부분 자금 지원에 대해 DGAPA UNAM 프로젝트 번호 IT100423에 감사드립니다. 또한 광합성 바이오가스 업그레이드 전체 설비에 대한 기술 경험을 공유할 수 있도록 해주신 PROAN과 GSI에 감사드립니다. Pedro Pastor Hernández Guerrero, Carlos Martin Sigala, Juan Francisco Díaz Márquez, Margarita Elizabeth Cisneros Ortiz, Roberto Sotero Briones Méndez 및 Daniel de los Cobos Vasconcelos의 기술 지원에 감사드립니다. 이 연구의 일부는 ISO 9001:2015 인증을 받은 IIUNAM 환경공학 연구소에서 수행되었습니다.

1. 시스템 설정
알림: 이 프로토콜에 설명된 시스템의 배관 및 계장 다이어그램(P&ID)은 그림 2에 나와 있습니다.
<ol><li>원자로 설정<ol><li>원자로 안정성을 향상시키기 위해 평평하게 하고 압축하여 지반을 준비합니다.</li>
		<li>열린 들판에서 끝에서 3m 떨어진 두 개의 길쭉한 구멍을 파고 3m2 및 1m 깊이의 구멍 (폭기 우물이라고 함)을 더 파십시오.</li>
		<li>지오멤브레인으로 덮인 금속 지지대의 공간 내에 두 개의 HRAP(그림 3)를 배치합니다. 각 반응기의 작동 용량은 22.2m3여야 합니다.</li>
		<li>반응기당 1728.42와트(2.35hp)의 공기 펌프를 폭기정이 파낸 HRAP 지점 가까이에 배치합니다.</li>
		<li>바이오매스와 매질 사이의 접촉을 촉진하기 위해 반응기를 가로질러 외륜(1103.24와트[1.5hp] 전기 모터로 이동)을 고정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>가스 처리 설정(그림 4)<ol><li>입구 전류가 덮개가 있는 상단에서 2m 들어가고 출구 전류가 하단에서 흐르는 6인치 폴리염화비닐(PVC) 튜브로 탈착 컬럼을 구축합니다(그림 2).</li>
		<li>흡수 탱크 (Vt : 2.55 m3)를 설치하십시오., 기체 입구 (처리되지 않은 바이오 가스) 전류가 11 개의 디퓨저 튜브를 통해 바닥에서 거품이 발생하고 바이오 가스 송풍기, 1 "로타미터 및 샘플링 포트를 통과하는 4 "PVC 파이프 라인을 통해 혐기성 소화조에서 나오는 반면, 액체는 탱크 바닥의 탈착 컬럼 후 매체 재순환에서 나옵니다. 액체 배출구는 탱크 측면에 있습니다. CO2 농축 매체를 레벨 제어 컬럼으로 운반하고 가스는 탱크 상단의 배출구에서 배출되며, 탱크는 1인치 PVC 파이프라인과 연결되어 획득한 바이오메탄을 버너로 전달하여 연속 연소를 수행합니다(그림 2).</li>
		<li>4" PVC 튜브를 통해 흡수 탱크를 탈착 컬럼에 연결하고 두 작업 사이에 샘플링 포트를 통과시킵니다(그림 2).</li>
		<li>입구가 바닥에 있는 6인치 PVC 튜브로 레벨 제어 기둥을 만듭니다. 시스템의 필요에 따라 두 개의 콘센트(버터플라이 밸브로 제어)가 있습니다. 첫 번째는 2.5m 높이에 있고 두 번째는 지면에서 3m 떨어져 있습니다(그림 2).</li>
		<li>재순환 원심 펌프(1103.24와트[1.5hp])와 1인치 회전계를 통과하여 2" PVC 파이프라인을 통해 HRAP 광생물반응기를 6" 탈착 컬럼에 연결합니다(그림 2).</li>
		<li>4" PVC 튜브를 통해 레벨 제어 컬럼을 스케쥴 40 PVC 튜브에 연결하여 샘플링 포트를 통과합니다. 그런 다음 유연한 PVC 튜브의 일부에 연결하고, 다른 스케줄 40 PVC 튜브에 연결하고, 마지막으로 HRAP 광생물반응기로 열리는 4인치 PVC 튜브에 연결합니다(그림 2).</li>
		<li>2" PVC 파이프라인으로 탈착 컬럼의 바이패스를 설정하고 샘플링 포트 앞의 메인 튜브에 연결합니다(그림 2).</li>
	</ol></li>
</ol>2. 시스템의 기능 테스트
<ol><li>재순환 원심 펌프(1.5hp[1103.24W])<ol><li>펌프의 최대 유량을 결정하려면 공기 흡입을 피하기 위해 내부를 최소 10분 동안 프라이밍하고 230V 및 1상에서 시동하십시오.</li>
