Published November 26, 2022
| Version v1
Publication
Open
Utilization of nanoparticles for biogas production focusing on process stability and effluent quality
Description
Abstract One of the most important techniques for converting complex organic waste into renewable energy in the form of biogas and effluent is anaerobic digestion. Several issues have been raised related to the effectiveness of the anaerobic digestion process in recent years. Hence nanoparticles (NPs) have been used widely in anaerobic digestion process for converting organic wastes into useful biogas and effluent in an effective way. This review addresses the knowledge gaps and summarizes recent researchers' findings concentrating on the stability and effluent quality of the cattle manure anaerobic digestion process using single and combinations nanoparticle. In summary, the utilization of NPs have beneficial effects on CH 4 production, process optimization, and effluent quality. Their function, as key nutrient providers, aid in the synthesis of key enzymes and co-enzymes, and thus stimulate anaerobic microorganism activities when present at an optimum concentration (e.g., Fe NPs 100 mg/L; Ni NPs 2 mg/L; Co NPs 1 mg/L). Furthermore, utilizing Fe NPs at concentrations higher than 100 mg/L is more effective at reducing H 2 S production than increasing CH 4 , whereas Ni NPs and Co NPs at concentrations greater than 2 mg/L and 1 mg/L, respectively, reduce CH 4 production. Effluent with Fe and Ni NPs showed stronger fertilizer values more than Co NPs. Fe/Ni/Co NP combinations are more efficient in enhancing CH 4 production than single NPs. Therefore, it is possible to utilize NPs combinations as additives to improve the effectiveness of anaerobic digestion. Article highlights Single NPs (e.g., Fe, Ni, and Co NPs) in low concentrations are more effective in increasing CH 4 production than reducing H 2 S production. Optimal Fe, Ni, and Co NP concentrations enhance anaerobic digestion process performance. Addition of Fe, Ni, and Co NPs above tolerated concentration causes irreversible inhibition in anaerobic digestion. Effluent with Fe, Ni, and Co NPs showed stronger fertilizer values. Nanoparticle combinations are more effective for increasing the CH 4 production than signal NPs.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص واحدة من أهم التقنيات لتحويل النفايات العضوية المعقدة إلى طاقة متجددة في شكل غاز حيوي ونفايات سائلة هي الهضم اللاهوائي. أثيرت العديد من القضايا المتعلقة بفعالية عملية الهضم اللاهوائية في السنوات الأخيرة. ومن ثم تم استخدام الجسيمات النانوية (NPs) على نطاق واسع في عملية الهضم اللاهوائية لتحويل النفايات العضوية إلى غاز حيوي مفيد ونفايات سائلة بطريقة فعالة. تتناول هذه المراجعة الفجوات المعرفية وتلخص نتائج الباحثين الأخيرة التي تركز على استقرار ونوعية النفايات السائلة لعملية الهضم اللاهوائي لسماد الماشية باستخدام جسيمات نانوية مفردة ومجموعات. وباختصار، فإن استخدام الجسيمات النانونية له آثار مفيدة على إنتاج الميثان، وتحسين العملية، وجودة النفايات السائلة. تساعد وظيفتها، كمزودين رئيسيين للمغذيات، في تخليق الإنزيمات الرئيسية والإنزيمات المشتركة، وبالتالي تحفيز أنشطة الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية عند وجودها بتركيز مثالي (على سبيل المثال، Fe NPs 100 mg/L ؛ Ni NPs 2 mg/L ؛ Co NPs 1 mg/L). علاوة على ذلك، فإن استخدام الجسيمات النانوية من الحديد بتركيزات أعلى من 100 مجم/لتر أكثر فعالية في تقليل إنتاج غاز كبريتيد الهيدروجين من زيادة غاز الميثان، في حين أن الجسيمات النانوية من النيكل والجسيمات النانوية المشتركة بتركيزات أكبر من 2 مجم/لتر و 1 مجم/لتر، على التوالي، تقلل من إنتاج غاز الميثان. أظهرت النفايات السائلة مع الجسيمات النانوية Fe و Ni قيم سماد أقوى من الجسيمات النانوية Co. تكون تركيبات الحديد/النيكل/Co NP أكثر كفاءة في تعزيز إنتاج