Anaerobic digestion is generally used for the treatment of volatile organic solids such as manure and sludge from waste water treatment plants. However, the reaction rate of anaerobic process is slow, and thus it requires a large reactor volume. To minimize such a disadvantage, physical and chemical pre-treatment is generally considered. Another method to reduce the reactor size is to adopt different reactor system other than CSTR. In this paper, the effects of heat pre-treatment and reactor configurations on the anaerobic treatability of volatile solids was studied. Carrot, kale, primary sludge, and waste activated sludge was chosen as the test materials, and the BMP method was used to evaluate the maximum methane production and first order rate constants from each sample. After the heat treatment at $130^{\circ}C$ for 30min., the measured increase in SCOD per gram VS was up to 394 mg/L for the waste activated sludge. However, the methane production potential per gram VS was increased for only primary and waste activated sludge by 17-23%, remaining the same for carrot and kale. The overall methane production process for the tested solids can be described by first order reactions. The increased in reaction constant after heat pre-treatment was also more significant for the primary and waste activated sludge than that for carrot and kale. therefore, the heat pre-treatment appeared to be effective for the solids with high protein contents rather than for the solids with high carbohydrate contents. Among the four reactor systems studied, CSTR, PFR, CSTR followed by PFR, and PFR with recycle, CSTR followed by PFR appeared to be the best choice considering methane conversion rate and the operational stability.
In this study, biodegradation efficiency improvement of mixed sludge for the anaerobic digestion process in wastewater treatment plant was investigated. In order to release the organic material contained in the sludge cell and promote the hydrolysis step, mixed sludge of 7% TS (Total Solids) was physically shear-treated at a shear strength of 1,000 ~ 4,000 rpm and a maximum of 120 mins. As a result of the comparison between mixed sludge before and after the treatment, the concentration of $SCOD_{Cr}$(Soluble Chemical Oxygen Demand-chromium method) was increased through the conversion of granular organic matter into dissolved organic matter as shear strength and treatment time increases. The solubilization efficiency increased rapidly after 30 min of solubilization application time, and they were 11.23 %, 20.10 %, 22.52 % and 25.43% at 120 min for each shear strength conditions, respectively. Additionally, the BMP(Biochemical Methane Potential) test was conducted with the optimized samples to determine the increase of methane production by the shear pre-treatment. Consequently, methane production of each samples were 0.275, 0.310, 0.323 and $0.335m^3/kg\;VS_{add}$, which indicates that methane production was increased to a maximum of 21.28% compared to the control without the solubilization process ($0.262m^3/kg\;VS_{add}$). As a result, the physical shear-treatment is a promising process for sewage sludge pre-treatment to reduce the organic waste and increase the energy production.
Objective: An experiment was conducted to assess the effect of dragon fruit peel pellet (DFPP) as a rumen enhancer of dry matter consumption, nutrient digestibilities, ruminal ecology, microbial protein synthesis and rumimal methane production in Holstein crossbred bulls. Methods: Four animals, with an average live-weight of 200±20 kg were randomly assigned in a 4×4 Latin square design to investigate the influence of DFPP supplementation. There were four different dietary treatments: without DFPP, and with 200, 300, and 400 g/h/d, respectively. Results: Results revealed that dry matter consumption of total intake, rice straw and concentrate were not significantly different among treatments (p>0.05). It was also found that ruminal pH was not different among treatments (p>0.05), whilst protozoal group was reduced when DFPP increased (p<0.01). Blood urea nitrogen and NH3-N concentrations were increased at 400 g of DFPP supplementation (p<0.01). Additionally, volatile fatty acid production of propionate was significantly enhanced by the DFPP supplementation (p<0.05), while production of methane was consequently decreased (p<0.05). Furthermore, microbial protein synthesis and urinary purine derivatives were remarkably increased especially at 400 g of DFPP supplementation (p<0.05). Conclusion: Plant secondary compounds or phytonutrients (PTN) containing saponins (SP) and condensed tannins (CT) have been reported to influence rumen fermentation. DFPP contains both CT and SP as a PTN. The addition of 400 g of DFPP resulted in improved rumen fermentation end-products especially propionate (C3) and microbial protein synthesis. Therefore, DFPP is a promising rumen enhancer and indicated a significant potential of DFPP as feedstuff for ruminant feed to mitigate rumen methane production.