		<li>재순환 흐름이 1" 로타미터를 통해 흐르도록 하여 테스트합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>바이오가스 버블링 시스템<ol><li>200mbar에 해당하는 공기 기둥 이상을 기포하는 데 필요한 힘을 결정하려면 흡수 탱크에 공기를 버블링하여 출력이 다른 최소 3개의 송풍기(485.52와트[0.66hp], 1838.74와트[2.5hp] 및 3309.74와트[4.5hp])를 테스트합니다.</li>
		<li>탱크 내부의 기포가 도달하는 크기와 분포를 육안으로 확인합니다. 여기에 설명된 작동 조건에서 기포의 예상 평균 직경은 3mm입니다.</li>
	</ol></li>
</ol>3. 실내 조건에서의 접종 및 성장
<ol><li>Arthrospira maxima의 순수 균주를 한천 플레이트로부터15 mL의 수성 미네랄 배지 17(NaHCO3[10 g/L],Na3PO4·12H2O[0.033 g/L],NaNO3[0.185 g/L], MgSO4 ·7H2O[0.014 g/L],FeSO4·7H2O[0.0008 g/L], NaCl[0.4 g/L])로 옮긴다.</li>
	<li>플라스크 부피의 100%를 사용하여 무해한 Jourdan 수성 배지로 배양을 500mL 플라스크로 확장하고, 표면 실장 장치(SMD) 2835가 있는 발광 다이오드(LED) 램프를 사용하여 12시간 밝음/12시간 어두운 광주기에서 2000lm의 차가운 빛을 제공하고 공기 버블링(0.3L/min 또는 0.6vvm)에 의한 연속 혼합을 제공합니다. (약 1개월 동안 지속되는 단계).</li>
	<li>50L에 도달할 때까지 이전 볼륨의 20%를 새 볼륨에 추가하여 스케일 업 프로세스를 계속합니다.</li>
	<li>배양액을 자연광 작동 조건에 적응시키고 50L 투명 자루에 담긴 온실에서 Jourdan 배양 배지를 사용합니다(약 2개월 동안 지속되는 단계).</li>
	<li>이러한 조건에서 최대 5m3 HRAP 광생물반응기까지 계속 확장합니다(약 2개월 동안 지속되는 단계).</li>
</ol>4. 실외 조건에서 시스템의 작동 시작
<ol><li>이들5m3 HRAP 광생물반응기의 전체 부피를 실외에 위치한 13m3의 HRAP 광생물반응기에 추가하고 나머지 부피를 Jourdan 배양 배지로 채운다. 30cm/s의 속도로 패들 휠을 통해 혼합을 시작하고 배치 모드에서 15일 동안 또는 0.7g/L에 도달할 때까지 배양합니다(약 1개월 동안 지속되는 단계).</li>
	<li>성장이 0.7g/L에 도달하면 부피를 작동 중인 22.2m3 HRAP로 옮기고 나머지는 Jourdan 배지로 채우고 패들 휠을 30cm/s의 속도로 설정합니다. 바이오매스가 0.7g/L이고 pH가 10이 될 때까지 성장시키십시오. 이러한 조건이 충족되면 필요한 경우 샘플링 및 수확을 시작합니다.</li>
	<li>HRAP 광생물반응기에서 흡수조로의 액체 재순환을 시작하여 바이오매스 생산성을 높일 수 있습니다. 배양물에 무기 탄소를 제공하기 위해 2시간 후 3.5m3/h의 평균 유량에서 바이오가스 버블링을 시작합니다. pH는 9 이상으로 유지되어야 하므로 주의하십시오. 알림: 흡수 탱크를 통해 매체를 재순환하기 전에 위에서 설명한 원심 펌프를 프라이밍하십시오.</li>
	<li>영양소 추가: 수확을 통해 매주 영양 상태를 모니터링하고 정상 상태를 가정하여 전체 질소 균형을 다음과 같이 계산합니다. MNaNO3 = (M바이오매스 x 0.10)/0.12 [g] 어디: MNaNO3 = 질산나트륨 질량 [g] M바이오매스 = 수확된 바이오매스 [g] 1.10: 질소/바이오매스의 질량 수율16 [g/g] 1.12: 질산나트륨 내 질소의 질량 분율 [g/g]</li>
	<li>질소 균형 결과와 함께 Jourdan 배지를 재구성하여 Na3PO4·12H2O, MgSO4·7H2O 및 FeSO4·7H2O의 비례 양을 추가합니다. 중탄산나트륨이나 염화나트륨을 더 추가하지 마십시오. 알림: 영양소를 반응기에 추가하기 전에 깨끗한 물에 녹이십시오.</li>
