ФОТОБІОРЕАКТОР ПЛОСКО-ПАРАЛЕЛЬНОГО КОМПОНУВАННЯ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

Автор(и)

  • Леся Павлюх Національний авіаційний університет
  • Сергій Шаманський Національний авіаційний університет
  • Ольга Заяц Національний авіаційний університет

DOI:

https://doi.org/10.18372/2310-5461.51.15689

Ключові слова:

фотобіореактор, евтрофікація, очищення стічних вод, мікроводорості

Анотація

 Органічні та неорганічні речовини, які потрапили в навколишнє середовище в результаті побутової, сільськогосподарської та промислової діяльності з води, призводять до органічного та неорганічного забруднення. Стоки завантажуються неорганічним азотом і фосфором і викликають евтрофікацію. Культура мікроводоростей пропонує цікавий крок для очищення стічних вод, оскільки вони забезпечують третинне біоoчищення у поєднанні з виробництвом потенційно цінної біомаси, яку можна використовувати для кількох цілей. Постановка проблеми. Метою цієї статті є розробка конструкції фотобіореактора для очищення стічних вод, в якій застосування нових елементів та з'єднань зменшує витрату матеріалу для виготовлення прозорих гнучких резервуарів, скорочуючи витрати праці на встановлення та демонтаж резервуарів та запобігаючи змішуванню іммобілізованих ємностей водорості та їх видалення з робочої зони фотобіореактора. Методологія дослідження. Методи ґрунтувалися на систематичному аналізі теоретичних досліджень, синтезі, аналогії та порівнянні різних конструкцій фотобіореакторів. Результати та обговорення. Поставлена задача вирішується тим, що фотобіореактор виконано у вигляді прозорої проточної прямокутної ємності з відкритим верхом, усередині якої вертикально, паралельно один одному розташовані прикріплені до днища ємності швидкороз’ємними кріпленнями проточні плоскі прозорі ємності з гнучкого матеріалу, до яких у нижній частині через зворотні клапани під’єднані трубопроводи подавання насиченої вуглекислим газом стічної води і мікроводоростей, під’єднані через запірну арматуру трубопроводи для відведення суміші мікроводоростей з залишковою стічною водою, а у верхній герметичній частині під’єднані трубопроводи для відведення очищеної стічної води і клапани для випускання накопичуваних газів, трубопровід для відведення очищеної стічної води приєднано до направляючого лотка для подавання очищеної стічної води у середину проточної прямокутної ємності з відкритим верхом, при цьому до вхідної частини трубопроводу подавання стічної води приєднано трубопровід подавання вуглекислого газу, а  на вихідній частині трубопроводу для відведення суміші мікроводоростей з залишковою стічною водою розташований сепаратор мікроводоростей для розділення зворотної та надлишкової біомаси для подавання сепарованої від мікроводоростей стічної води у проточну прямокутну ємність. Висновки. Запропонована конструкція фотобіореактора може мати хороші перспективи для використання в комунальних службах для очищення стічних вод від біогенних елементів. Запропонована конструкція фотобіореактора-очищувача стічних вод плоско-паралельного компонування відрізняється зміною геометричної форми ємностей, куди подається суміш води та мікроводоростей, у результаті чого досягається зменшення витрат матеріалу на виготовлення ємностей та трудозатрат на їх обслуговування.

Покращена конструкція фотобіореактора також може бути використана в каналізаційних системах підприємств різних галузей промисловості, коли необхідно очистити стічні води. Майбутнє біотехнології мікроводоростей виглядає багатообіцяючим, а впродовж наступних кількох років очікується поява інноваційних процесів та продуктів

Біографії авторів

Леся Павлюх, Національний авіаційний університет

PhD, Associate Professor

National Aviation University

Сергій Шаманський, Національний авіаційний університет

Доктор технічних наук, доцент

Національний авіаційний університет

 

 

Ольга Заяц, Національний авіаційний університет

Кандидат технічних наук, доцент
Національний університет транспорту

Посилання

T.L. Walker, S. Purton, D.K. Becker, C. Collet (2005). Microalgae as bioreactors. Plant Cell Rep. vol.24 pp.629-641.

P. M. Schenk, S. R. Thomas-Hall, E. Stephens, U. C. Marx, J. H. Mussgnug, C. Posten, O. Kruse, B. Hankamer (2008). Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production, Bioenerg. Res. , Vol.1, pp. 20–43.

Y. Li, M. Horsman, N. Wu, C. Q. Lan, N. Duboi-Calero (2008). Biocatylysts and bioreactor design, Biotechnol. Prog. Vol. 24, pp. 815–820.

