A PHOTOBIOREACTOR FOR MICROALGAE-BASED WASTEWATER TREATMENT

Л. І. Павлюх; C.Й.  Шаманський

doi:10.18372/2306-1472.87.15721

Автор(и)

Л. І. Павлюх Національний авіаційний університет
C.Й. Шаманський Національний авіаційний університет https://orcid.org/0000-0002-6215-3438

DOI:

https://doi.org/10.18372/2306-1472.87.15721

Ключові слова:

фотобіореактор, мікроводорості, біогенні сполуки, очищення стічних вод

Анотація

Мета і завдання роботи. Ця наукова стаття присвячена створенню вдосконаленої конструкції фотобіореактора для очищення стічних вод від біогенних сполук. Методи дослідження засновані на систематичному аналізі теоретичних досліджень, синтезі, аналогії та порівнянні. Результати досліджень. В результаті було запропоновано вдосконалену конструкцію фотобіореактора, при якій застосування нових елементів та з'єднань зменшує необхідну площу для його розміщення, іммобілізації мікроводоростей в робочій зоні і, як результат, зменшення робочої зони, здатність швидко замінити рукави робочої зони, покриті осадом з середини, і, як результат, зменшити трудові витрати та час простою фотобіореактора. Обговорення. Проблема вирішується тим, що фотобіореактор виконаний у вигляді прозорої проточного прямокутної ємності з відкритим верхом, всередині якої вертикально розташовані, прикріплені до днища ємності швидкорозємними кріпленнями, прозорі проточні гнучкі рукави, до яких у нижній частині через зворотні клапани під'єднані трубопроводи подачі стічної води і мікроводоростей, трубки для подачі вуглекислого газу та під'єднані через запірну арматуру трубопроводи для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою, а у верхній герметичній частині під'єднані трубопроводи для відведення очищеної стічної води, у місці приєднання яких розташовані клапани для випускання накопичуваних газів, при цьому трубопровід для відведення очищеної стічної води приєднано до направляючого лотка для подачі очищеної стічної води у середину прямоточної прямокутної ємності з відкритим верхом, з'єднаний з направляючим лотком для подачі очищених стічних вод посередині проточного прямокутного резервуара з відкритим верхом, а на виході трубопроводу для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою розташований сепаратор мікроводоростей для розділення зворотної та надлишкової біомаси. Висновки. Запропонована конструкція фотобіореактора може мати хороші перспективи для використання в комунальних службах для очищення стічних вод від біогенних елементів.

Біографії авторів

Л. І. Павлюх, Національний авіаційний університет

Candidate of Engineering. Associate Professor. Associate Professor of the Ecology Department, Faculty of Environmental Safety, Engineering and Technologies, National Aviation University, Kyiv, Ukraine. Education: Environmental Protection Faculty, National Aviation University, Kyiv, Ukraine (2005). Research area: waste management.

C.Й. Шаманський, Національний авіаційний університет

Doctor of Engineering. Associate Professor. Senior Researcher of the scientific group of the Chemistry and Chemical Technology Department, Faculty of Environmental Safety, Engineering and Technologies, National Aviation University, Kyiv, Ukraine. Education: Engineering Faculty, Vinnytsia State Technical University, Vinnytsia, Ukraine (1995). Research area: wastewater treatment.

Посилання

Zolotarʹova, O. K., Shnyukova, YE. I., Syvash, O. O., & Mykhaylenko, N. F. (2008). Perspektyvy vykorystannya mikrovodorostey u biotekhnolohiyi. Available at: http://botany.kiev.ua/doc/zolot_monog_2008.pdf (in Ukrainian)

Shamanskyi S. I. Boichenko S. V. (2018). Innovative Environmentally Friendly Technologies in Sewarage. Monograph. Кyiv: Publishing House «Center for Educational Literature», 320 p.

Jing-Han Wang , Tian-Yuan Zhang , Guo-Hua Dao , Xue-Qiao Xu , Xiao-Xiong Wang , Hong -Ying Hu (2017) . Microalgae-based advanced municipal wastewater treatment for reuse in water bodies Appl. Microbiol. Biotechnol. Vol. 101(7): pp. 2659-2675. doi: 10.1007/s00253-017-8184-x.