	<li>수분 증발을 모니터링하고 필요한 경우 매주 추가하십시오.</li>
</ol>5. 샘플링 및 분석
<ol><li>바이오 가스<ol><li>10L 폴리불화비닐 백을 적절한 직경의 유연한 튜브로 배출구에 연결하여 흡수 탱크 앞의 샘플링 출구와 탱크 뒤의 샘플링 출구에서 바이오가스를 샘플링합니다. 각각을 별도의 폴리불화비닐 백에 넣습니다.</li>
		<li>압력 변환기를 0으로 설정하고 안정화를 기다려 휴대용 가스 분석기를 교정합니다. Start(시작)를 누른 다음 Next(다음)를 누르고 분석기의 지시에 따라 투명 튜브와 노란색 튜브를 연결하여 이 작업을 수행합니다. Next(다음 )를 누르고 마지막으로 Gas Readings(가스 판독값)를 누릅니다.</li>
		<li>폴리비닐 플루오라이드 백에 포함된 각 샘플을 분석기에 연결하고 다음을 누른 다음 시스템의 두 지점에서 CH4, CO2, O2 및 H2S 농도를 %vol로 측정합니다.</li>
		<li>액체 재순환 유량을 바이오가스 생산 유량으로 나누어 체적 재순환 액체/바이오가스 비율(L/G)을 결정합니다. CO2 및H2S제거의 가장 높은 효율을 나타내는 해당 가스 유량(m3/h)을 계산합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>시스템 조건(pH, 용존 산소, 온도)의 온라인 측정<ol><li>제조업체의 사양에 따라 모든 센서를 보정하십시오.</li>
		<li>pH 센서, 용존 산소(DO) 센서 및 온도 센서를 각 HRAP의 액체에 넣습니다. 참고: 각 센서의 브랜드 및 사양은 다시view 재료 표 파일.</li>
		<li>통합 개발 및 학습 환경(IDLE) 2.7로 작성된 사전 제작된 Python 프로그램을 저장하는 휴대용 화면에 연결된 1.4GHz 64비트 쿼드 코어 프로세서로 구성된 데이터 수집 디바이스에 pH 및 DO 센서를 연결합니다.<ol><li>화면을 통해 프로그램을 열고 각 데이터 포인트를 저장할 시간 간격(이 경우 2분마다)을 표시합니다.</li>
			<li>프로그램이 수집한 데이터를 자동으로 저장하는 스프레드시트를 만듭니다.</li>
			<li>ON이라고 표시된 버튼을 클릭하면 데이터 저장을 시작할 준비가 되었음을 나타냅니다.</li>
			<li>데이터 수집을 중지하려면 OFF라고 표시된 버튼을 클릭하십시오.</li>
			<li>정보를 다운로드하려면 USB(Universal Serial Bus)를 삽입하고 스프레드시트를 가져옵니다.</li>
		</ol></li>
		<li>온도 센서를 온도 기록기에 연결하여 실험 중에 기록된 데이터를 저장합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>짧은 예비 테스트<ol><li>가장 효율적인 L/G 결정<ol><li>들어오는 바이오가스 유량을 조절하여 테스트할 L/G 값(0.5, 1, 1.5, 1.6, 2, 2.5, 3.3, 3.4)을 선택합니다.</li>
			<li>앞에서 설명한 기기를 사용하여 시작 시 그리고 1시간(60분) 동안 15분마다 각 가스(CH4, CO2, H2S, O2, N2)의 pH와 입구 및 출구 농도를 측정합니다.</li>
			<li>출구 값을 비교하여 가장 효율적인 L/G를 결정하고 실험의 필요에 따라 가장 편리한 것을 선택하십시오.</li>
		</ol></li>
		<li>L/G, pH 및CO2의 관계<ol><li>비교할 L/G를 두 개 이상 선택하십시오.</li>
			<li>각 L/G에 대해 앞서 설명한 기기를 사용하여 pH와CO2 및H2S,O2 및N2 의 입구 및 출구 농도를 대조군으로 측정 시작 시 15분 동안 60분마다, 그 다음에는 매시간 총 5시간 동안 측정합니다.</li>
			<li>다음 방정식을 사용하여 CO2 제거율을 계산합니다. %CO2 제거 = ((CO2입력 - CO2출력)/(CO2입력)) x 100</li>
