Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.19
no.4
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pp.66-73
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2011
Objective of this study was to investigate the effect of biogas production to different systems and feeding stocks. For the biogas production through operating the temperature phase anaerobic digestion(TPAD) with different feeding stocks, the stage state of biogas production with 70% of methane concentration in the thermophilic digestion tank with co-digestion of food waste and swine manure(40 : 60) was delayed at 3.5 times, but its mesophilic tank was short for 5 days as relative to the swine manure. The cumulative methane production in the thermophilic digestion tank with co-digestion of food waste and swine manure was started with greater than its swine manure at 60 days after digestion periods. However, its mesophilic tank with swine manure was great at 3 days after digestion periods. For aspect of anaerobic digestion processes with swine manure, it was appeared that the stage state of biogas production rate in TPAD was shorter than the two phase anaerobic digestion system.
In this study, single-stage continuous anaerobic reactors to treat sewage sludge were operated under different temperature (55 and $35^{\circ}C$; $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$) to evaluate the reactor stability and performance of the thermophilic and mesophilic anaerobic digestion. During the overall digestion, both anaerobic reactors maintained quite stable and constant pH and total alkalinity (TA) values in the range of 6.5-8.0 and 3-4 g $CaCO_3/L$, respectively. After the start-up period, $R_{TAD}$ showed 10% higher VS removal efficiency than that of $R_{MAD}$ ($R_{TAD}$; 43.3%; $R_{MAD}$ : 33.6%). Although organic acids such as acetic and propionic acid were detected in both anaerobic reactors at the start-up period, all organic acids in $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$ were consumed at the steady state condition. Also $R_{TAD}$ showed 31.4 % higher methane production rate (MPR) than that of $R_{MAD}$ at the steady state condition ($R_{TAD}$; 243 mL $CH_4/L/d$; $R_{MAD}$ : 185 mL $CH_4/L/d$). Meanwhile, the experimental results indicated similar methane yield between $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.16
no.4
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pp.43-49
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2008
Objective of this study was to monitor the hydrogen sulfide production rate and concentration in anaerobic co-digestion of swine manure and food waste for biogas production in order to alternate the petroleum based energy. Anaerobic co-digestion for biogas production was performed in serum bottles at 2% volatile solids (VS) concentration and various mixing ratios of two substrates(swine manure: food waste = 100:0 ~ 0:100). Although hydrogen sulfide production rates were varied with digestion periods at different treatments, it was observed that hydrogen sulfide produced in the swine manure alone was lower at 2.4 fold than that of food waste. For effects of hydrogen sulfide concentration in the different mixing ratios of swine manure to food waste, the higher food waste ratio the higher hydrogen sulfide concentration. Also its average concentrations were varied from 0.1452% in the swine waste only to 0.3420% in the food waste alone. For the composition ratio of bio-gas in their anaerobic co-digestion, it appeared that there was 53.2% of $CH_4$, 23.9% of $CO_2$, 0.3% of $H_2S$ and 22.7% of miscellaneous gases including moisture.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.50
no.4
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pp.59-66
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2008
Anaerobic digestion system is getting more attractive in that it produces biogas in the process of organic waste stabilization. Net energy production is important when biogas production is concerned. In this study, net energy production was evaluated with respect to biogas production and heat losses in a hypothetical digester. Under the condition of digester operation with slurry inflow of 5% of TS, additional fuel is required to maintain digester temperature during the winder season. Substrate therefore, needs to have higher VS contents through co-digestion of silage or food waste that has greater values of methane production rate. Heating input slurry is important in cold season, which covers over 80% of heating requirement. Heat recovery from digestate is valuable to reduce the use of biogas for heating. It seems desirable to minimize slurry inflow when temperature is very low. Psychrophilic digestion may be a feasible option for reducing heating requirement.