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

Chiu S.Y., Kao C.Y., Tsai M.T., Ong S.C. et al. (2009). Lipid accumulation and CO2 utilization of Nannochloropsisoculata in response to CO2 aeration. Bioresour. Technol. Vol.100, pp. 833-838.

Naruka M., Khadka M., Upadhayay S., Kumar S. (2019). Potential Applications Of Microalgae In Bioproduct Production: A Review. Octa Journal of Biosciences. Vol. 7 No. 1, pp. 1-5.

Magdalena J. A., Llamas M., Tomas-Pejу E. and Gonzalez-Fernandez C. (2019). Semicontinuous anaerobic digestion of protease pretreated Chlorella biomass for volatile fatty acids production. Journal of Chemical Technoljgy and Biotechnology. Vol. 94, pp. 1861-1869. doi: 10.1002/jctb.5960.

Głowacka N., Gaduš J. (2019). Verification of the Green Microalgae Biomass Use for Biogas. Acta Regionalia et Environmentalica. Vol.1, pp. 15-49. doi: 10.2478/aree-2019-0004.

Gonzalez Fernandez C., Barreiro Vescovo S., de Godos I., Fernandez M., Zouhayr A. and Ballesteros M. (2018). Biochemical methane potential of microalgae biomass using different microbial inocula. Biotechnology for Biofuels, Vol.11:184, pp. 1-11. doi: 10.1186/s13068-018-1188-7.

Koyandea A. K., Show P. L., Guob R., Tangc B., Oginod C. and Chang J. S. (2019). Bio-processing of algal bio-refinery: a review on current advances and future Perspectives. Bioengineered. Vol. 10 No. 1, pp.574-592.doi: 10.1080/21655979.2019.1679697

Milledge J. J., Nielsen. V., Maneein S. and Harvey P. J. (2019). A Brief Review of Anaerobic Digestion of Algae for Bioenergy. Energies. Vol.12, 22 p.

Raheem A., Prinsen P., Vuppaladadiyam A. K., Zhao M., Luque R. (2018). A review on sustainable microalgae based biofuel and bioenergy production: Recent developments. Journal of Cleaner Production. Vol.181, pp. 42-59. doi:10.1016/j.jclepro.2018.01.125.

Bhagea R., Bhoyroo V., Puchooa D. (2019). Microalgae: the next best alternative to fossil fuels after biomass. A review Microbiology Research. Vol. 10:7936, pp. 12-23. doi:10.4081/mr.2019.7936.

Saad M. G., Dosoky N. S., Zoromba M. S. and Shafik H. M. (2019). Algal Biofuels: Current Status and Key Challenges. Energies. Vol.12, pp. 1920. doi: 10.3390/en12101920.

S. Shamanskyi, S. Boichenko, L. Pavliukh (2018). Estimating of microalgae cultivation productivity for biofuel production in Ukraine conditions. Proceedings of the National Aviation University. Vol.3 (76), pp.67-77.

Blankena W., Cuaresma M., Wijffels R. H., Janssen M. (2013). Cultivation of microalgae on artificial light comes at a cost. Algal Res. Vol.2, pp. 333–340.

https://extension.okstate.edu/factsheets/photobioreactor-design-for-algal-biomass-production.html.

Pavliukh L., Boichenko S., Shamansky S., Syrotina I., Todorovych O. (2020). Cascade Photobioreactor for Waste Water Treatment by Microalgae. Modern Management Review, Vol. XXV No 27 (3/2020), pp. 17-29.

S. Shamanskyi, S. Boichenko, Adeniyi C. Photobioreactor for microalgae cultivation for biofuel production with simulteniuos sewage water treatment (2019). Systemy i srodki transport: monograph. No 16, pp. 61-67.

Shamanskyi Sergii, Boichenko Sergii, Pavliukh Lesia (2020). Wastewater treatment with bioconversion for motor fuel production in Ukraine. Bezpieczenstwo I materialy eksploatacyjne: Systemy i srodki transport: monograph. No 20, pp. 27-33.