			<li>결과를 그래프로 표시하고 테스트한 각 L/G에 대한 pH 및 CO2 의 거동을 비교합니다.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>750nm에서 배양 리터당 바이오매스 중량과 흡광도의 상관관계를 나타내는 보정 곡선18<ol><li>조류 배양을 샘플링하여 1.0의 흡광도를 얻으십시오. 배양물의 흡광도가 1.0 미만인 경우 배양 샘플에서 여과(0.45μm 필터)로 물을 추출합니다. 흡광도가 1보다 크면 신선한 배양 배지를 추가하여 흡광도를 낮출 수 있습니다.</li>
		<li>샘플을 사용하여 5개의 조류 세포 현탁액을 준비하고 부피/부피(V/V) 비율로 100%, 80%, 60%, 40% 및 20%의 신선한 배양 배지를 추가합니다.</li>
		<li>750nm에서 플라스틱 큐벳을 사용하여 분광광도계로 5가지 용액의 흡광도를 측정하고 기록하며, 여기서 신선한 배양 배지는 블랭크입니다.</li>
		<li>이전에 칭량한 0.45μm 필터를 통해 10mL를 여과하고 실리카 데시케이터에서 샘플을 24시간 동안 건조시킨 후 48시간 동안 건조하여 일정한 중량을 유지하여 모든 현탁액의 배양 리터당 바이오매스 중량을 측정합니다. 5가지 솔루션 각각에 대해 이 단계를 반복합니다. 알림: 더 높은 온도(60°C 이상)는 휘발되어 샘플의 무게를 변화시킬 수 있는 특정 주요 화합물의 손실로 인해 건조에 권장되지 않습니다.</li>
		<li>중량을 확인한 후 다음 방정식을 사용하여 반응기 내 바이오매스 농도를 계산합니다. 바이오매스 농도 = (바이오매스 중량 - 필터 중량) x 1000/여과된 부피 [g/L]</li>
		<li>스프레드시트 또는 기타 소프트웨어를 사용하여 750nm에서 측정된 흡광도의 함수로 배양 리터당 그램 단위의 바이오매스 중량 데이터의 선형 회귀를 만듭니다. 선형 회귀 계수는 0.95보다 커야 합니다. 그렇지 않으면 곡선이 유용하지 않으며 프로토콜을 반복해야 합니다. 참고: 사용된 건조 방법은 샘플에서 수분을 완전히 제거할 수 없어 수분 함량이 5% 미만이기 때문에 대부분의 방법만큼 건조량이 아닌 바이오매스 중량으로 설명됩니다19.</li>
	</ol></li>
	<li>바이오매스 성장<ol><li>매일 원자로를 모니터링하십시오. 패들휠과 각 배양에서 돌아오는 중간 지점에서 1L 샘플을 채취하여 실험실로 가져옵니다.</li>
		<li>현미경으로 군집의 성장과 배양의 순도를 확인하십시오.</li>
		<li>분광광도계를 사용하여 샘플의 750nm에서 흡광도를 측정하고 기록하며, 여기서 신선한 배양 배지는 블랭크입니다.</li>
		<li>보정 곡선과 비교하여 리터당 그램 단위의 추정 바이오매스 중량을 얻습니다.</li>
		<li>각 궤도 원자로의 성장을 기록하십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>바이오매스 생산 - 수확<ol><li>매일 원자로를 모니터링하십시오. 샘플링 중 바이오매스 증가율이 0.7g/L 이상으로 상승하면 수확이 필요합니다.</li>
		<li>두 HRAP를 번갈아 가며 반응기의 한쪽 끝에 있는 섹션 위에 폴리에스터 메쉬를 놓고 액체의 흐름 내에 유연한 PVC 튜브의 끝을 배치하여 다른 쪽 끝이 메쉬 위에 액체를 배출하도록 합니다.</li>
		<li>4500 L에서 7500 L 사이 (반응기의 바이오매스 포화도에 따라 다름)를 메쉬로 배출하여 해당 HRAP로 연속 흐름을 유지합니다. 바이오매스는 메쉬에 유지됩니다.</li>
		<li>수확하려면 반응기 상단에서 메쉬를 제거하고 다른 표면에 놓아 바이오매스를 긁어내고 깔때기에 넣습니다.</li>
		<li>깔때기를 통해 바이오매스를 밀어 깨끗하고 건조한 메쉬 위에 길쭉한 모양을 만듭니다. 메쉬를 따뜻하고 덮개가 있는 방(34-36°C)에서 48-72시간 동안 설정합니다.</li>
		<li>건조되면 메쉬에서 바이오매스를 제거하고 무게를 잰다. 다음 방정식을 사용하여 바이오매스 수확 농도를 g/L 단위로 계산합니다. 배수된 액체의 부피 = 펌프 유량 x 배출 시간 [L] 바이오매스 수확 농도 = 수확된 바이오매스의 바이오매스 중량/배출된 액체의 부피 [g/L]</li>
	</ol></li>
</ol>

돼지 폐기물 바이오 가스로부터의 바이오 메탄 억제를 위한 미세조류 배양

<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>

이해 상충. 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

수년에 걸쳐 이 조류 기술은 바이오가스를 정제하기 위한 가혹하고 값비싼 물리화학적 기술의 대안으로 테스트되고 사용되었습니다. 특히, Arthrospira 속은 클로렐라와 함께 이러한 특정 목적으로 널리 사용됩니다. 그러나 이 절차에 가치를 더하는 준산업 규모로 만들어진 방법론은 거의 없습니다.
적절한 L/G 비율을 사용하여 더 낮은O2 농도를 유지하는 것...

최근 몇 년 동안 바이오 가스를 바이오 메탄으로 정제하여 비 화석 연료로 사용을 촉진하여 제거 할 수없는 메탄 배출을 완화하는 여러 기술이 등장했습니다1. 대기 오염은 특히 도시화 된 지역에서 세계 인구의 대부분에게 영향을 미치는 문제입니다. 궁극적으로 전 세계 인구의 약 92%가 오염된 공기를 마시고 있습니다2. 라틴아메리카에서 대기오염률은 대부분 연료의 사용으로 인해 발생하며, 2014년에는 대기오염의 48%가 전기 및 열 생산 부문에서 발생했다3.
지난 10년 동안 대기 중 오염 물질과 사망률 증가 사이의 관계에 대한 연구가 점점 더 많이 제안되어 특히 어린이 인구에서 두 데이터 세트 사이에 강한 상관 관계가 있다고 주장합니다.
대기 오염의 지속을 피하는 방법으로 몇 가지 전략이 제안되었습니다. 그 중 하나는 풍력 터빈 및 광전지를 포함한 재생 가능 에너지 원의 사용으로, 대기 중으로의 CO2 방출을 감소시킵니다 4,5. 또 다른 재생 가능 에너지원은 액체 유기 소화액과 함께 생산되는 유기물의 혐기성 소화의 부산물인 바이오가스에서 나온다6. 이 가스는 가스 혼합물로 구성되며 그 비율은 혐기성 소화에 사용되는 유기물 공급원(하수 슬러지, 가축 분뇨 또는 농업 산업 바이오 폐기물)에 따라 다릅니다. 일반적으로 이러한 비율은 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), 탄화수소 (0-200 mg / m3) 및 실록산 (0-41 mg / m3) 7,8,9이며, 과학계는 메탄 가스가 혼합물의 재생 가능한 에너지 성분이기 때문에 메탄 가스에 관심이 있습니다.
그러나 바이오 가스는 반응의 부산물이 유해하고 오염 될 수 있기 때문에 얻은 것처럼 단순히 연소 할 수 없습니다. 이로 인해 메탄의 비율을 높이고 나머지를 줄여 본질적으로 바이오 메탄10으로 전환하기 위해 혼합물을 처리하고 정제해야 할 필요성이 제기됩니다. 이 프로세스를 업그레이드라고도 합니다. 현재, 이 처리를 위한 상용 기술이 있지만, 이러한 기술들은 몇 가지 경제적 및 환경적 단점을 가지고 있다 11,12,13. 예를 들어, 활성탄 및 수세(ACF-WS), 고압수 세척(PWS), 가스 투과(GPHR) 및 압력 스윙 흡착(PSA)이 있는 시스템은 환경에 미치는 영향의 경제적 또는 기타 단점을 나타냅니다. 