Islam, Mohammad Nazrul;Park, Keum-Joo;Yoon, Hyung-Sun
Journal of Biosystems Engineering
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v.37
no.2
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pp.100-105
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2012
Purpose: Methane production potential in aerobic digestion was assessed according to feed to inoculum (F/I) ratio for food waste only, and mixing ratio of two materials for food waste and swine manure to give a basic data for the design of anaerobic digestion system. Methods: Anaerbic digestion test was performed using a lab scale batch reactor at $35^{\circ}C$ for six different feed to inoculum (F/I) ratios (0.50, 0.72, 1.14, 1.50, 2.14 and 3.41), three food waste to swine manure ratios (100:0, 60:40 and 40:60) with two different loading concentrations (10g VS/L and 30g VS/L). Results: For food waste only, the highest biogas yield of 1008 mL/gVS was obtained at 0.50 of F/I. For the co-digestion of food waste and swine manure mixture, the highest biogas yield of 1148 mL/gVS was obtained at a mixing ratio of 40:60 with loading concentration of 10g VS/L. Conclusions: F/I ratio for the food waste only, mixing ratio of food waste and swine manure, and co-substrate loading rate affected the biogas production rate. For the low loading rate, there was not so much difference according to the mixing ratio of food waste and swine manure, but for the high loading rate higher biogas yield was acquired for the co-digestion of food waste and swine manure than for the food waste alone (mixing ratio, 100:0).
Purpose: The objective of this study was to investigate the feasibility of anaerobic digestion of Chinese cabbage waste juice (CCWJ) and swine manure(SM). Methods: The anaerobic digestion test was conducted under batch and continuous conditions at mesophilic temperature ($36-38^{\circ}C$). The batch test was divided into Experiment I and II. In the Experiment I, biogas potential and production rate of CCWJ was evaluated. In Experiment II the effect of F/M ratio (2.0, 3.2, 4.9) at mixture ratio of 25:75(CCWJ: SM, % vol. basis) on biogas yield was studied. Results: CCWJ produced biogas and methane yield of 929 and 700 mL/g VS added respectively. The biogas yield from the mixture of CCWJ and SM was almost same at F/M ratio of 2.0 and 3.2 but dropped by 14% when F/M ratio increased from 3.2 to 4.9. In continuous test the mixture of CCWJ and SM (25:75, % vol. basis) produced biogas yield of 352 mL/g VS added which is around 11% higher compared to biogas yield from SM alone. Addition to biogas yield digester performance was also improved with co-digestion of CCWJ with SM. Conclusions: The results showed that the anaerobic digestion of CCWJ with SM could be promising for improving both the biogas yield and digester performance at mesophilic temperature.
Anaerobic digestion(AD) is the most promising method for treating and recycling of different organic wastes, such as organic fraction of municipal solid waste, household wastes, animal manure, agro-industrial wastes, industrial organic wastes and sewage sludge. During AD, i.e. organic materials are decomposed by anaerobic forming bacteria and fina1ly converted to excellent fertilizer and biogas which is a mixture of carbon dioxide and methane. AD has been one of the leading technologies that can make a large contribution to produce renewable energy and to reduce $CO_2$ and other green-house gas(GHG) emission, it is becoming a key method for both waste treatment and recovery of a renewable fuel and other valuable co-products. Currently some 80% of the world's overall energy supply of about 400 EJ per year in derived from fossil fuels. Nevertheless roughly 10~15% of this demand is covered by biomass resources, making biomass by far the most important renewable energy source used to date. The representative biofuels produced from the biomass are bioethanol, biodiesel and biogas, and currently biogas plays a smaller than other biofuels but steadily growing role. Traditionally anaerobic digestion applied for different biowaste e.g. sewage sludge, manure, other organic wastes treatment and stabilization, biogas has become a well established energy resource. However, the biowaste are fairly limited in respect to the production and utilization as renewable source, but the plant biomass, the so called "energy crops" are used for more biogas production in EU countries and the investigation on the biomethane potential of different crops and plant materials have been carried out. In Korea, with steadily increasing oil prices and improved environmental regulations, since 2005 anaerobic digestion was again stimulated, especially on the biogasification of different biowastes and agro-industrial biomass including "energy crops". This study have been carried out to investigate anaerobic biodegradability by the biochemical methane potential(BMP) test of animal manures, different forage crops i.e. "energy crops", plant and industrial organic wastes in the condition of thermophilic temperature, The biodegradability of animal manure were 63.2% and 58.2% with $315m^3CH_4/tonVS$ of cattle slurry and $370m^3CH_4/tonVS$ of pig slurry in ultimate methane yields. Those of winter forage crops were the range 75% to 87% with ultimate methane yield of $378m^3CH_4/tonVS$ to $450m^3CH_4/tonVS$ and those of summer forage crops were the range 81% to 85% with ultimate methane yield of $392m^3CH_4/tonVS$ to $415m^3CH_4/tonVS$. The forge crops as "energy crops" could be used as good renewable energy source to increase methane production and to improve biodegradability in co-digestion with animal manure or only energy crop digestion.