SpaceX는 Falcon 9과 Falcon Heavy의 재사용을 통해 다양한 탑재중량 포트폴리오를 구성하고, 한 종류의 엔진을 사용하여 발사체를 구성하며, 케로신 엔진에서 메탄 엔진으로의 전환, 3D 프린팅 사용 등 다양한 전략을 보여주고 있다. 본 연구에서는 아리랑 위성에서 천리안 위성까지 다양한 탑재중량 및 궤도를 감당할 수 있는 발사체 안을 구성하였으며, 케로신 가스발생기 사이클 엔진, 케로신다단연소 사이클 엔진, 메탄 다단연소 사이클 엔진을 사용한 10가지 발사체 안에 대해서 검토하였다. 10가지 안 중 35톤급 메탄 엔진을 사용한 재사용 발사체가 개발 가능성 측면에서 좋은 안으로 평가되었다.
Sheanut cake (SNC), expeller (SNE) and solvent extractions (SNSE) samples were evaluated to determine their suitability in animal feeding. The CP content was highest in SNSE (16.2%) followed by SNE (14.7%) and SNC (11.6%). However, metabolizable energy (ME, MJ/kg) was maximum in SNC (8.2) followed by SNE (7.9) and SNSE (7.0). The tannin phenol content was about 7.0 per cent and mostly in the form of hydrolyzable tannin (HT), whereas condensed tannin (CT) was less than one per cent. The in vitro gas production profiles indicated similar y max (maximum potential of gas production) among the 3 by-products. However, the rate of degradation (k) was maximum in SNC followed by SNE and SNSE. The $t^{1/2}$ (time taken for reaching half asymptote) was lowest in SNC (14.4 h) followed by SNE (18.7 h) and SNSE (21.9 h). The increment in the in vitro gas volume (ml/200 mg DM) with PEG (polyethylene glycol)-6000 (as a tannin binder) addition was 12.0 in SNC, 9.6 in SNE and 11.0 in SNSE, respectively. The highest ratio of $CH_4$ (ml) reduction per ml of the total gas, an indicator of the potential of tannin, was recorded in SNE (0.482) followed by SNC (0.301) and SNSE (0.261). There was significant (p<0.05) reduction in entodinia population and total protozoa population. Differential protozoa counts revealed that Entodinia populations increased to a greater extent than Holotricha when PEG was added. This is the first report on the antimethanogenic property of sheanut byproducts. It could be concluded that all the three forms of SN byproducts are medium source of protein and energy for ruminants. There is a great potential for SN by-products to be incorporated in ruminant feeding not only as a source of energy and protein, but also to protect the protein from rumen degradation and suppress enteric methanogenesis.
본 연구의 목적은 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측모델 및 모델에 적용된 변수들의 산정방법을 개발하는 것이다. 본 연구에서는 온실가스 발생예측 모델 중 1차 반응모델의 변수인 메탄잠재발생량과 메탄발생속도상수를 평가하기 위하여 수정 Gompertz 식과 Logistic 식을 미분한 2개의 식을 적용하였다. 변수들은 실제 폐기물매립지에서의 매립가스 발생량에 대한 실측값과 예측값과의 통계학적 비교를 통해 산정하였다. 매립가스 발생량에 대한 실측값과 수정 Gompertz 식 및 Logistic 식을 미분하여 나타낸 2개의 식을 이용한 매립가스 발생량 예측값에 대한 회귀분석결과 결정계수는 각각 0.92와 0.94로 나타나, 폐기물매립지에서의 매립가스 발생량에 대한 측정값이 있을 경우 회귀분석을 통해 변수를 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 실측값이 없는 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량을 예측할 수 있도록 하기 위하여 수정 Gompertz 식과 Logistic 식을 미분한 2개의 식을 기초로 하여 예측모델을 개발하였으며, 이 모델들의 정확성을 평가하기 위하여 Qcs(실측값):Q(예측값)의 비에 대한 빈도분포를 평가한 결과 LandGEM 모델보다 높은 정확성을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 개발한 모델들은 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측에 적합한 것으로 사료된다.
본 연구에서는 생활 폐기물 매립지 현장에 파일럿 규모의 바이오커버(pilot-scale biocover, PBC) 2기를 설치하고, 240일 동안 메탄 제거 효율을 모니터링하였다. 또한, 바이오커버 충전 소재를 채취하여 혈청병에서 잠재 메탄 산화능을 평가하였다. 바이오커버로 유입되는 메탄 농도는 23.7-47.9%(평균 값 = 41.3%, 중간값 = 42.6%) 수준이었다. 토양, 지렁이 분변토 및 퇴비 혼합물(7:2:1, v/v)을 충전 소재로 구축한 PBC1의 메탄 제거 효율은 60.7-85.5%이었다. 토양, 지렁이 분변토, perlite 및 퇴비 혼합물(4:2:3:1, v/v)을 충전 소재로 구축한 PBC2의 표메탄 제거 효율은 29.2-78.5%이었다. 그러나, 바이오커버의 충전 소재 자체의 메탄 잠재 산화 능력이 우수함에도 불구하고(평균메탄산화속도 = $180-199{\mu}g\;CH_4{\cdot}g\;packing\;material^{-1}{\cdot}h^{-1}$), 충전 소재의 다짐현상과 채널링이 발생하면 PBC1과 PBC2의 메탄 제거 효율은 0-30%로 저하되었다. 한편, 바이오커버의 메탄 제거 효율은 계절(외부 기온)에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다. 본 연구로부터 도출된 결과는 향후 매립지 현장에 실규모의 메탄 저감용 바이오커버를 설계하고 운전 조건을 구축하는데 유용하게 활용 가능하다.
분뇨/정화조슬러지와 음식물폐기물의 병합소화 특성을 확인하기 위하여 BMP 테스트를 실시하였다. 생슬러지, 잉여슬러지, 소화슬러지, 분뇨/정화조슬러지(1:1의 비율로 조성), 음식물폐기물(음식물 파쇄물과 희석수의 비=1:1) 및 혼합슬러지의 6개의 슬러지를 대상으로 30일간 실험을 진행하였다. 바이오가스 발생은 초기 2일 이후부터 활발히 시작되어 2주 동안 지속되는 것을 알 수 있었으며 일정 시간이 경과한 후에는 발생량이 급격히 감소하는 것을 확인하였다. 특히 7~8일 사이에 가스발생량이 최대값을 보였으며, Modified Gompertz model을 이용한 생슬러지, 잉여슬러지, 소화슬러지, 분뇨/정화조슬러지, 음식물폐기물 및 혼합슬러지의 단위메탄생산량은 각각 64.63, 67.49, 66.45, 72.44, 107.85, 46.71 mL $CH_4/g$ VS로 나타났다. 혼합슬러지의 지체성장기간은 1.88 day이었으며, 최대메탄생산속도는 80.4 mL/day로 나타났다. 따라서 메탄생성퍼텐셜을 높이기 위해서는 하수처리장의 혐기성 소화조에 투입되는 음식물폐기물의 혼합비를 조절함으로써 빈부하 문제 해결과 동시에 소화조의 안정적인 운전을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
Kim, E.T.;Min, K.S.;Kim, C.H.;Moon, Y.H.;Kim, S.C.;Lee, Sung-Sill
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제26권4호
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pp.517-522
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2013
The effect on methanogens attached to the surface of rumen ciliate protozoa by the addition of plant extracts (pine needles and ginkgo leaves) was studied with particular reference to their effectiveness for decreasing methane emission. The plant extracts (pine needles and ginkgo leaves) were added to an in vitro fermentation incubated with rumen fluid. The microbial population including bacteria, ciliated-associated methanogen, four different groups of methanogens and Fibrobacter succinogenes were quantified by using the real-time PCR. Gas profiles including methane, carbon dioxide and hydrogen, and runinal fermentation characteristics were observed in vitro. The methane emission from samples with an addition of individual juices from pine needles, ginkgo leaves and 70% ethanol extract from ginko leaves was significantly lower (p<0.05, 27.1, 28.1 and 28.1 vs 34.0 ml/g DM) than that of the control, respectively. Total VFAs in samples with an addition of any of the plant extracts were significantly lower than that of the control (p<0.05) as well. The order Methanococcales and the order Methanosarcinales were not detected by using PCR in any incubated mixtures. The ciliate-associated methanogens population decreased from 25% to 49% in the plant extacts as compared to control. We speculate that the supplementation of juice from pine needles and ginkgo leaves extract (70% ethanol extract) decreased the protozoa population resulting in a reduction of