Фотобіоелектрохімічна конверсія відходів і біосировини з одержанням електричної енергії та енергоносіїв
| dc.contributor.advisor | Кузьмінський, Є. В. | |
| dc.contributor.advisor | Кузьминский, Е. В. | |
| dc.contributor.advisor | Kuzminskiy, Ye. V. | |
| dc.contributor.degreedepartment | екобіотехнології та біоенергетики | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | біотехнології і біотехніки | uk |
| dc.contributor.researchgrantor | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.date.accessioned | 2016-05-25T13:41:16Z | |
| dc.date.available | 2016-05-25T13:41:16Z | |
| dc.date.issued | 2014 | |
| dc.description.abstracten | Three ways of converting waste into energy or electricity are combined in this research. The first way concerns the energy conversion of wastewater organic compounds into hydrogen and electricity in biofuel cells. The second one is based on conversion of solar energy and organic compounds energy with using of inorganic photocathode in biofuel cell to produce hydrogen. The third way concerns the conversion of solar energy and inorganic waste gases on lipids of phototrophic microalgae. This combination of processes allows to convert different wastes into energy carriers and electricity. The rational parameters of biotechnological process of hydrogen in bioelectrochemical system that allows to combine this process with wastewater treatment from nutrients (phosphorus and nitrogen) is proved. A technological scheme of malt plant wastewater treatment hydrogen production in bioelectrochemical systems was developed and its approbation was held on malt plant. The technology provides a gas mixture with 99 % of hydrogen with low energy costs and ensures the required quality of treated wastewater. Methods of agricultural waste pre-treatment, depending on the composition of raw materials to produce hydrogen (chemical and biological), are proposed and technological conditions of processes are defined. With the purpose of hydrogen and electric current production technological scheme is proposed, in which such stages are consistently used: fermentation anaerobic degradation processes of solid wastes in the first reactor (pH 4-6), the use of soluble organic matter for hydrogen production in the second one (pH = 6-8) and electricity receiving in the refining of waste water in bioelectrochemical fuel cell. The terms of processes with maximum hydrogen yield are determined. The concentration of hydrogen in biogas is 50% while raw materials processing is 60%. The possibility to produce hydrogen in microbial fuel cells with semiconductor photocathode was found. The value of the Coulomb efficiency was 3.12%, the rate of cathodic hydrogen recombination 1.19% hydrogen system performance 4.89%. The possibility of microalgae Chlorella vulgaris cultivating usiing wastes of different origin is shown. The technological scheme of Chlorella vulgaris cultivating by simultaneous gas emissions and industrial wastes using to obtain biodiesel is developed. The process parameters are found. Maximum output of a lipid fraction (24%) occurs using of alternating light period from 4ҳ4 dark, temperature 30°C, pH 6.7, simultaneous supply of CO2 (gas emissions containing 6% of CO2, 0,5% of SO2, 1,5% NOx) and organic substance (sugars, urea, etc.). Influence of culture medium composition (concentrations of nitrogen, sulfur) on the growth of algae biomass and lipid fractions accumulation are studied. | uk |
| dc.description.abstractru | В работе объединены три пути превращения отходов в электрическую энергию или энергоносители. Первый касается конверсии энергии органических соединений сточных вод на водород и электричество в биотопливных элементах, в основе второго лежит сочетание преобразования солнечной энергии и органических соединений при использовании неорганического фотокатода в биотопливном элементе для продуцирования водорода, в третьем – преобразование солнечной энергии и неорганических газообразных отходов на липиды фототрофных микроводорослей. Такое сочетание процессов позволяет комплексно превращать разнообразные отходы на энергоносители и электроэнергию. Обоснованно рациональные параметры биотехнологического процесса получения водорода в биоэлектрохимической системе, позволяет сочетать этот процесс с очисткой сточных вод от биогенных элементов (фосфора, азота). Разработана технологическая схема получения водорода с одновременной очисткой сточных вод солодового завода и проведено ее апробацию. Предложенная технология позволяет получить газовую смесь с содержанием водорода до 99% при низких энергетических затратах и гарантировать необходимое качество очищенных сточных вод. Предложены методы предварительной обработки сельскохозяйственных отходов в зависимости от состава сырья с целью получения водорода (химические и биологические) и определены технологические условия процессов. С целью получения водорода и электрического тока предложена технологическая схема, в которой последовательно используются ферментационные анаэробные процессы деструкции твердых отходов в первом реакторе (рН = 4-6), за использование растворимых органических веществ выработки водорода