CH 4 من NPs الفردية. لذلك، من الممكن استخدام مجموعات الجسيمات النانوية كإضافات لتحسين فعالية الهضم اللاهوائي. تسلط المقالة الضوء على أن الجسيمات النانوية المفردة (على سبيل المثال، الحديد والنيكل والجسيمات النانوية المشتركة) بتركيزات منخفضة أكثر فعالية في زيادة إنتاج الميثان من تقليل إنتاج غاز كبريتيد الهيدروجين. تعزز تركيزات الحديد والنيكل والصوديوم المثلى أداء عملية الهضم اللاهوائي. تؤدي إضافة الجسيمات النانوية Fe و Ni و Co فوق التركيز المسموح به إلى تثبيط لا رجعة فيه في الهضم اللاهوائي. أظهرت النفايات السائلة التي تحتوي على الحديد والنيكل والجسيمات النانوية المشتركة قيمًا أقوى للأسمدة. مجموعات الجسيمات النانوية أكثر فعالية لزيادة إنتاج CH 4 من الجسيمات النانوية للإشارة.Translated Description (French)
Résumé L'une des techniques les plus importantes pour convertir les déchets organiques complexes en énergie renouvelable sous forme de biogaz et d'effluents est la digestion anaérobie. Plusieurs questions ont été soulevées concernant l'efficacité du processus de digestion anaérobie ces dernières années. Par conséquent, les nanoparticules (NP) ont été largement utilisées dans le processus de digestion anaérobie pour convertir efficacement les déchets organiques en biogaz et effluents utiles. Cette revue aborde les lacunes en matière de connaissances et résume les résultats des chercheurs récents se concentrant sur la stabilité et la qualité des effluents du processus de digestion anaérobie du fumier de bétail à l'aide de nanoparticules simples et combinées. En résumé, l'utilisation des NP a des effets bénéfiques sur la production de CH 4, l'optimisation des processus et la qualité des effluents. Leur fonction, en tant que principaux fournisseurs de nutriments, aide à la synthèse des enzymes et co-enzymes clés, et stimule ainsi les activités des micro-organismes anaérobies lorsqu'ils sont présents à une concentration optimale (par exemple, Fe NPs 100 mg/L ; Ni NPs 2 mg/L ; Co NPs 1 mg/L). En outre, l'utilisation de NP de Fe à des concentrations supérieures à 100 mg/L est plus efficace pour réduire la production de H 2 S que l'augmentation de CH 4 , tandis que les NP de Ni et les NP de Co à des concentrations supérieures à 2 mg/L et 1 mg/L, respectivement, réduisent la production de CH 4. Les effluents avec des NP de Fe et de Ni ont montré des valeurs d'engrais plus fortes que les NP de Co. Les combinaisons Fe/Ni/Co NP sont plus efficaces pour améliorer la production de CH 4 que les NP simples. Par conséquent, il est possible d'utiliser des combinaisons de NP comme additifs pour améliorer l'efficacité de la digestion anaérobie. L'article met en évidence que les NP simples (par exemple, les NP de Fe, Ni et Co) en faibles concentrations sont plus efficaces pour augmenter la production de CH 4 que pour réduire la production de H 2 S. Les concentrations optimales de Fe, Ni et Co NP améliorent les performances du processus de digestion anaérobie. L'ajout de NP de Fe, Ni et Co au-dessus de la concentration tolérée provoque une inhibition irréversible de la digestion anaérobie. Les effluents avec des NP de Fe, Ni et Co ont montré des valeurs d'engrais plus fortes. Les combinaisons de nanoparticules sont plus efficaces pour augmenter la production de CH 4 que les NP signal.Translated Description (Spanish)
