DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2020.89.210845

Vibroresonant cavitator for homogenization of freshwater algae as raw materials for bioenergy

I. S. Aftanaziv, L. R. Strutynsʹka, O. I. Strohan, I. H. Svidrak

Abstract


The technological process of processing blue-green algae of freshwater reservoirs into biogas has been improved. To increase the productivity of the biogas fermentation process, a new design of vibration-resonant cavitator was created. Productivity of the developed cavitator reaches 0,751,0 m3/h. with a cross section of the working chamber of 10 inches. The use of the cavitation treatment of algae suspension at the stage of preparation of the algae suspension allows to increase the fermentation of biogas from biomass by 25 ÷ 30 %. The aim of the work is to improve the technological process of fermentation of biogas from blue-green algae, as well as to develop a suitable design of the vibrocavitator. The main objectives of the study are to develop the design of vibrocavitators with electromagnetic drive and study the effectiveness of their use for homogenization of blue-green algae in the process of their processing into biogas.

The results of the study allow to increase the productivity of the technology of algae processing into biogas, as well as to improve the ecological condition of water bodies and the environment by removing harmful blue-green algae from the water.


Keywords


blue-green algae; cyanobacteria; ecology; water; biogas; technology; cavitation; vibrocavitation; electromagnet

References


Malʹovanyy, M.S., Synelʹnikov, O.D., Kharlamova, O.V. and Malʹovanyy, A.M. (2014), “Optymalʹni umovy otrymannya enerhiyi iz tsianobakteriy”, Khimichna promyslovistʹ Ukrayiny, no. 5, pp. 39–43.

Malovanyy, Myroslav, Nykyforov, Volodymyr, Kharlamova, Olena, Synelnikov, Olexander and Dereyko, Khrystyna (2016), “Reduction of the environmental threat from uncontrolled development of cyanobacteria in waters of Dnipro reservoirs”, Environmental Problems, no. 1, pp. 61–64.

Nikiforov, V.V. (2010), “O prirodookhrannykh i energosberegayushchikh perspektivakh ispol'zovaniya sinezelenykh vodorosley”, Promyshlennaya botanika, vol. 10, pp. 193–196.

Choi, S.P., Nguyen, M.T. and Sim, S.J. (2010), “Enzymatic pretreatment of Chlamydomonas reinhardtii biomass for ethanol production”, Bioresour Technol., no. 101, pp. 5330–5336, 10.1016/j.biortech.2010.02.026.

Harun, R., Jason, W., Cherrington, T. and Danquah, M.K. (2011), “Exploring alkaline pre-treatment of microalgal biomass for bioethanol production”, Appl Energy, no. 88, pp. 3464–3467, 10.1016/j.apenergy.2010.10.048.

Li, Y., Wang, B., Wu, N. and Lan, C.Q. (2008), “Effects of nitrogen sources on cell growth and lipid production of Neochloris oleoabundans”, Applied Microbiology and Biotechnology, vol. 4, no. 81, pp. 629–636.

Hossain, A., Salleh, A., Boyce, A.N. Chowdhury, P. and Naqiuddin, M. (2008), “Biodiesel fuel production from algae as renewable energy”, American Journal of Biochemistry and Biotechnology, vol. 3, no. 4, pp. 250–254.

Mata, Teresa M., Martins, Antonio A. and Caetano, Nidia S. (2010), “Microalgae for biodiesel production and other applications: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, no. 1, pp. 217–232.

Vitenʹko, T.M. (2009), Hidrodynamichna kavitatsiya u masoobminnykh, khimichnykh i biolohichnykh protsesakh [Hydrodynamic cavitation in mass transfer, chemical and biological processes], monohrafiya, Vyd-vo TDUT im. I.Pulyuya, Ternopilʹ, Ukraine.

Silin, R.I., Baran, B.A. and Hordyeyev, A.I. (2009), Vlastyvosti vody ta suchasni sposoby yiyi ochyshchennya: monohrafiya, KHNU, Khmelʹnytsʹkyy, Ukraine.

Vitenʹko, T.M. (2010), Mekhanizm ta kinetychni zakonomirnosti intensyfikuyuchoyi diyi hidrodynamichnoyi kavitatsiyi u khimiko-tekhnolohichnykh protsesakh: dys. … d-ra tekhn, Nauk, Lʹviv, Ukraine.

Shevchuk, L.I., Aftanaziv, I.S., Strohan, O.I. and Kovalʹ, I.Z. (2012), “Avtonomnyy kavitator dlya znezarazhennya tsianobakteriy ta aeratsiyi vody vidkrytykh vodoym”, Vodne hospodarstvo Ukrayiny, pp. 30–36.

Shevchuk, L.I. Aftanaziv I.S., Strohan O.I., Starchevsʹkyy V.L. (2013), “Nyzʹkochastotni vibrorezonansni kavitatory, monohrafiya, Vydavnytstvo Lʹvivsʹkoyi politekhniky, Lʹviv, Ukraine.

Rodolfi, L., Zittelli, G.C., Bassi, N., Padovani, G., Biondi, N., Bonini, G. and dr. (2009), “Microalgae for oil: strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a low-cost photobioreactor”, Biotechnology and Bioengineering, vol. 1, no. 102, pp. 100–112.

Chisti, Y. (2007), “Biodiesel from microalgae”, Biotechnology Advances, vol. 3, no. 25, pp. 294–306.