실행 가능한 대안(그림 1)은 광생물반응기에서 자란 미세조류와 박테리아를 결합하는 것과 같은 생물학적 시스템을 사용하는 것입니다. 몇 가지 장점으로는 설계 및 작동의 단순성, 낮은 운영 비용, 환경 친화적인 운영 및 부산물10,13,14가 있습니다. 바이오가스가 바이오메탄으로 정제될 때, 바이오메탄은 천연가스의 대용품으로서 사용될 수 있고, 소화물은 시스템(10)에서 미세조류의 성장을 지원하기 위한 영양소의 공급원으로서 구현될 수 있다.
이 업그레이드 절차에서 널리 사용되는 방법은 낮은 운영 비용과 필요한 최소 투자 자본으로 인해 흡수 컬럼과 결합된 개방형 레이스웨이 광반응기에서 미세조류의 성장입니다6. 이 응용을 위해 가장 많이 사용되는 궤도 반응기 유형은 저전력 패들 휠(14)을 통해 조류 국물의 순환이 발생하는 얕은 궤도 연못인 고속 조류 연못(HRAP)이다. 이러한 원자로는 설치를 위해 넓은 면적이 필요하며 실외 조건에서 사용할 경우 오염에 매우 취약합니다. 바이오 가스 정제 공정에서는 알칼리성 조건 (pH > 9.5)을 사용하고 오염을 피하면서 CO2 및 H2S의 제거를 향상시키기 위해 더 높은 pH 수준에서 번성하는 조류 종을 사용하는 것이 좋습니다15,16.
이 연구는 흡수-탈착 컬럼 시스템 및 미세조류 컨소시엄과 결합된 HRAP 광생물반응기를 사용하여 바이오가스 처리 효율 및 바이오메탄의 최종 생산을 결정하는 것을 목표로 했습니다.

<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

최근 몇 년 동안 바이오 가스를 바이오 메탄으로 정제하는 많은 기술이 등장했습니다. 이 정화는 이산화탄소 및 황화수소와 같은 오염 가스의 농도를 감소시켜 메탄의 함량을 증가시키는 것을 수반합니다. 이 연구에서는 미세조류 재배 기술을 사용하여 돼지 산업의 유기 폐기물에서 생성된 바이오가스를 처리하고 정제하여 즉시 사용할 수 있는 바이오메탄을 얻었습니다. 배양 및 정제를 위해 흡수-탈착 컬럼 시스템과 결합된 2개의 22.2m3 개방형 연못 광생물반응기를 멕시코 San Juan de los Lagos에 설치했습니다. 가장 높은 제거 효율을 얻기 위해 여러 재순환 액체/바이오가스 비율(L/G)을 테스트했습니다. pH, 용존 산소(DO), 온도 및 바이오매스 성장과 같은 다른 매개변수를 측정했습니다. 가장 효율적인 L/Gs는 1.6 및 2.5였으며, 그 결과CO2 에서 각각 6.8%vol 및 6.6%vol 조성으로 처리된 바이오가스 폐수가 생성되었으며H2S에 대한 제거 효율은 최대 98.9%일 뿐만 아니라O2 오염 값은 2%vol 미만으로 유지되었습니다. 우리는 pH가 미세조류의 광합성 과정에 참여하고 산성 특성으로 인해 용해될 때 pH를 변화시킬 수 있는 능력 때문에 재배 중에 L/G보다CO2 제거를 크게 결정한다는 것을 발견했습니다. DO와 온도는 각각 광합성의 밝고 어두운 자연 주기와 하루 중 시간에서 예상대로 진동했습니다. 바이오매스 성장은 CO2 및 영양분 공급과 반응기 수확에 따라 다양했습니다. 그러나 이러한 추세는 여전히 성장할 준비가 되어 있었습니다.

