Интегрированные мембранные биореакторные системы для получения горючих газов

• Автор: Гасанова, Людмила Гашамовна
• Шифр специальности: 05.17.18, 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

I. Технологии биологической утилизации биомассы и органических отходов с выделением биоводорода и биогаза

1.1. Первичная биомасса как сырье для получения горючих газов

1.2. Метаногенез органических отходов и биомассы

1.3. Микробиологическое получение водорода

1.3.1. Темповое получение водорода

1.3.2. Светозависимое получение водорода

II. Технологии разделения СОг содержащих газовых смесей

.1. Стандартные разделительные технологии

.2. Принципы разделения газовых смесей полимерными мембранами и системами на их основе
.2.1. Основные представления о механизме селективного газопереноса в полимерных мембранах, диффузионные характеристики полимерных мембран
.2.2. Соотношения структура полимера газопроницаемость проблемы выбора высокопроницаемых полимерных мембран
.2.2. Влияние физикохимических свойств молекул пенетранта на параметры переноса
II.2.2.2. Взаимосвязь химической структуры полимеров и их газоразделительных свойств
.2.3. Проблемы способа мембранного разделения продуктов биосинтеза
.3. Активные мембранные газоразделительные системы ключевые критерии, особенности дизайна, методы тестирования
.3.1. Мембранные контакторы
.3.2. Селективный мембранный вентиль
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫАЯ ЧАСТЬ
III. 1. Объекты и методы исследования.
III. 1.1. Интегрированный биореактор для получения горючих газов.
III. 1.2. Аэробные и анаэробные биореакторы.
III. 1.3. Активные мембранные системы. Мембранные контакторы.
III. 1.3.1. Выбор полимера и мембраны на его основе.
III. 1.3.2. Жидкие абсорбенты диоксида углерода
III. 1.3.3. ЛМС, лабораторные и опытные образцы
III. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
III.2.1. Культивирование зеленых бактерий, выбор вида микроорганизма для мстанизации. Деоксигенация.
Ш.2.2. Мстантенк, источники, динамика выхода биогаза. з
II.2.3. Водородный биореактор, выбор культуры, иммобилизация, рост эффективности во времени.
Ш.2.4. Разделение бинарных и тройных газовых смесей с помощью ЛМС лабораторного и опытного образца.
II.2.5. Лабораторная интегрированная мембранная биореакторная система для получения горючих газов.
IV. ВЫВОДЫ
V. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
VI. ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
Сокращения
МК мембранный контактор
ЛМК лабораторный мембранный контактор
СМВ селективный мембранный вентиль
ПВТМС поливинилтриметилсилан
ПТМСП политриметилсилилпропин
ПДМС полидимстилсилоксан
МЭА моноэтаиоламин
ДЭА диэтаноламин
1МДЭА мстилдиэтаноламин
ПК пропилепкарбонат
Обозначения
В ширина СМВ м
С концентрация кмольм
О коэффициент диффузии м2с
Н толщина в направлении оси х м
. поток кмольс
К константа равновесия химической реакции
, длина СМВ м
р парциальное давление Па
О проницаемость кмольм2 сПа
скорость образования расхода компонента кмольм3с
5 коэффициент растворимости газа кмольм3Па
время с
Т температура С
V скорость мс
х поперечная координата м
у продольная координата м
Индексы
0 граничное значение
аег средний
шах максимальный
тп минимальный
тет мембрана
С, жидкость
компонент
С летучий компонент
1 нелетучий компонент
ВВЕДЕНИЕ


А. рассмотрел процессы, происходящие при образовании биогаза, и предложил следующую схему превращений, которая включает в себя несколько этапов рисунок 1. Сначала первичные анаэробы гидролитики и диссипотрофы используют легко доступные углеводы и белки, поступающие с отмершими частями растений и экзометаболитами. Все это поступает в общий пул продуктов первичных анаэробов. Синтрофы потребляют жирные кислоты, образуя ацетат и водород, но при этом необходимо быстрое и полное удаление водорода. В этом процессе участвуют три основные группы микроорганизмов сульфатредукторы, метаногены и ацетогены. Каждая из них образует свой продукт сероводород, метан и ацетат, соответственно и имеет свою пороговую концентрацию водорода, ниже которой он не используется. Причем, гомоацетатные микроорганизмы могут работать при более высоких концентрациях водорода, чем синтрофиая микрофлора ,,. Рис. Трофические взаимодействия бактерий в анаэробных условиях . Рассмотрим каждый этап метаногсисза более детально. А Деструкция биополимеров в анаэробных условиях. Попадая в анаэробные условия, органический субстрат подвергается воздействию внеклеточных ферментов гидролаз, способных расщеплять грудноразлагаемые соединения до мономеров. К мономерам относят жирные кислоты, спирты, аминокислоты, простые сахара и так далее 7. Мономеры сбраживаются с образованием летучих жирных кислот. Летучие жирные кислоты и простые спирты являются субстратом для синтрофных микроорганизмов, а оставшиеся вещества перевариваю гея бактериями до водорода и ацетата. Продуцентов мономеров называются первичными анаэробами и к ним относятся как бактерии, обладающие гидролазами, и, следовательно, разлагающие сложные полимеры целлюлозу, лигнин и т. Последнюю группу микроорганизмов называют микрофлорой рассеяния или диссипотрофами , . Таким образом, результатом первого этапа анаэробной биодеградации полимеров является образование более простых соединений кислот пропионат, бутират, лактат, пируват и их соли и спиртов метанола, этанола, пропанола, бутанола. Все они являются продуктами брожения, в числе которых также присутствует водород, повышенная концентрация которого ингибирует рост многих микроорганизмов. Эту стадию анаэробного разложения органического вещества осуществляет гетерогенная биомасса. Б Синтрофные взаимоотношения микроорганизмов. Синтрофные взаимоотношения микроорганизмов могут основываться на обмене факторами и субстратами роста или на удалении токсичного продукта . Чаще всего этот промежуточный продукт обмена является токсичным для организма, его образующего, а при совместном развитии синтрофиых организмов происходит заметное ускорение роста их обоих. Примером межвидового переноса водорода может служить рост на фруктозе i iii и ряда мстанобразующих архей i . М.о. Н., , i ii и i i, не адаптированная к ацетат. При культивировании . М ацетата, характерного для роста чистой культуры, образовывалось 2 М ацетата и 1 М метана. При совместном росте . М. i наблюдался полный распад фруктозы до метана и углекислого газа 1. Также подробно явление синтрофного взаимодействия было изучено Брианом с соавторами и на примере культуры i iii, оказавшейся симбиотической ассоциацией двух микроорганизмов бактерии рода и метанобразующей археи i . М.о. Н. i ii. Совместный рост этих бактерий на этаноле был возможен благодаря межвидовому переносу водорода. Н2 выше Юатм. Этот водород использовался метанобразующим микроорганизмом, и, таким образом, становился возможным рост обоих организмов на среде, недоступной каждому в отдельности. В сиитрофном сообществе наблюдается тесная зависимость метаногенов от микроорганизмов более высокого трофического уровня. В свою очередь, потребляя продукты брожения, мстаногены влияют на обмен первичных анаэробов . Такую реакцию осуществляют ii i, ii i, ii , . Рассматривая работу синтрофной микрофлоры, приведем еще несколько ассоциаций этих микроорганизмов, субстратов, которые они совместно разлагают и продукты распада этих соединений таблица 1. Таблица 1. Анаэробное разрушение органических веществ сметанными и синтрофно взаимосвязанными культурами . Целлюлоза СИ4. Пектин СН,. В Ацетогенез.