Malovanyy, M., Nikiforov, V., Kharlamova, O. and Synelnikov, O. (2016), “Production of renewable energy resources via complex treatment of cyanobacteria biomass”, Chemistry &amp, Chemical Technology, vol. 10, no. 2, pp. 251–254.

Lanetsʹ, O.S. (2008), Vysokoefektyvni mizhrezonansni vibratsiyni mashyny z elektromahnitnym pryvodom (Teoretychni osnovy ta praktyka stvorennya), monohrafiya, Vyd-vo Nats. Un-tu “Lʹvivsʹka politekhnika”, Lʹviv, Ukraine.


GOST Style Citations


  1. Мальований М.С. Оптимальні умови отримання енергії із ціанобактерій / М.С. Мальований, О.Д. Синельніков, О.В. Харламова, А.М. Мальований // Хімічна промисловість України. – 2014. – № 5. – С. 39–43.
  2. Malovanyy Myroslav Reduction of the environmental threat from uncontrolled development of cyanobacteria in waters of Dnipro reservoirs/ Myroslav Malovanyy, Volodymyr Nykyforov, Olena Kharlamova, Olexander Synelnikov, Khrystyna Dereyko / /Environmental Problems. – 2016. – № 1. – Р. 61–64.
  3. Никифоров В.В. О природоохранных и энергосберегающих перспективах использования синезеленых водорослей / В.В.Никифоров // Промышленная ботаника. – 2010. – № 10. – С. 193 – 196.
  4. Choi S.P., Nguyen M.T., Sim S.J. Enzymatic pretreatment of Chlamydomonas reinhardtii biomass for ethanol production. Bioresour Technol. – 2010. – No. 101. – P. 5330–5336. 10.1016/j.biortech.2010.02.026.
  5. Harun R, Jason W, Cherrington T, Danquah M.K. Exploring alkaline pre-treatment of microalgal biomass for bioethanol production. Appl Energy. – 2011. – No. – 88. – P. 3464–3467. 10.1016/j.apenergy.2010.10.048.
  6. Li Y. Effects of nitrogen sources on cell growth and lipid production of Neochloris oleoabundans / Y. Li, B.Wang, N.Wu, C.Q.Lan // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2008. – Vol. 4. – № 81. – Р. 629–636.
  7. Hossain A. Biodiesel fuel production from algae as renewable energy / А.Hossain, A.Salleh, A.N.Boyce, P.Chowdhury, M.Naqiuddin // American Journal of Biochemistry and Biotechnology. – 2008. – Vol. 3, – № 4. – Р. 250–254.
  8. Mata Teresa M. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review / Teresa M. Mata, Antonio A. Martins, Nidia. S. Caetano // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2010. – Vol. 14, No. 1. – Р. 217–232.
  9. Вітенько Т.М. Гідродинамічна кавітація у масообмінних, хімічних і біологічних процесах: монографія/ Т.М.Вітенько. – Тернопіль: Вид-во ТДУТ ім.. І.Пулюя, 2009. – 224 с.
  10. Сілін Р.І. Властивості води та сучасні способи її очищення: монографія/ Р.І. Сілін, Б.А.Баран, А.І.Гордєєв. – Хмельницький: ХНУ, 2009. – 254 с.
  11. Вітенько Т.М. Механізм та кінетичні закономірності інтенсифікуючої дії гідродинамічної кавітації у хіміко-технологічних процесах: дис. … д-ра техн. наук. –Львів, 2010.
  12. Шевчук Л.І. Автономний кавітатор для знезараження ціанобактерій та аерації води відкритих водойм / Л.І.Шевчук, І.С.Афтаназів, О.І.Строган, І.З.Коваль // Водне господарство України. – 2012. – С. 30–36.
  13. Шевчук Л.І. Низькочастотні віброрезонансні кавітатори: монографія / Л.І.Шевчук, І.С.Афтаназів, О.І.Строган, В.Л.Старчевський – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2013. – 176 с.
  14. Rodolfi L. Microalgae for oil: strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a low-cost photobioreactor / Rodolfi L., Zittelli G.C., Bassi N., Padovani G., Biondi N., Bonini G., and dr. // Biotechnology and Bioengineering. – 2009. – Vol. 1, No. 102. – Р. 100–112.
  15. Chisti Y. Biodiesel from microalgae / Y.Chisti // Biotechnology Advances. – 2007. – Vol. 3, No. 25. – Р. 294–306.
  16. Malovanyy, M. Production of renewable energy resources via complex treatment of cyanobacteria biomass / M.Malovanyy, V.Nikiforov, O.Kharlamova, O.Synelnikov, // Chemistry & Chemical Technology. – 2016. – Vol. 10, No. 2. – P. 251–254.
  17. Ланець О.С. Високоефективні міжрезонансні вібраційні машини з електромагнітним приводом (Теоретичні основи та практика створення): монографія. О.С. Ланець. – Львів: Вид-во Нац. Ун-ту «Львівська політехніка», – 2008. – 324 с.




Copyright (c) 2020 Mechanics and Advanced Technologies

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

________________

©Mechanics and Advanced Technologies

National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 

Address: 37, Prospect Peremohy, 03056, Kyiv-56, Ukraine

tel: +380 (44) 204-95-37

http://journal.mmi.kpi.ua/