methane emission in the rumen and thus inhibiting methanogenesis. The order Methanobacteriales community was affected by addition of all plant extracts and decreased to less than the control, while the order Methanomicrobiales population showed an increase to more than that of the control. The F. succinogenes, the major fibrolytic microorganism, population in all added plant extracts was increased to greater than that of the control. In conclusion, pine needles and ginkgo leaves extracts appear to have properties that decrease methanogenesis by inhibiting protozoa species and may have a potential for use as additives for ruminants.
Background: This experiment aimed at assessing polyphenol-rich plant biomass to use in complete feed making for the feeding of ruminants. Methods: An in vitro ruminal evaluation of complete blocks (CFB) with (Acacia nilotica, Ziziphus nummularia leaves) and without (Vigna sinensis hay) polyphenol rich plant leaves was conducted by applying Menke's in vitro gas production (IVGP) technique. A total of six substrates, viz. three forages and three CFBs were subjected to in vitro ruminal fermentation in glass syringes to assess gas and methane production, substrate degradability, and rumen fermentation metabolites. Results: Total polyphenol content (g/Kg) was 163 in A. nilotica compared to 52.5 in Z. nummularia with a contrasting difference in tannin fractions, higher hydrolysable tannins (HT) in the former (140.1 vs 2.8) and higher condensed (CT) tannins in the later (28.3 vs 7.9). The potential gas production was lower with a higher lag phase (L) in CT containing Z. nummularia and the component feed block. A. nilotica alone and as a constituent of CFB produced higher total gas but with lower methane while the partitioning factor (PF) was higher in Z. nummularia and its CFB. Substrate digestibility (both DM and OM) was lower (P < 0.001) in Z. nummularia compared to other forages and CFBs. The fermentation metabolites showed a different pattern for forages and their CFBs. The forages showed higher TCA precipitable N and lower acetate: propionate ratio in Z. nummularia while the related trend was found in CFB with V. sinensis. Total volatile fatty acid concentration was higher (P < 0.001) in A. nilotica leaves than V. sinensis hay and Z. nummularia leaves. It has implication on widening the forage resources and providing opportunity to use forage biomass rich in polyphenolic constituents in judicious proportion for reducing methane and enhancing green livestock production. Conclusion: Above all, higher substrate degradability, propionate production, lower methanogenesis in CFB with A. nilotica leaves may be considered useful. Nevertheless, CFB with Z. nummularia also proved its usefulness with higher TCA precipitable N and PF. It has implication on widening the forage resources and providing opportunity to use polyphenol-rich forage biomass for reducing methane and enhancing green livestock production.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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