Resumen Una de las técnicas más importantes para convertir residuos orgánicos complejos en energía renovable en forma de biogás y efluentes es la digestión anaeróbica. En los últimos años se han planteado varias cuestiones relacionadas con la eficacia del proceso de digestión anaeróbica. Por lo tanto, las nanopartículas (NP) se han utilizado ampliamente en el proceso de digestión anaeróbica para convertir los desechos orgánicos en biogás y efluentes útiles de manera efectiva. Esta revisión aborda las lagunas de conocimiento y resume los hallazgos recientes de los investigadores que se concentran en la estabilidad y la calidad de los efluentes del proceso de digestión anaeróbica del estiércol bovino utilizando nanopartículas individuales y combinadas. En resumen, la utilización de NP tiene efectos beneficiosos sobre la producción de CH 4, la optimización del proceso y la calidad del efluente. Su función, como proveedores clave de nutrientes, ayuda en la síntesis de enzimas y coenzimas clave y, por lo tanto, estimula las actividades de los microorganismos anaeróbicos cuando están presentes en una concentración óptima (por ejemplo, NP de Fe 100 mg/L; NP de Ni 2 mg/L; NP de Co 1 mg/L). Además, la utilización de NP de Fe a concentraciones superiores a 100 mg/L es más eficaz para reducir la producción de H 2 S que para aumentar el CH 4 , mientras que las NP de Ni y las NP de Co a concentraciones superiores a 2 mg/L y 1 mg/L, respectivamente, reducen la producción de CH 4. Los efluentes con NP de Fe y Ni mostraron valores de fertilizantes más fuertes que los NP de Co. Las combinaciones de NP de Fe/Ni/Co son más eficientes para mejorar la producción de CH 4 que las NP individuales. Por lo tanto, es posible utilizar combinaciones de NP como aditivos para mejorar la eficacia de la digestión anaeróbica. El artículo destaca que las NP individuales (por ejemplo, las NP de Fe, Ni y Co) en bajas concentraciones son más efectivas para aumentar la producción de CH 4 que para reducir la producción de H 2 S. Las concentraciones óptimas de NP de Fe, Ni y Co mejoran el rendimiento del proceso de digestión anaeróbica. La adición de NP de Fe, Ni y Co por encima de la concentración tolerada causa una inhibición irreversible en la digestión anaeróbica. Los efluentes con NP de Fe, Ni y Co mostraron valores de fertilizantes más fuertes. Las combinaciones de nanopartículas son más efectivas para aumentar la producción de CH 4 que las NP de señal.Files
s42452-022-05222-6.pdf.pdf
Files
(1.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:bd4b94d90031da6e8e03c9727d85f5d1
|
1.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استخدام الجسيمات النانوية لإنتاج الغاز الحيوي مع التركيز على استقرار العملية وجودة النفايات السائلة
- Translated title (French)
- Utilisation de nanoparticules pour la production de biogaz en mettant l'accent sur la stabilité du processus et la qualité des effluents
- Translated title (Spanish)
- Utilización de nanopartículas para la producción de biogás centrándose en la estabilidad del proceso y la calidad del efluente
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4310022039
- DOI
- 10.1007/s42452-022-05222-6
References
- https://openalex.org/W1534824738
- https://openalex.org/W1733859121
- https://openalex.org/W1762424294
- https://openalex.org/W1967201155
- https://openalex.org/W1969840000
- https://openalex.org/W1973250909
- https://openalex.org/W1978091887
- https://openalex.org/W1981855431
- https://openalex.org/W1982065446
- https://openalex.org/W1984358178
- https://openalex.org/W1985193756
- https://openalex.org/W1986442454
- https://openalex.org/W1992387733
- https://openalex.org/W1996039824
- https://openalex.org/W1997333961
- https://openalex.org/W2002583837
- https://openalex.org/W2013895587
- https://openalex.org/W2016472949
- https://openalex.org/W201855938
- https://openalex.org/W2032505577
- https://openalex.org/W2037785165
- https://openalex.org/W2038741416
- https://openalex.org/W2045899930
- https://openalex.org/W2064285512
- https://openalex.org/W2071816962
- https://openalex.org/W2079029533
- https://openalex.org/W2089848749
- https://openalex.org/W2090454397
