Bioreactor pentru producerea fitocatalitică a biohidrogenului în procesul epurării anaerobe a apelor reziduale agroindustriale
Închide
Articolul precedent
Articolul urmator
675 8
Ultima descărcare din IBN:
2024-01-02 19:42
SM ISO690:2012
COVALIOV, Victor, COVALIOVA, Olga, NENNO, Vladimir, BOBEICĂ, Valentin. Bioreactor pentru producerea fitocatalitică a biohidrogenului în procesul epurării anaerobe a apelor reziduale agroindustriale. In: Integrare prin cercetare şi inovare.: Ştiinţe ale naturii. Ştiinţe exacte , 10-11 noiembrie 2014, Chișinău. Chisinau, Republica Moldova: Universitatea de Stat din Moldova, 2014, R, SNE, pp. 75-78.
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Integrare prin cercetare şi inovare.
R, SNE, 2014
Conferința "Integrare prin cercetare şi inovare"
Chișinău, Moldova, 10-11 noiembrie 2014

Bioreactor pentru producerea fitocatalitică a biohidrogenului în procesul epurării anaerobe a apelor reziduale agroindustriale


Pag. 75-78

Covaliov Victor, Covaliova Olga, Nenno Vladimir, Bobeică Valentin
 
Universitatea de Stat din Moldova
 
 
Disponibil în IBN: 7 aprilie 2020


Rezumat

 În cercetările noastre anterioare privind intensificarea procesului metanogenezei [1] în tehnologia de epurare a apelor reziduale agroindistriale, a fost demonstrată capacitatea unor compuşi fitochimici (scualenul, betulinolul), de a intensifica fermentarea anaerobă cu sporirea emisiei biogazului de până la 2-3 ori şi ridicarea conţinutului de CH4 în biogaz până la peste 80%[2]. Totodată, au fost identificaţi şi compuşi (în special, glicozide izoprenoidice şi unele sapogenine), care în anumite concentraţii şi condiţii de fermentare reţin formarea biometanului, stimulând acumularea biohidrogenului molecular. Acestea introduse în amestecul de fermentare anaerobă în cantităţi de 1x10-3- 5x10-4% masice au reorientat semnificativ procesul metanogenezei spre formarea selectivă a biohidrogenului molecular. Procesul s-a dovedit a fi mai efectiv în intervalul pH=5,2…7,5, în condiţii termice mezofile. Astfel s-a obţinut experimental ridicarea conţinutului de hidrogen în biogaz până la 6070% [3]. Compuşii identificaţi cu asemenea proprietate au fost numiţi fitocatalizatori ai hidrogenogenezei anaerobe, iar fenomenul fermentare anaerobă intensivă – fitocataliză. Obţinerea hidrogenului în procesele fermentării anaerobe a substraturilor organice a reorientat parţial cercetările spre evaluarea posibilităţii stimulării fitochimice a formării şi emisiei biohidrofenului, ca agent energetic ecologic, în procesul epurării anaerobe a apelor în cauză. Deja în primele cercetări, de la începutul sec. XX, ale procesului de fermentare anaerobă a substraturilor organice, s-a observat că fermentarea metanogenă, în multe cazuri, nu începe cu emisia de metan, ci se reţine la faza formării compuşilor intermediari, inclusiv a hidrogenului [4]. După descoperirea acestui fenomen, s-au efectuat mai multe cercetări privind posibilitatea prolongării fermentării hidrogenice. În procesele metanogene, hidrogenul se elimină la faza acetogenă a fermentării, când bacteriile acetogene (Methanobacillus omelianskii ş.a.) scindează alcoolii şi acizii graşi cu formarea acidului acetic, hidrogenului şi dioxidului de carbon (CO2). Hidrogenul eliberat în cea mai mare parte se consumă ulterior în reacţia de formare a metanului: 4Н2+ СО2 → СН4 + 2Н2О. O mică parte din hidrogen se acumulează în amestecul reactant. Când acumularea depăşeşte concentraţia în biogaz de 1%, fermentarea se inhibă. De viteza atingerii acestui nivel al conţinutului de Н2 depinde cantitatea de