Demirbas (2009). Production of Biodiesel from Algae Oils. Energy Sources Part A-Recovery Util. Environ. Eff. Vol. 31, pp. 163–168.

L. Gouveia, A. C. Oliveira (2009). Microalgae as a raw material for biofuels production. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. Vol. 36, pp. 269–274.

Gabriel Acien, Emilio Molina-Grima, Alberto Reis et all (2017). Photobioreactors for the production of microalgae In book: Microalgae-Based Biofuels and Bioproducts. DOI: 10.1016/B978-0-08-101023-5.00001-7

Pulz O., Broneske J., Waldeck P. (2013). IGV GmbH experience report, industrial production of microalgae under controlled conditions: innovative prospects. In: Richmond A, Hu Q (eds) Handbook of microalgal culture: applied phycology and biotechnology, 2nd edn. Wiley, Oxford, pp. 445–460.

Torzillo G. (1997). Tubular reactors. In: Vonshak A (ed) Spirulina platensis (Arthrospira), physiol-ogy, cell biology and biotechnology. Taylor & Francis, London, pp. 101–115.

Tredici M.R, Chini Zittelli G., Rodolfi L. (2010). Photobioreactors. In: Flickinger MC, Anderson S (eds) Encyclopedia of industrial biotechnology: bioprocess, bioseparation, and cell technology, vol 6. Wiley, Hoboken, pp. 3821–3838.

Chini Zittelli G., Biondi N., Rodolfi L., Tredici M.R (2013). Photobioreactors for mass production of microalgae. In: Richmond A, Hu Q (eds) Handbook of microalgal culture: applied phycology and biotechnology, 2nd edn. Wiley, Oxford, pp. 225–266.

Патент України №133752 Україна, МПК C02F 1/00 C 02F 3/32, №201810274, опубліковано 25.04.2019.

Lesia Pavliukh, Sergii Shamanskyi (2021). A photobioreactor for micro-based wastewater treatment. Proceedings of the National Aviation University. Vol. 2 (87), pp. 57-64.

S. Miron, M. C. C. Garcia, F. G. Camacho, E. M. Grima, Y. Chisti (2002). Growth and biochemical characterization of microalgal biomass produced in bubble column and airlift photobioreactors: studies in fed-batch culture, Enzyme Microb. Technol. Vol. 31, pp. 1015–1023.

S. Miron, F. G. Camacho, A. C. Gomez, E. M. Grima, Y. Chisti (2000). Bubble-column and airlift photobioreactors for algal culture, AlChE J. Vol. 46, pp. 1872–1887.

K. Loubiere, E. Olivo, G. Bougaran, J. Pruvost, R. Robert, J. Legrand (2009). A new photobioreactor for continuous microalgal production in hatcheries based on external-loop airlift and swirling flow, Biotechnol. Bioeng. Vol. 102, pp. 132–147.

F. G. Camacho, A. C. Gomez, F. G. A. Fernandez, J. F. Sevilla, E. M. Grima (1999). Use of concentric-tube airlift photobioreactors for microalgal outdoor mass cultures, Enzyme Microb. Technol. Vol. 24, pp. 164–172.

S. Miron, A. C. Gomez, F. G. Camacho, E. M. Grima, Y. Chisti (1999). Comparative evaluation of compact photobioreactors for large-scale monoculture of microalgae, J. Biotechnol. Vol. 70, pp. 249–270.

X. Zhang, D. P. Li, Y. P. Zhang, X. Y. Zhang, Z. L. Cai, C. Wei, O. Y. Fan (2002). Comparison of photobioreactors for cultivation of Undaria pinnatifida gametophytes, Biotechnol. Lett. Vol. 24, pp.1499–1503.

J. C. Merchuk, M. Ronen, S. Giris, S. Arad (1998). Light-dark cycles in the growth of the red microalga Porphyridium Sp., Biotechnol. Bioeng. Vol. 59, pp. 705–713.

S. Krichnavaruk, S. Powtongsook, P. Pavasant (2007). Enhanced productivity of Chaetoceros calcitrans in airlift photobioreactors, Bioresour. Technol. Vol. 98, pp.2123–2130.

K. Kaewpintong, A. Shotipruk, S. Powtongsook, P Pavasant (2007). Photoautotrophic high-density cultivation of vegetative cells of Haematococcus pluvialis in airlift bioreactor, Bioresour. Technol. Vol. 98, pp. 288–295.

L. Xu, P.J. Weathers, X.R. Xiong, C.Z. Liu (2009). Microalgal bioreactors: challenges and opportunities Eng. Life Sci., Vol.9 (3) , pp. 178-189.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-28

Номер

Розділ

Екологія, хімічна технологія, біотехнології, біоінженерія