Impact of microwave heating on the efficiency of methane fermentation of algae biomass

• Autorzy: Zielinski M. , Debowski M. , Szwarc D. , Szwarc K. , Rokicka M.

Warianty tytułu

PL

Wplyw ogrzewania mikrofalowego na aktywność fermentacji metanowej biomasy glonów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Providing the optimal temperature is a means of increasing the effectiveness of methane fermentation processes. The use of an electromagnetic microwave field enables energy to be directed to a mixture of anaerobic sludge and processed biomass this reduces energy losses. The aim of this study was to determine the effect of electromagnetic microwave radiation in stimulating thermal conditions in anaerobic reactors, on the effectiveness of methane fermentation process of microalgae biomass and on the qualitative composition of biogas produced. The quantity of gaseous metabolites of anaerobic bacteria produced in both experimental variants (convective and microwave heating) averaged approximat’s 450 cm³ g⁻¹ VS. The electromagnetic microwave radiation proved to have an immediate impact on the improvement in the qualitative composition of biogas produced. The stimulation of thermal conditions using electric heaters resulted in a methane contetnt of 65% in biogas, whereas the use of microwaves assured ca. 69% in sewage gas.

PL

Zapewnienie optymalnej temperatury jest sposobem na zwiększenie efektywności procesów fermentacji metanowej. Użycie promieniowania mikrofalowego umożliwia bezpośrednie skierowanie energii do mieszaniny osadu beztlenowego i przetwarzanej biomasy, co znacznie ogranicza straty energii. Celem badań było określenie wpływu zastosowania elektromagnetycznego promieniowania mikrofalowego jako czynnika stymulującego warunki termiczne w reaktorach beztlenowych na efektywność procesu fermentacji metanowej biomasy mikroglonów i skład jakościowy wytwarzanego biogazu. Ilość produkowanych gazowych produktów metabolizmu bakterii beztlenowych w obu wariantach eksperymentalnych wynosiła średnio (konwekcyjne i mikrofalowe ogrzewanie) 450 cm³ g s.m.o.⁻¹. Udowodniono, że elektromagnetyczne promieniowanie mikrofalowe wpłynęło bezpośrednio na poprawę składu jakościowego uzyskiwanego biogazu. Stymulowanie warunków termicznych za pomocą grzałek elektrycznych pozwoliło na uzyskanie prawie 65% metanu w biogazie, natomiast wykorzystanie mikrofal zapewniło około 69% zawartość tego komponentu gazu fermentacyjnego.

Słowa kluczowe

EN

alga; biomass; microalga; microwave heating; microwave radiation; methane fermentation; biogas

• Wydawca: -
• Czasopismo: Polish Journal of Natural Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: 32
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.561-571,fig.,ref.

Twórcy

autor

Zielinski M.

• Department of Environmental Engeenering, Uniwersity of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Debowski M.

• Department of Environmental Engeenering, Uniwersity of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Szwarc D.

• Department of Environmental Engeenering, Uniwersity of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Szwarc K.

• Department of Environmental Engeenering, Uniwersity of Warmia and Mazury in Olsztyn, Warszawska 117, 10-720 Olsztyn, Poland

autor

Rokicka M.

• Department of Environmental Engeenering, Uniwersity of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

Bibliografia

• BANIK S., BANDYOPADHYAY S., GANGULY S., DAN D. 2006. Effect of microwave irradiated Methanosarcina barkeri DSM-804 on biomethanation. Bioresource Technology, 97(6): 819–823.
• CYDZIK-KWIATKOWSKA A., ZIELIŃSKI M., JARANOWSKA P. 2012. Microwave radiation and reactor design influence microbial communities during methane fermentation. Journal of Industrial Microbiology Biotechnology, 39(9): 1397–1405.
• HA S.H., MAI N.L., AN G., KOO Y.M. 2011. Microwave-assisted pretreatment of cellulose in ionic liquid for accelerated enzymatic hydrolysis. Bioresource Technology, 102(2): 1214–1219.
• KAPPE C.O. 2002. High-speed combinatorial synthesis utilizing microwave irradiation. Current Opinion in Chemical Biology, 6(3): 314–320.
• LANGE M., AHRING B.K. 2001. A comprehensive study into the molecular methodology and molecular biology of methanogenic Archaea. FEMS Microbiology Reviews, 25(5): 553–571.
• LIDSTRÖM P., TIERNEY J., WATHEY B., WESTMAN J. 2001. Corrigendum to Microwave assisted organic synthesis – a review. Tetrahedron, 57(51): 10 229.
• MERTENS B. 1992. Developments of nonthermal processes for food preservation. Food Technol., 46(5): 124–133.
• MUSSGNUG J.H., KLASSEN V., SCHLÜTER A., KRUSE O. 2010. Microalgae as substrates for fermentative biogas production in a combined biorefinery concept. Journal of Biotechnology, 150(1): 51–56.
• OLSSON H., JUSLIN P. 2000. The sensory sampling model: theoretical developmentsand empirical findings. Food Quality and Preference, 11(1): 27–34.
• PARKER M.C., BESSON T., LAMARE S., LEGOY M.D. 1996. Microwave radiation can increase the rate of enzyme-catalysed reactions in organic media. Tetrahedron Letters, 37(46): 8383–8386.
• RAS M., LARDON L., BRUNO S., BERNET N., STEYER J.P. 2011. Experimental study on a coupled process of production and anaerobic digestion of Chlorella vulgaris. Bioresource Technology, 102(1): 200–206.
• SAMSON R., LEDUYT A. 1986. Detailed study of anaerobic digestion of Spirulina maxima algal biomass. Biotechnology and Bioengineering, 28(7): 1014–1023.
• SCHAMPHELAIRE L. DE, VERSTRAETE W. 2009. Revival of the biological sunlight-to-biogas energy conversion system. Biotechnology and Bioengineering, 103(2): 296–304.
• TAKASHIMA Y., HIROSE H., KOYAMA S., SUZUKI Y., TAKI M., MIYAKOSHI J. 2006. Effects of continuous and intermittent exposure to RF fields with a wide range of SARs on cell growth, survival, and cell cycle distribution. Bioelectromagnetics, 27(5): 392–400.
• VASS A., DUDÁS J., VARMA R. S. 1999. Solvent-free synthesis of N-sulfonylimines using microwave irradiation. Tetrahedron Letters, 40(27): 4951–4954.
• ZAMALLOA C., BOON N., VERSTRAETE W. 2012. Anaerobic digestibility of Scenedesmus obliquus and Phaeodactylum tricornutum under mesophilic and thermophilic conditions. Applied Energy, 92: 733–738.
• ZIELINSKI M., KRZEMIENIEWSKI M. 2007. The effect of microwave electromagnetic radiation on organic compounds removal efficiency in a reactor with a biofilm. Environmental Technology, 28(1): 41–47.
• ZIELIŃSKI M., CIESIELSKI S., CYDZIK-KWIATKOWSKA A., TUREK J., DĘBOWSKI M. 2007. Influence of microwave radiation on bacterial community structure in biofilm. Process Biochemistry, 42(8): 1250–1253.
• ZIELIŃSKI M., DĘBOWSKI M., KRZEMIENIEWSKI M. 2009. The impact of microwave radiation on nitrification in biofilm reactor. Pol. J. Env. Study, 18(3A): 481–486.
• ZIELIŃSKI M., ZIELIŃSKA M. 2010. Impact of microwave radiation on nitrogen removal and quantity of nitrifiers in biofilm. Canadian Journal of Civil Engineering, 37(4): 661–666.