во втором (рН = 6-8) и получение электричества при доочистке сточных вод в биоелектрохимичному топливном элементе. Определены условия протекания процессов с максимальным выходом водорода. Концентрация водорода в биогазе достигает 50% при переработке 60% сырья. Установлена возможность выработки водорода в микробных топливных элементах с полупроводниковым фотокатодом. При этом значение кулоновского эффективности составило 3,12%, показатель катодного восстановления водорода – 1,19%, производительность системы по водороду – 4,89%. Показана возможность культивирования микроводорослей Chlorella vulgaris за использование отходов различного происхождения. Разработана технологическая схема культивирования микроводоросли Chlorella vulgaris при одновременном использование газовых выбросов предприятий и отходов различного происхождения как питательных веществ для получения биодизельного горючего и установлены параметры процесса. Максимальный выход липидной фракции (24%) происходит за использование чередование светового периода с темновым 4ҳ4, температуры 30°С, рН 6-7, одновременного питания СО2 (или газовых выбросов, содержащих до 6% СО2, 0,5% SO2, 1,5% NOx) и органического вещества (сахаров, мочевины и т.д.). Исследовано влияние состава культуральной среды (концентрации соединений азота, серы) на прирост биомассы водорослей и накопление липидной фракции. | uk |
| dc.description.abstractuk | В роботі поєднано три шляхи перетворення відходів на електричну енергію чи енергоносії. Перший стосується конверсії енергії органічних сполук стічних вод на водень та електрику в біопаливних елементах, в основі другого лежить поєднання перетворення сонячної енергії та органічних сполук при використанні неорганічного фотокатода в біопаливному елементі для продукування водню, в третьому – перетворення сонячної енергії та неорганічних газоподібних відходів на ліпіди фототрофних мікроводоростей. Таке поєднання процесів дозволяє комплексно перетворювати різноманітні відходи на енергоносії та електричну енергію. Обґрунтовано раціональні параметри біотехнологічного процесу отримання водню в біоелектрохімічній системі, що дозволяє поєднувати цей процес із очищенням стічних вод від біогенних елементів (фосфору, азоту). Розроблено технологічну схему отримання водню з одночасним очищенням стічних вод солодового заводу та проведено її апробацію. Запропонована технологія дає змогу отримати газову суміш із вмістом водню до 99 % при низьких енергетичних витратах і гарантувати необхідну якість очищених стічних вод. Запропоновано методи попередньої обробки сільськогосподарських відходів в залежності від складу сировини з метою одержання водню (хімічні та біологічні) та визначено технологічні умови процесів. З метою одержання водню та електричного струму запропоновано технологічну схему, в якій послідовно використовуються ферментаційні анаеробні процеси деструкції твердих відходів у першому реакторі (рН = 4-6), за використання розчинних органічних речовин продукування водню у другому (рН = 6-8) та одержання електрики при доочищенні стічної води у біоелектрохімічному паливному елементі. Визначено умови перебігу процесів з максимальним виходом водню. Концентрація водню у біогазі досягає 50% при переробці 60% сировини. Встановлено можливість продукування водню у мікробних паливних елементах з напівпровідниковим фотокатодом. При цьому значення кулонівської ефективності становило 3,12 %, показник катодного відновлення водню 1,19%, продуктивність системи за воднем 4,89%. Показана можливість культивування мікроводоростей Chlorella vulgaris за використання відходів різноманітного походження. Розроблено технологічну схему культивування мікроводорості Chlorella vulgaris за одночасного використання газових викидів підприємств та відходів різноманітного походження як живильних речовин для одержання біодизельного пального та встановлено параметри процесу. Максимальний вихід ліпідної фракції (24%) відбувається за використання чергування світлового періоду з темновим 4ҳ4, температури 30°С, рН 6-7, одночасного живлення СО2 (або газових викидів, що містять до 6% СО2, 0,5% SO2, 1,5% NOx) та органічної речовини (цукрів, сечовини тощо). Досліджено вплив складу культурального середовища (концентрації сполук нітрогену, сульфуру) на приріст біомаси водоростей та накопичення ліпідної фракції. | uk |
| dc.format.page | 8 с. | uk |
| dc.identifier | 2661-п | |
| dc.identifier.govdoc | 0113U001650 | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/16034 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | НТУУ "КПІ" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.title | Фотобіоелектрохімічна конверсія відходів і біосировини з одержанням електричної енергії та енергоносіїв | uk |
| dc.title.alternative | Фотобиоэлектрохимическая конверсия отходов и биосырья с получением электрической энергии и энергоносителей | |
| dc.title.alternative | Photobioelectrochemical conversion of wastes and raw material to produce electricity and energy carriers | |
| dc.type | Technical Report | uk |
| thesis.degree.level | - | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 7.71 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: