In this study, the mixture ratio included 20% (GLY 20), 40% (GLY 40), and 60% (GLY 60) based on VS with the control group (GLY 0) with no crude glycerin added. Maintaining stable pH, GLY 20 and GLY 0 showed the highest total output of biogas (1.24 L/L/d) and methane(0.78 L/L/d) as its volatile solids reduction rate was 53.56%. In case of GLY 40 and GLY 60, their pH was rapidly reduced after seven days of the study, so that their anaerobic digestion was all stopped.In the results of the study, it is desirable to add crude glycerin less than 20%, and it would be necessary to have the future researches on more detailed organic loading rate of each ratio, and analysis on economic feasibility.
The rational utilization of crop straw as a raw material for natural gas production is of economic significance. In order to increase the efficiency of biogas production from agricultural straw, seasonal restrictions must be overcome. Therefore, the potential for biogas production via anaerobic straw digestion was assessed by exposing fresh, silage, and dry yellow corn straw to cow dung liquid extract as a nitrogen source. The characteristics of anaerobic corn straw digestion were comprehensively evaluated by measuring the pH, gas production, chemical oxygen demand, methane production, and volatile fatty acid content, as well as applying a modified Gompertz model and high-throughput sequencing technology to the resident microbial community. The efficiency of biogas production from fresh straw (433.8 ml/g) was higher than that of production from straw silage and dry yellow straw (46.55 ml/g and 68.75 ml/g, respectively). The cumulative biogas production from fresh straw, silage straw, and dry yellow straw was 365 l-1 g-1 VS, 322 l-1 g-1 VS, and 304 l-1 g-1 VS, respectively, whereas cumulative methane production was 1,426.33%, 1,351.35%, and 1,286.14%, respectively, and potential biogas production was 470.06 ml-1 g-1 VS, 461.73 ml-1 g-1 VS, and 451.76 ml-1 g-1 VS, respectively. Microbial community analysis showed that the corn straw was mainly metabolized by acetate-utilizing methanogens, with Methanosaeta as the dominant archaeal community. These findings provide important guidance to the biogas industry and farmers with respect to rational and efficient utilization of crop straw resources as material for biogas production.
Anaerobic biodegradability (AB), which can be determined with the ultimate methane yield by the decomposition of organic materials, is one of the important parameters for the design and the operation of anaerobic digestion plant. In this study, Biochemical methane potential (BMP) test has been carried out to evaluate the methane yields of animal manures such as pig and cattle slurries, and different forage crops cultivated at the reclaimed tideland such as maize, sorghum, barley, rye, Italian ryegrass (IRG), rape, rush, and waste sludge produced from slaughterhouse wastewater treatment plant (SSWTP). In the ultimate methane yield and biodegradability of animal manure, those of pig slurry were 345 $mlCH_4/gVS_{fed}$ and 44.7% higher than 247 $mlCH_4/gVS_{fed}$ and 46.4% of cattle slurry (Cat. 2). The ultimate methane yield and biodegradability of spike-crop rye (Rye 1) were 442.36 $mlCH_4/gVS_{fed}$ and 86.5% the highest among different forage crops, those of the other forage crops ranged from 306.6 to 379 $mlCH_4/gVS_{fed}$ of methane yield with the AB having the range of about 60 to 77%. Therefore the forage crops could be used as a good substrate to increase the methane production and to improve the biodegradability in anaerobic co-digestion together with animal manure.
Purpose: In this study, the potential for biogas production, degradation rates, and lag-phase of diauxic growth of carbohydrate-based material, which is one of the proximate compositions, were investigated. Methods: This study was conducted using starch as a carbohydrate-based material. In experimental condition 1, the biogas potential of carbohydrate-based material was measured. In experimental condition 2, the effect of feed to microorganism ratio (F/M ratio) on lag-phase of diauxic growth from carbohydrate-based material was tested. Biochemical methane potential tests were performed at five different feed to microorganism ratios (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0) under mesophilic conditions. The biogas production patterns, lag-phase, total volatile fatty acids to total alkalinity ratio (TVFA/TA ratio), and time required for 90 percent biogas production were used to evaluate biogas production based on the biochemical methane potential tests. Results: In experimental condition 1, unlike previous studies, biogas was produced in the TVFA/TA ratio ranging from 1.131 to 2.029 (approximately 13-19 days). The methane content in the biogas produced from the digesters was 7% on day 9 and increased rapidly until approximately day 27 (approximately 72%). In experimental condition 2, biogas yield was improved when the feed to microorganism ratio exceeded 0.6, with an initial lag-phase. Conclusions: Even if the TVFA/TA ratio was greater than 1.0, the biogas production was processed continuously, and the $CO_2$ content of the biogas production was as high as 60%. The biogas yield was improved when the F/M ratio was increased more than 0.6, but the lag-phase of carbohydrate-based material digestion became longer starting with high organic loading rate. To clarify the problem of the initial lag-phase, our future study will examine the microbial mechanisms during anaerobic digestion.
본 연구에서는 고순도 메탄을 회수하기 위해서 Plug Flow Reactor와 External $CO_2$ Stripper를 결합한 중온 Methane Enhancement System을 개발하였다. 반응조 운전인자로서 알칼리도와 Leachate 순환율(LRR, Leachate Recycle Rate)이 바이오가스의 조성과 생성량 및 TVS 제거효율에 미치는 영향을 규명하였다. 고순도 메탄회수 공정 운전결과 OLR 2 g TVS/L-d, 알칼리도 4 g/L as $CaCO_3$, Leachate 순환율 3 v/v-d일 때 평균 94%의 높은 메탄함량을 나타내 고순도 메탄회수를 위한 최적조건임이 밝혀졌다. 이때 1일 반응조 단위 부피당 0.71부피의 메탄이 생성되었으며, TVS 제거율은 79%로서 Control Reactor의 94% 수준을 달성하였다.
The Tancheon wastewater treatment plant(WWTP) in Seoul using anaerobic digestion to reduce the outlet sludge produces anaerobic digester gas which contains 65% $CH_4$ and 35% $CO_2$. The gas purification equipment was installed and operated to use Anaerobic Digester Gas(ADG) as a fuel for molten carbonate fuel cell(MCFC). The processes consist of the desulfurizer and the adsorption tower to remove $H_2S$ and siloxane in the gas. The gas purification equipment removed virtually over 95% of $H_2S$ and over 99% of siloxane. Results has demonstrated that the fuel cell can produce electrical output and hot water with negligible air emissions of CO, NOx and $SO_2$. The site provides the first opportunity in Korea for demonstrating Molten carbonate fuel cell(MCFC) which the digester gas was applied to the fuel gas.
본 연구에서는 혐기성소화에서 황화합물의 영향을 평가하기 위하여 탈황 슬러지 및 하수슬러지(생슬러지)를 이용한 병합소화를 진행하였다. 실험은 500 mL duran bottle을 이용한 batch test의 형태로 수행되었으며, 원료의 혼합 비율은 COD/SO4의 비율을 기준으로 선정하였다. 실험 결과, COD/SO4 20 이하의 혼합 비율에서 바이오가스 발생량 및 수율의 감소가 확인되었다. 특히 COD/SO4 10 이하에서는 식종슬러지에서 자체적으로 발생하는 바이오가스를 보정하기 위해 원료를 투입하지 않은 seed (283.5 mL)보다 낮은 수치를 나타내었다. 메탄 수율의 경우 COD/SO4 50의 0.396 m3 CH4/kg VS에 비해 COD/SO4 20에서 0.135 m3 CH4/kg VS로 급격하게 감소하는 경향을 보였다. 반면, 황화수소의 수율은 COD/SO4 50의 0.0097 m3 H2S/kg VS에 비해 COD/SO4 20의 비율에서 0.0223 m3 H2S/kg VS로 급격하게 증가하였으며, 특히 COD/SO4 10에서 0.0855 m3 H2S/kg VS로 가장 높은 결과를 나타내었다. 이러한 결과를 바탕으로, 혐기성소화에 있어 황화물의 영향은 COD/SO4 비율이 20 이하로 감소할 경우, 악영향을 줄 수 있는 것으로 판단된다.
