Інтенсифікація виділення біогазу застосуванням магнітних та електромагнітних полІВ

В.Л. Коваленко¹, Є.В. Кузнєцова², В.В. Кузнецов²

¹ Україна, м. Запоріжжя, Запорізький національний університет

² Україна, Дніпро, Національна металургійна академія України

Full text (PDF) 

Анотація

Мета. Дослідити ефективність стимуляції виходу біогазу з коров’ячого субстрату під впливом магнітного та електромагнітного полів визначеної інтенсивності при термофільному та мезофільному температурних режимах.

Методика дослідження. Проведення експериментальних досліджень на базі лабораторної біогазової установки, що складається біореактору, під’єднаного до системи збору та утримування біогазу, що дозволяє визначати динаміку виділення та його загальну кількість. Реакторна частина обладнана системою впливу на субстрат зазначеними полями з можливістю контролю інтенсивності останніх. Таким чином, дослідним шляхом можливо методом послідовного наближення визначити оптимальне значення індукції, при якій інтенсифікується виділення біогазової суміші. Дослідження проводились на коров’ячому субстраті при термофільному та мезофільному режимах роботи біореактору.

Результати дослідження. В результаті досліджень було встановлено, що впливом постійним магнітним та електромагнітним полями інтенсивністю до 15мТл на субстрат при термофільному та мезофільному температурному режимах роботи можливо збільшити обсяги виділення біогазової суміші на 12-14%, в порівнянні з експериментом без застосування такого поля. Встановлено також, що окрім збільшення продуктивності метеантенку, можливо скоротити цикл біометаногенезу на 1-2 доби і, таким чином, підвищити загальну енергетичну ефективність біогазової установки.

Наукова новизна. В результаті аналізу отриманих експериментальних даних встановлено діапазон інтенсивності постійного магнітного та електромагнітного полів, що дає можливість стимулювати життєдіяльність бактерій, задіяних у виробництві біогазу, і підвищити обсяги його виділення до 14% в умовах термофільного та мезофільного режимах роботи біореактора.

Практичне значення. Проведена серія експериментів дозволяє зробити висновок, що вплив постійного магнітного та електромагнітного полів визначеної інтенсивності стимулює процес виділення біогазу.

Ключові слова: біогаз, біометаногенез, біоенергетика, біогазова установка, магнітне поле, електромагнітне поле

Перелік посилань

1. Качан, Ю.Г., Коваленко, В.Л., Лапікова, О.І. (2015). Аналіз ефективності та перспектив розвитку біогазової енергетики. Збірник Міжнародної конференції «Відновлювана енергетика 21 століття». Київ. 353-355.

2. Качан, Ю.Г., Коваленко, В.Л., Лапікова, О.І. (2016). Щодо впливу електричних полів та мікрохвильового випромінювання на мікроорганізми, задіяні в біометаногенезі. Енергетика: економіка, технології, екологія, КПІ, Київ. № 4.

3. Качан, Ю.Г., Коваленко, В.Л., Лапікова, О.І. Фізична модель біогазової установки з пристроєм впливу на субстрат електричними і магнітними полями. Збірник XVII Міжнародної конференції «Відновлювана енергетика та енергоефективність у ХХІ століття». КНУ, Київ.

4. Hönes, I.; Pospischil, A.; Berg, H. (1998). Electrostimulation of proliferation of the denitrifying bacterium Pseudomonas stutzeri. Bioelectrochem. Bioenerg. 44. 275–277.

5. Justo, O.R.; Pérez, V.H.; Alvarez, D.C.; Alegre, R.M. (2006). Growth of Escherichia coli under extremely low-frequency electromagnetic fields. Appl. Biochem. Biotechnol. 134. 155–163.

6. Hirano, M.; Ohta, A.; Abe, K. (1998). Magnetic field effects on photosynthesis and growth of the cyanobacterium spirulina platensis. J. Ferment. Bioeng. 86. 313–316.

7. Li, Z.-Y.; Guo, S.-Y.; Lin, L.; Cai, M.-Y. (2007). Effects of electromagnetic field on the batch cultivation and nutritional compostion of Spirulina platensis in an air-lift photobioreactor. Bioresour. Technol. 98. 700–705.

8. Takahaski, F.; Kamezaki, T. (1985). Effect of magnetism of growth of Chlorella. Hakkokogaku. 63. 71–74.

9. Yamaoka, Y.; Takimura, O.; Fuse, H.; Kamimura, K. (1992). Effect of magnetism on growth of Dunaliella salina. Res. Photosynth. 3, 87–90.

10. Erygin, G.D.; Pchedlkina, V.V.; Kulikova, A.K.; Rurinova, N.G.; Bezborodov, A.M.; Gogolev, M.N. (1988). Influence on microorganism growth and development of nutrient medium treatment with magnetic field. Prikl. Biokhim. Mikrobiol. 1988, 24, 257–263.

11. Fiedler, U.; Grobner, U.; Berg, H. (1995). Electrostimulation of yeast proliferation. Bioelectrochem. Bioenerg. 38. 423–425.

12. Engstrom, S.; Markov, M.; McLean, M.; Holcomb, R.; Marko, J. (2002). Effects of non-uniform static magnetic fields on the rate of myosin phosphorylation. Bioelectromagnetics. 23. 475–479.

13. Smith, S.; McLeod, B.R.; Liboff, A.R.; Cooksey, K. (1987). Calcium cyclotron resonance and diatom mobility. Bioelectromagnetics, 8, 215–227.

14. Blackman, C.; Benane, S.G.; House, D.E.; Elliott, D.J. (1990). Importance of alignment between local DC magnetic field and an oscillating magnetic field in response to brain tissue in vitro and in vivo. Bioelectromagnetics. 11. 159–167.

15. Reese, J.; Frazier, M.E.; Morris, J.E.; Buschbom, R.L. (1991). Evaluation of changes in diatom mobility after exposure to 16-Hz electromagnetic fields. Bioelectromagnetics. 12. 21–25.

16. Blackman, C.; Blanchard, J.P.; Benane, S.G.; House, D.E. (1996). Effect of AC and DC magnetic field orientation on nerve cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 220, 807–811.

17. Pilla, A.A.; Kaufman, J.J.; Ryaby, J.T. (1987). Electrochemical kinetics at the cell membrane: A physicochemical link for electromagnetic bioeffects. In Mechanistic Approaches to Interaction of Electric and Electromagnetic Fields with Living Systems; Blank, M, Findl, E., Ed.; 39–61.

18. Коваленко В.Л. Щодо впливу магнітних полів на задіяні в біометаногенезі мікроорганізми. Відновлювана енергетика. Науково-прикладний журнал. – 2017. – №1. – 87-92.