CH4 din biogaz. Astfel se explică dificultăţile tehnologice de depăşire a conţinutului de 60% metan în biogaz. Inhibarea metanogenezei respectiv stopează şi formarea de mai departe a hidrogenului. Cunoaşterea acestui fenomen a stimulat extinderea cercetărilor în direcţia obţinerii biohidrogenului în procesele anaerobe. Reiese că de fapt fitocatalizatorii identificaţi stimulează prima etapă a metanogenezei – acetogeneza, prin inhibarea fazei a 2-a, şi nu a întregului proces. Pentru transpunerea în practică a acestui fenomen nou-descoperit, evident sunt necesare modificări ale schemei bireactoarelor cunoscute de epurare anaerobă a apelor reziduale şi producere a biogazului. Optimizarea şi eficientizarea exploatării bioreactorului pentru producerea fitocatalitică a biohidrogenului este una din noile direcţii, identificate de noi, de cercetare a fermentării anaerobe şi elaborare a tehnologiilor de producere anaerobă a biogazului după descoperirea fenomenului expus mai sus.  Pentru realizarea tehnologiei elaborate, se propune o schemă modificată a bioreactorului anaerob [5,6], care este un complex tehnic, tehnologic şi biochimic, destinat obţinerii biohidrogenului molecular la fermentarea anaerobă a unor substraturi organice (Fig.).Drept materie primă pentru aceasta servind diferite produse secundare şi deşeuri agricole şi ale industriei prelucrătoare, în particular a borhotului de la distilarea alcoolului şi divinului. Reactorul anaerob combinat destinat obţinerii biohidrogenului include, ca elemente de bază, corpul cilindro-conic cu umplutură volumică pentru fixarea microflorei, ştuţurile de alimentare şi evacuare a lichidului şi nămolului cu conductă cu pompă hidraulică şi conducta cu pompă hidraulică pentru evacuarea biogazului. Bioreactorul plasat în corpul central termostatat este dotat cu un manometru de control în vid, cu un indicator de nivel şi un dispozitiv compus dintr-un flotor şi o supapă, care sunt unite cu un rezervor instalat în partea superioară. În partea inferioară a corpului este instalat un rezervor închis ermetic, care este dotat cu un indicator de nivel, racordat la un panou de comandă şi cu o pompă de recirculare care uneşte printr-o conductă partea inferioară a rezervorului dotat cu un distribuitor perforat al lichidului supus tratării, acesta fiind plasat în partea inferioară a bioreactorului.  Biohidrogenul care poate fi obţinut în condiţiile descrise, ale fitocatalizei procesului fermentării anaerobe, nu este încă un agent energetic pe deplin ecologic. Acesta este însoţit de anumite cantităţi (30-40%) de alte gaze (CO2, CO, mici cantităţi de H2S ş.a.), care reduc din capacitatea calorică a biohidrogenului şi îl fac nociv pentru mediu. Acest efect este o consecinţă a faptului că în condiţiile fermentării anaerobe sunt active şi alte microorganisme în paralel cu cele metanogene. Astfel, bacteriile de sulf prezente în amestec reduc ionii de SO42-, care practic sunt aproape întotdeauna prezenţi în apă, cu formarea de hidrogen sulfurat (H2S), care este corosiv pentru metale, provocând dezactivarea accelerată a echipamentului şi mecanismelor bioreactorului în condiţiile de funcţionare. Prin urmare, biohidrogenul necesită o purificare prin separarea impurităţilor gazoase înainte de utilizarea pe scară largă ca agent energetic ecologic pur. Purificarea biohidrogenului prin metode ecologico-economice avantajoase rămâne sarcina pentru cercetările noastre ulterioare, alături de eficientizarea stimulării fitochimice a formării şi emisiei biohidrogenului şi eficientizarea continuă a exploatării bioreactorului.