10,13,14. When biogas is purified to biomethane, the latter can be used as a substitute for natural gas, and the digestate can be implemented as a source of nutrients to support microalgae growth in the system10.
A method widely used in this upgrading procedure is the growth of microalgae in open raceway photoreactors coupled with an absorption column due to the lower operation costs and the minimal investment capital needed6. The most used type of raceway reactor for this application is the high-rate algal pond (HRAP), which is a shallow raceway pond where the circulation of the algal broth occurs via a low-power paddle wheel14. These reactors need large areas for their installation and are very susceptible to contamination if used in outdoor conditions; in biogas purification processes, it is advised to use alkaline conditions (pH &#62; 9.5) and the use of algal species that thrive in higher pH levels to enhance the removal of CO2 and H2S while avoiding contamination15,16.
This research aimed to determine the biogas treatment efficiencies and final production of biomethane using HRAP photobioreactors coupled with an absorption-desorption column system and a microalgae consortium.

מחבר זרקור: קנה מידה של ביוטכנולוגיה מיקרו-אצות לייצור ביו-מתאן משופר 

טיהור ביוגז באמצעות שימוש במערכת מיקרו-אצות-חיידקים בבריכות אצות חצי תעשייתיות בקצב גבוה

Our research focuses on developing sustainable and viable microalgal biotechnology for biomethane We show that it was possible to scale the biogas filter up to some industrial scale under other conditions. The process of scaling is aimed at treating larger flows of biogas in smaller facilities with the aim of making it more economically viable. Additionally, the process seeks to promote operating conditions that can lead to greater production of value by products extracted from microalgal biomass.Through a full scale process exposed to outdoor conditions, we have discovered various species of microalgae that enable us to operate the microalgal filter efficiently. We have also identified the optimal operating conditions that lead to a higher volumetric concentration of biomethane. We were able to successfully scale up the microalgal filter to full scale operations, and identify the optimal operating conditions for photo bioreactors and microalgae filter to achieve methane concentrations of up to 85%volume.The use of other species of microalgae under the same operating conditions could improve the performance efficiency of the microalgae filter. In spring summer, the increase in temperature will help the efficiency of the system.

בהתאם לפרוטוקול, המערכת נבנתה, נבדקה וחוסנה. התנאים נמדדו ואוחסנו, והדגימות נלקחו ונותחו. הפרוטוקול בוצע במשך שנה, החל מאוקטובר 2019 ונמשך עד אוקטובר 2020. חשוב להזכיר שמכאן והלאה, HRAPs יכונו RT3 ו-RT4.
פרודוקטיביות ביו-מתאן על מנת לקבוע את התנאים המקדמים את סילוק H2S<su...

Watch this Scientific Journal Video about Scaling Microalgal Biotechnology for Enhanced Biomethane Production at JoVE.com

זיהום אוויר משפיע על איכות החיים של כל האורגניזמים. במאמר זה נתאר את השימוש בביוטכנולוגיה של מיקרו-אצות לטיפול בביו-גז (סילוק סימולטני של פחמן דו-חמצני ומימן גופרתי) ואת ייצור הביו-מתאן באמצעות בריכות אצות פתוחות חצי-תעשייתיות בקצב גבוה, וניתוח עוקב של יעילות הטיפול, pH, חמצן מומס וגידול מיקרו-אצות.

In recent years, a number of technologies have emerged to purify biogas into biomethane. This purification entails a reduction in the concentration of ...

המחקר שלנו מתמקד בפיתוח ביוטכנולוגיה בת קיימא ובת קיימא של מיקרו-אצות עבור ביו-מתאן אנו מראים כי ניתן היה להגדיל את מסנן הביוגז עד לקנה מידה תעשייתי כלשהו בתנאים אחרים. תהליך קנה המידה נועד לטפל בזרימות גדולות יותר של ביוגז במתקנים קטנים יותר במטרה להפוך אותו לכדאיות כלכלית יותר. בנוסף, התהליך מבקש לקדם תנאי הפעלה שיכולים להוביל לייצור רב יותר של ערך על ידי מוצרים המופקים מביומסה מיקרו-אצות.בתהליך בקנה מידה מלא שנחשף לתנאי חוץ, גילינו מינים שונים של מיקרו-אצות המאפשרים לנו להפעיל את מסנן המיקרו-אצות ביעילות. זיהינו גם את תנאי הפעולה האופטימליים שמובילים לריכוז נפחי גבוה יותר של ביו-מתאן. הצלחנו להגדיל בהצלחה את מסנן המיקרו-אצות לפעולות בקנה מידה מלא, ולזהות את תנאי ההפעלה האופטימליים עבור ביוריאקטורים פוטוגרפיים ומסנן מיקרו-אצות כדי להשיג ריכוזי מתאן של עד 85% נפח.שימוש במינים אחרים של מיקרו-אצות באותם תנאי הפעלה יכול לשפר את יעילות הביצועים של מסנן המיקרו-אצות. באביב הקיץ, העלייה בטמפרטורה תסייע ליעילות המערכת.

biogas-purification-through-use-microalgae-bacterial-system-semi

Research

JoVE Journal

Environment

Biogas Purification through the use of a Microalgae-Bacterial System in Semi-Industrial High Rate Algal Ponds

1.6K Views.  Universidad Nacional Autónoma de México. המחקר שלנו מתמקד בפיתוח ביוטכנולוגיה בת קיימא ובת קיימא של מיקרו-אצות עבור ביו-מתאן אנו מראים כי ניתן היה להגדיל את מסנן הביוגז עד לקנה מידה תעשייתי כלשהו בתנאים אחרים. תהליך קנה המידה נועד לטפל בזרימות גדולות יותר של ביוגז במתקנים קטנים יותר במטרה להפוך אותו לכדאיות כלכלי...

Video: מחבר זרקור: קנה מידה של ביוטכנולוגיה מיקרו-אצות לייצור ביו-מתאן משופר 

In recent years, a number of technologies have emerged to purify biogas into biomethane. This purification entails a reduction in the concentration of polluting gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide to increase the content of methane. In this study, we used a microalgal cultivation technology to treat and purify biogas produced from organic waste from the swine industry to obtain ready-to-use biomethane. For cultivation and purification, two 22.2 m3 open-pond photobioreactors coupled with an absorption-desorption column system were set up in San Juan de los Lagos, Mexico. Several recirculation liquid/biogas ratios (L/G) were tested to obtain the highest removal efficiencies; other parameters, such as pH, dissolved oxygen (DO), temperature, and biomass growth, were measured. The most efficient L/Gs were 1.6 and 2.5, resulting in a treated biogas effluent with a composition of 6.8%vol and 6.6%vol in CO2, respectively, and removal efficiencies for H2S up to 98.9%, as well as maintaining O2 contamination values of less than 2%vol. We found that pH greatly determines CO2 removal, more so than L/G, during cultivation because of its participation in the photosynthetic process of microalgae and its ability to vary pH when solubilized due to its acidic nature. DO, and temperature oscillated as expected from the light-dark natural cycles of photosynthesis and the time of day, respectively. Biomass growth varied with CO2 and nutrient feeding as well as reactor harvesting; however, the trend remained primed for growth.

Air pollution impacts the quality of life of all organisms. Here, we describe the use of microalgae biotechnology for the treatment of biogas (simultaneous removal of carbon dioxide and hydrogen sulfide) and the production of biomethane through semi-industrial open high-rate algal ponds and subsequent analysis of treatment efficiency, pH, dissolved oxygen, and microalgae growth.