Anaerobic digestion (AD) has been widely used to valorize food waste (FW) because of its ability to convert organic carbon into $CH_4$ and $CO_2$. Korean FW has a high content of fruits and vegetables, and efficient hydrolysis of less biodegradable fibers is critical for its complete stabilization by AD. This study examined the digestates from different anaerobic digesters, namely Rs, Rr, and Rm, as the inocula for the AD of vegetable waste (VW) and cellulose (CL): Rs inoculated with anaerobic sludge from an AD plant, Rr inoculated with rumen fluid, and Rm inoculated with anaerobic sludge and augmented with rumen fluid. A total of six conditions ($3\;inocula{\times}2\;substrates$) were tested in serial subcultures. Biogas yield was higher in the runs inoculated with Rm than in the other runs for both VW (up to 1.10 L/g VS added) and CL (up to 1.05 L/g VS added), and so was biogas production rate. The inocula had different microbial community structures, and both substrate type and inoculum source had a significant effect on the formation and development of microbial community structures in the subcultures. The overall results suggest that the bioaugmentation with rumen microbial consortium has good potential to enhance the anaerobic biodegradability of VW, and thereby can help more efficiently digest high fiber-content Korean FW.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.16
no.1
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pp.31-38
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2008
Animal carcasses have always been and continue to be a major burden in animal production. The main aim of this study is to evaluate the feasibility of thermophilic anaerobic digestion for animal carcasses. A batch test using ground meat and organ as the model substrate showed that animal carcasses arehighly biodegradable at thermophilic anaerobic condition. The volatile solids (VS) destruction and $CH_4$ yieldranged from 52.7 to 58.5% and from 220 to 243 mL/g VS, respectively, at initial substrate VS in the range of 1.5~7.7%. However, high ammonia concentration inhibited continuous operation at substrate VS above 2.5%. As ammonia is formed during the degradation of proteineous organic materials, the major constituent of animal carcasses, the only way to reduce the ammonia concentration would be dilution. Co-digestion with other waste stream without high nitrogen content is recommended as an economically feasible approach for thermophilic digestion of animal carcass.
Purpose: In the process of anaerobic digestion, stirring of the digester and feeding of organic waste into the digester have been considered important factors for digestive efficiency. The objective of this study was to determine the most appropriate conditions for both stirring interval of the digester and organic feeding frequency in order to improve anaerobic digestion performance. Methods: A 5-L anaerobic digester was used to conduct continuous batch tests to process swine manure and food waste. Four different stirring intervals of the digester were used: 5 min/h, 10 min/2 h, 15 min/3 h, and 20 min/4 h. Results: The application of swine manure to the digester every 5 min/h resulted in the highest production of biogas as well as the highest removal rates of volatile solids (VS) and total chemical oxygen demand. Stirring the digester with a mixture of swine manure and food waste at intervals of 5min/h and 10min/2 h produced the highest biogas yields of 515.3 mL/gVS and 521.1 mL/gVS, respectively. To test different supply frequencies, organic waste was added to the digester in either a 12-hor 24-h cycle. The 24-h cycle produced 1.5-fold greater biogas production than that during the 12-h cycle. Conclusions: Thus, from the above results, to optimize anaerobic digestion performance, the ideal stirring condition must be 5min/h for swine manure feeding and 10min/2h for co-digestion of food waste and swine manure in a 24-h cycle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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