Biodujų valymo, panaudojant mikrodumblių kultūrų suspensijas, eksperimentiniai tyrimai ir vertinimas

Abstract

Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamas bei vertinamas biologinis biodujų valymo ir kokybės gerinimo metodas – CO2, H2S, O2 eliminavimas ir CH4 koncentracijos didinimas naudojant mikrodumblių suspensijas. Pagrindinis darbo tikslas – išnagrinėti naujausias pasaulyje taikomas biodujų valymo technologijas, teoriškai ir eksperimentiškai įvertinti vietinių mikrodumblių kultūrų panaudojimo potencialą biodujų valymui. Pirmajame darbo skyriuje apžvelgtos esminės biodujas sudarančių komponentų savybės ir jų įtaka bendrai biodujų šiluminei bei kokybinei vertei. Išnagrinėtos dažniausiai Europos šalyse taikomos biodujų gamybos ir valymo technologijos, apžvelgtos pastariesiems procesams modeliuoti taikomos programos bei jų galimybės. Antrajame skyriuje įvertinta biodujų išeiga iš dviejų skirtingos sudėties ir kilmės substratų, išnagrinėtas trijų skirtingų mikrodumblių kultūrų – Stichcoccus, Chlorella, Monoraphidium griffithi – efektyvumas absorbuojant biodujų teršalus. Trečiajame skyriuje įvertintas vienapakopio ir dvipakopio valymo efektyvumas, kuomet nevalytos biodujos praleidžiamos atitinkamai pro vieną ir du nuosekliai sujungtus analogiškos sudėties biologinius tirpalus, prisotintus Chlorella kultūra. Ketvirtajame darbo skyriuje naudojant matematinio modeliavimo programą ,,MathCad“ pagal pradinius įvesties parametrus nustatytas teorinis biodujų valymo efektyvumas. Modeliavimas atliktas remiantis masės pernašos, biologinės oksidacijos, difuzijos, absorbcijos lygtimis. Šiame skyriuje atlikta palyginamoji analizė vertinant eksperimentų ir modeliavimo metu gautus rezultatus, įvertintos paklaidos bei galimos jų susidarymo priežastys. Darbo sudaro 9 dalys: įvadas, literatūros apžvalga, eksperimentinių tyrimų metodikų ir rezultatų analizės skyriai, modeliavimo metodikos ir rezultatų analizės skyrius, išvados, rekomendacijos, literatūros sąrašas, priedai. Darbo apimtis: 92 p. be priedų, 51 paveikslas, 16 lentelių, 92 literatūros šaltiniai

The Master‘s thesis analyzes and assesses biological purification method – efficiency by eliminating carbon dioxide, hydrogen sulphide, oxygen and increasing methane concentration in total biogas flow, respectively. Used biological method – biogas pollutants absorption by microalgae suspensions. The main objective of this paper is to present biogas purification technologies mostly applied in different countries and assess potential of purifying biogas using local microalgae cultures. The first chapter analyzes essential characteristics of biogas components which influence calorific biogas value and quality. Besides, first part of the Master‘s thesis presents biogas manufacturing and purification technologies that are applied in different European countries. Also, this chapter reviews various simulation programs and it‘s technical possibilities to simulate biogas purifying processes. In the second part biogas emissions are estimated from two different substrates (wastewater sludge and chicken manure), the potential of biogas purification is evaluated using three microalgae cultures (Stichcoccus, Chlorella, Monoraphidium griffithi). The third chapter analyzes efficiency of one-stage and two-stage biogas purification when raw biogas is transmitted through one and two sequentially connected biological solutions that involve Chlorella suspension. Also, accurate effectiveness of raw biogas purification using Chlorella microalgae is estimated. Theoretical concentration magnification of methane using simulation program MathCad is presented in the fourth part. Modeling is executed according to equations of mass transfer, biological oxidation, diffusion, physical and chemical absorption. Besides, comparative analysis of experimental and simulation results is presented, deviations are estimated and possible reasons of these deviations are investigated. The thesis consists of 9 parts: introduction, literature review, methodologies and results analysis part, modeling part, conclusions, recommendations, list of references and appendices. Volume of thesis: 92 pages of text without appendices, 51 figures, 16 tables, 92 references.