Research of biogas purification using microalgae monoraphidium griffithii suspension

Abstract

Using biogas instead of fossil fuels decreases pollutants such as solid particles, sulphur dioxide, nitrogen oxides concentrations in the environment. Green energy and development of relevant infrastructure improves air quality considerably. Chemical, physical, biological methods are used for biogas purification. The main difficulties using biological methods are selection of suitable microorganisms’ suspensions and making optimal conditions in photobioreactor. Different origin and structure microalgae suspensions are used applying biological treatment methods. Monoraphidium griffithi, which is widespread in fresh water, has relatively high potential. Microalgae’ cultures absorb the main components of biogas – carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulphide (H2S). Absorbtion processes are based on photosynthesis. Microalgae absorb specific components of biogas when there are suitable light source and nutrient solvent. The main purposes of the research are to asses emission of biogas using different substrates (chicken manure and wastewater sludge). Also, it was measured main physical and chemical characteristics of both substrates: acidicy, temperature, redox potential, conductivity, biohemical oxygen demand. According results of the research, emission from wastewater sludge is greater than from chicken manure so sludge was chosen in teh next stage of the research. The next stage – asssessment of purification efficienty using Monoraphidium grifftihii suspension. Raw biogas was supplied to photobioreacor (with microalgae suspension). Alterations of methane, carbon dioxide, oxygen, hydrogen sulphide concentrations were measured precisely. According to results concentration of methane in the beginning of the researc was 62%, after 35 days – 69%. Meanwhile carbon dioxide – 37% and 31% by analogy. Experimental research alows to assess Monoraphidium griffithi absorption capacity of ballast components. Results were compared to different scientists’ results which were present in scientific journals and publications. Comparative analysis alows to assess practical possibilities to use Monoraphidium griffithi as biological treatment of raw biogas.

Article in Lithuanian.

Biodujų valymo efektyvumo tyrimai naudojant mikrodumblių Monoraphidium Griffithii suspensiją

Santrauka

Iškastinio kuro pakeitimas biodujomis žymiai sumažina teršalų, tokių kaip KD, SO2, NOx, bendras koncentracijas aplinkoje. Žaliosios energijos naudojimas ir atitinkamos infrastruktūros plėtra daro vis didesnę įtaką gerinant aplinkos oro kokybę. Biodujų valymo bei metanizacijos procesams pagerinti taikomi sirtingi metodai: cheminiai, fizikiniai, biologiniai. Pagrindiniai iškylantys sunkumai, taikant biologinius metodus, yra tinkamų mikroorganizmų suspensijų parinkimas ir optimalių sąlygų valymo įrenginiuose palaikymas. Atliekant mokslinius tyrimus ir praktinėje veikloje naudojamos skirtingos kilmės ir struktūros mikrodumblių suspensijos biodujoms valyti. Gana aukštą biologinio valymo potencialą turi Monoraphidium griffithi kultūra, įprastai aptinkama gėlo vandens telkinuose. Biologinio valymo metu iš dujų absorbuojami pagrindiniai nepageidaujami komponentai – CO2, H2S, O2, taigi atitinkamai padidėja CH4 koncentracija – gryninamos biodujos. Vykstantys procesai paremti fotosinteze – esant šviesos šaltiniui bei teikiant reikalingas maistines medžiagas, mikrodumblių suspensija atlieka teršalų absorbento funkcijas. Tyrimo metu įvertinta biodujų išeiga iš dviejų skirtingų substratų (nuotekų dumblo ir vištų mėšlo). Nustatyti pagrindiniai cheminiai ir fizikiniai parametrai: terpės pH, temperatūra, oksidacijos-redukcijos potencialas, elektrinis laidis, BDS5. Įvertinus ir palyginus išsiskyrusių biodujų kiekius nustatyta, jog didesnė išeiga susidaro naudojant nuotekų dumblą, todėl šis substratas naudotas kitu etapu – įvertinant biodujų valymo efektyvumą naudojant Monoraphidium griffithi suspensiją. Šiuo etapu nevalytos biodujos praleistos per fotobioreaktorių, kuriame įdėta mikrodumblių suspensija. Prieš valymo procesus ir po jų nustatyti CH4, CO2, H2S, O2 koncentracijų pokyčiai biodujose. Remiantis tyrimo metu gautais rezultatais, pradinė metano koncentracija siekė 62 %, galutinė 69 %, pradinė anglies dioksido – 37 %, galutinė – 31 %. Atlikus eksperimentinius tyrimus įvertinta Monoraphidium griffithi biodujų teršalų absorbcinė geba. Atlikus palyginamąją analizę, galima spręsti apie šios mikrodumblių kultūros praktinį panaudojimą biologiniuose valymo procesuose.

Reikšminiai žodžiai: metanas, biologinis valymas, mikrodumblių kultūra, biodujos, suspensija, fotobioreaktorius.

Keyword : methane, biological treatment, microalgae culture, biogas, suspension, photobioreacor