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.

저자 스포트라이트: 바이오메탄 생산 향상을 위한 미세조류 생명공학 확장 

Semi-Industrial High Rate Algal Ponds에서 Microalgae-Bacterial System을 사용하여 바이오 가스 정화

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.

프로토콜에 따라 시스템을 구축, 테스트 및 접종했습니다. 조건을 측정하고 저장했으며 샘플을 채취하여 분석했습니다. 이 의정서는 2019년 10월부터 2020년 10월까지 1년 동안 수행되었습니다. 여기서부터 HRAP는 RT3 및 RT4라고 합니다.
바이오메탄 생산성 가장 높은 H2S 및 CO2 제거를 촉진하고 결과적으로 가장 높은 농도의 메탄을 촉진하는 조건을 결...

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대기 오염은 모든 유기체의 삶의 질에 영향을 미칩니다. 여기에서는 바이오가스 처리(이산화탄소와 황화수소의 동시 제거)를 위한 미세조류 생명공학의 사용과 준공업용 개방형 고속 조류 연못을 통한 바이오메탄 생산 및 처리 효율, pH, 용존 산소 및 미세조류 성장에 대한 후속 분석에 대해 설명합니다.

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

우리의 연구는 바이오 메탄에 대한 지속 가능하고 실행 가능한 미세 조류 생명 공학 개발에 중점을 둡니다 우리는 바이오 가스 필터를 다른 조건에서 일부 산업 규모까지 확장 할 수 있음을 보여줍니다. 스케일링 과정은 더 작은 시설에서 더 많은 양의 바이오가스를 처리하여 보다 경제적으로 실행 가능하게 만드는 것을 목표로 합니다. 또한, 이 공정은 미세조류 바이오매스에서 추출한 제품에 의한 더 큰 가치 생산으로 이어질 수 있는 작동 조건을 촉진하고자 합니다.실외 조건에 노출된 본격적인 공정을 통해 미세조류 필터를 효율적으로 작동할 수 있는 다양한 종의 미세조류를 발견했습니다. 또한 바이오메탄의 체적 농도를 높일 수 있는 최적의 작동 조건도 확인했습니다. 미세조류 필터를 본격적인 작업으로 성공적으로 확장할 수 있었고 광생물반응기 및 미세조류 필터의 최적 작동 조건을 식별하여 최대 85% 부피의 메탄 농도를 달성할 수 있었습니다.동일한 작동 조건에서 다른 종의 미세조류를 사용하면 미세조류 필터의 성능 효율을 향상시킬 수 있습니다. 봄 여름에는 온도가 상승하여 시스템의 효율성에 도움이됩니다.

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Research

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Environment

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

1.6K 조회수.  Universidad Nacional Autónoma de México. 우리의 연구는 바이오 메탄에 대한 지속 가능하고 실행 가능한 미세 조류 생명 공학 개발에 중점을 둡니다 우리는 바이오 가스 필터를 다른 조건에서 일부 산업 규모까지 확장 할 수 있음을 보여줍니다. 스케일링 과정은 더 작은 시설에서 더 많은 양의 바이오가스를 처리하여 보다 경제적으로 실행 가능하게 만드는 것을 목표로 합니다. 또한, 이 공정은 미세조류 바이오매스?...

비디오: 저자 스포트라이트: 바이오메탄 생산 향상을 위한 미세조류 생명공학 확장 

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.