The Biochemical Methane Potential (BMP) of fresh leachate and domestic wastewaters codigestion was determined by laboratory Bach Tests at $35^{\circ}C$ over a period of 90 d using a wide range of leachates volumetric ratios from 0% to 100%. To simulate wastewaters plant treatment step, all the ratios were first air stripped for 48 h before anaerobic incubation. The kinetic of biogas production was assessed using modified Gompertz model and exponential equation. The results obtained showed that cumulative biogas production was insignificant in the case of wastewaters monodigestion while the codigestion significantly improves the BMP. Air stripping pretreatment had positive effect on both ammonium concentration and volatiles fatty acids with reduction up to 75% and 42%, respectively. According to the Modified Gompertz model, the optimal anaerobic co-digestion conditions both in terms of maximal biogas potential, start-up period and maximum daily biogas production rate, could be achieved within large leachate volumetric ratios from 25% to 75% with a maximum BMP value of 438.42 mL/g volatile solid at 50% leachate ratio. The positive effect of codigestion was attributed to a dilution effect of chemical oxygen demand and volatile fatty acid concentrations to optimal range that was between 11.7 to $32.3gO_2/L$ and 2.1 to 7.4 g/L, respectively. These results suggested that the treatment of fresh leachate by their dilution and co digestion at wastewaters treatment plants could be a promising alternative for both energetic and treatment purposes.
Lee, Eun Young;Oh, Min Hwan;Yang, Seung-Hak;Yoon, Tae Han
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제28권7호
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pp.1053-1060
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2015
In this study, the optimal operation factors for struvite crystallization for removing and recovering nitrogen and phosphorus from anaerobic digestive fluid of swine manure containing highly concentrated nitrogen was determined. Every experiment for the struvite crystallization reaction was conducted by placing 1,000 mL of digestion fluid in a 2,000 mL Erlenmeyer flask at various temperatures, pH, and mixing speed. Except for special circumstances, the digestion fluid was centrifuged (10,000 rpm, 10 min) and then the supernatant was used for the experiment at room temperature and 100 rpm. The optimal mole ratio of $PO_4{^{3-}}:Mg^{2+}$ was 1:1.5, and the pH effect ranging from 9 to 11 was similar, when mixed for 1 hour. Under this condition, the removal efficiency of $NH_4{^+}-N$ and $PO_4{^{3-}}-P$ was 40% and 88.6%, respectively. X-shaped crystal was observed by light and scanning electron microscopy. In addition, struvite crystal structure was confirmed through X-ray diffraction analysis.
Effects of carbon dioxide partial pressure(PCO2) on bacterial population, methane production rate and matter degradation in anaerobic digestion were investigated by using anaerobic chemostat type reactors at 35$\pm$1$^{\circ}C$, at the HRT of 7 days. At PCO2 of 0.5 atm, the specific methane production rate and specific substrate removal rate reached the maximum rates. The methane production rates in the reactors fed by mixed substrate were 26% higher than those obtained under the controlled condition. The number of acetate consuming methanogenic bacteria enumerated by the MPN(most probable number) method, decreased when PCO2 exceeded 0.7 atm. Hydrogen consuming methanogenic bacteria and homoacetogenic bacteria increased as PCO2 increased from 0.1 to 0.6 atm, however, decreased slightly at PCO2 above 0.7 atm. The number of hydrolytic bacteria, sulfate-reducing bacteria and H2-producing acetogenic bacterial were not much influenced by the change of PCO2. The potential methanogenic activity reached the maximum at PCO2 0.5 atm, however, decreased significantly when PCO2 exceeded 0.7 atm, would depend on free PCO2 concentration in solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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