準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

要約

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。

要約

近年、バイオガスをバイオメタンに精製する技術が数多く登場しています。この浄化には、二酸化炭素や硫化水素などの汚染ガスの濃度が低下し、メタン含有量が増加します。本研究では、養豚業から排出される有機廃棄物から発生するバイオガスを微細藻類の培養技術を用いて処理・精製し、すぐに使えるバイオメタンを得た。培養と精製のために、メキシコのサン・フアン・デ・ロス・ラゴスに22.2m3の露天掘りフォトバイオリアクターと吸収脱着カラムシステムを組み合わせて設置しました。いくつかの再循環液体/バイオガス比(L/G)がテストされ、最高の除去効率が得られました。pH、溶存酸素(DO)、温度、バイオマス成長などの他のパラメータを測定しました。最も効率的なL/Gは1.6と2.5であり、その結果、_CO2中の組成はそれぞれ6.8%volと6.6%volで処理されたバイオガス廃液が得られ、_H2Sの除去効率は最大98.9%であり、_O2汚染値は2%vol未満に維持されました。微細藻類の光合成過程に関与し、酸性であることから可溶化時にpHを変化させる能力があるため、培養中の_CO2除去はL/GよりもpHが大きく左右されることが分かりました。DOと温度は、それぞれ光合成の明暗自然サイクルと時刻から予想どおりに振動しました。バイオマスの成長は、_CO2と栄養素の供給、および原子炉の収穫によって変化しました。しかし、この傾向は引き続き成長の兆しを見せています。

概要

近年、バイオガスをバイオメタンに精製し、非化石燃料としての利用を促進する技術がいくつか登場し、脱気不可能なメタン排出を軽減しています¹。大気汚染は、特に都市部で世界の人口のほとんどに影響を与える問題です。最終的に、世界人口の約92%が汚染された空気を吸っています²。ラテンアメリカでは、大気汚染率は主に燃料の使用によって引き起こされており、2014年には大気汚染の48%が電力および熱生産部門によってもたらされました³。

過去10年間で、大気中の汚染物質と死亡率の増加との関係に関する研究がますます提案されており、特に子供の集団において、両方のデータセットの間に強い相関関係があると主張しています。

大気汚染の継続を回避する方法として、いくつかの戦略が提案されています。その1つが、風力タービンや太陽電池などの再生可能エネルギー源の使用であり、大気中への_CO2放出を減少させます^4,5。別の再生可能エネルギー源は、有機物の嫌気性消化の副産物であるバイオガスから来ており、液体有機消化物^とともに生成されます6。....

プロトコル

1. システムのセットアップ

注:このプロトコルで記述されているシステムの配管および計装図(P&ID)を 図2に示します。

1. リアクターのセットアップ
   1. 反応器の安定性を向上させるために、地盤を平らにして圧縮して準備します。
   2. オープンフィールドで、端から3mの細長い穴を2つ掘り、さらに深さ^3m2 と1mの穴(通気井と呼ばれる)を掘ります。
   3. 2つのHRAP(図3)を、ジオメンブレンで覆われた金属支持体のスペース内に置きます。各原子炉の運転能力は22.2m3でなければなりません。
   4. 原子炉ごとに1728.42ワット(2.35馬力)のエアポンプを、曝気井が掘られたHRAPのポイントの近くに配置します。
   5. パドルホイール(1103.24ワット[1.5馬力]の電気モーターで動く)を反応器全体に固定して、バイオマスと培地の接触を促進します。
2. ガス処理のセットアップ(図4)
   1. 6インチのポリ塩化ビニル(PVC)チューブで脱着カラムを構築し、蓋付きの上部から2mのところに....

ディスカッション

何年にもわたって、この藻類技術は、バイオガスを精製するための過酷で高価な物理化学的手法の代替としてテストされ、使用されてきました。特に、 Arthrospira 属は 、クロレラとともにこの特定の目的のために広く使用されています。しかし、準工業規模で作られる方法論はほとんどなく、この手順に付加価値を与えています。

適切なL/G比を使用して、よ.......

資料

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