- https://openalex.org/W2091208027
- https://openalex.org/W2092638302
- https://openalex.org/W2102176216
- https://openalex.org/W2107084713
- https://openalex.org/W2110786691
- https://openalex.org/W2125447902
- https://openalex.org/W2157599717
- https://openalex.org/W2158282653
- https://openalex.org/W2280916189
- https://openalex.org/W2298411566
- https://openalex.org/W2302374426
- https://openalex.org/W2400765435
- https://openalex.org/W2401233868
- https://openalex.org/W2515646254
- https://openalex.org/W2517242665
- https://openalex.org/W2522610109
- https://openalex.org/W2550766921
- https://openalex.org/W2553684632
- https://openalex.org/W2557271951
- https://openalex.org/W2586982556
- https://openalex.org/W2588880057
- https://openalex.org/W2605984923
- https://openalex.org/W2620667487
- https://openalex.org/W2730727434
- https://openalex.org/W2755243617
- https://openalex.org/W2756111334
- https://openalex.org/W2756533301
- https://openalex.org/W2756936050
- https://openalex.org/W2756937083
- https://openalex.org/W2769756756
- https://openalex.org/W2772425664
- https://openalex.org/W2775550662
- https://openalex.org/W2783953970
- https://openalex.org/W2785674592
- https://openalex.org/W2789575745
- https://openalex.org/W2789823565
- https://openalex.org/W2799717989
- https://openalex.org/W2802709854
- https://openalex.org/W2808958855
- https://openalex.org/W2809248291
- https://openalex.org/W2809352368
- https://openalex.org/W2811152012
- https://openalex.org/W2847977284
- https://openalex.org/W2857681941
- https://openalex.org/W2886970731
- https://openalex.org/W2887758105
- https://openalex.org/W2890856673
- https://openalex.org/W2892150175
- https://openalex.org/W2892884038
- https://openalex.org/W2893111501
- https://openalex.org/W2898240394
- https://openalex.org/W2899291200
- https://openalex.org/W2902740246
- https://openalex.org/W2903275175
- https://openalex.org/W2903665884
- https://openalex.org/W2906248207
- https://openalex.org/W2906294609
- https://openalex.org/W2920841484
- https://openalex.org/W2931366851
- https://openalex.org/W2937170430
- https://openalex.org/W2938755795
- https://openalex.org/W2946493789
- https://openalex.org/W2946551300
- https://openalex.org/W2950307802
- https://openalex.org/W2962583890
- https://openalex.org/W2962976116
- https://openalex.org/W2972067642
- https://openalex.org/W2976518484
- https://openalex.org/W2979642021
- https://openalex.org/W2981262053
- https://openalex.org/W2983980874
- https://openalex.org/W2987320432
- https://openalex.org/W2989614317
- https://openalex.org/W2991101874
- https://openalex.org/W2998420454
- https://openalex.org/W2998470484
- https://openalex.org/W2998582608
- https://openalex.org/W3005708026
- https://openalex.org/W3008882005
- https://openalex.org/W3009410270
- https://openalex.org/W3011568577
- https://openalex.org/W3021598383
- https://openalex.org/W3022532989
- https://openalex.org/W3032662315
- https://openalex.org/W3033847588
- https://openalex.org/W3034475648
- https://openalex.org/W3039857301
- https://openalex.org/W3042408368
- https://openalex.org/W3044320303
- https://openalex.org/W3045163139
- https://openalex.org/W3082727614
- https://openalex.org/W3092064828
- https://openalex.org/W3093536873
- https://openalex.org/W3093961061
- https://openalex.org/W3105886645
- https://openalex.org/W3107913573
- https://openalex.org/W3117488466
- https://openalex.org/W3119201062
- https://openalex.org/W3153824034
- https://openalex.org/W3193914930
- https://openalex.org/W3201467445
- https://openalex.org/W3202179855
- https://openalex.org/W3207367015
- https://openalex.org/W3209561545
- https://openalex.org/W3215879420
- https://openalex.org/W4206032351