The interaction between methane and hydrogen premixed flames with the different equivalence ratio and global strain rate was investigated numerically in one-dimensional counterflow field. The OPPDIF code and GRI-v3.0 were used to simulate the interacting flames. Overall trends in the maximum heat release rates of $CH_4{^-}$ and $H_2$-side flame were examined with the variation of $a_g$. The interaction mode of the flames were classified according to the equivalence ratios and Lewis numbers of each flame and global strain rate.
Biogas, composed mainly of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), is a renewable gas that can serve as an alternative energy source. In this study, we developed a new microwave reformer and analyzed its reforming characteristics. We observed that higher temperatures of the microwave receptor led to increased reforming efficiency. By supplying appropriate amounts of methane and steam, we could prevent carbon generated from the thermal decomposition reaction of carbon dioxide from depositing on the catalytic active layer, thus avoiding the inhibition of catalytic activity. Hydrogen generation was enhanced when maintaining the biogas ratio and steam supply at adequate levels. Increasing the SiC ratio in the receptor improved the uniformity of temperature distribution and growth rate, resulting in higher conversion rates of the reforming process.
Unsteady behaviors of counterflow flame were studied experimentally in opposing jet counterflow burner using diluted methane. To generate the unsteadiness on the flame, the counterflow diffusion flame was perturbed by velocity changes made by the pistons installed on both sides of the air and fuel stream. The velocity changes were measured by Hot wire and Laser Doppler Velocimetry, and the flame behaviors were observed by High speed ICCD and ICCD. In this investigation, the spatial irregularity of the strain rate caused the flame to extinguish from the outside to the axis during the extinction, and we found the following unsteady phenomena. First, the extinction strain rates of unsteady cases are much larger than those of the steady ones. Second, the extinction strain rates become larger as the slope of the change of the strain rate increases. Third, the unsteady extinction strain rates become smaller with the increase of the initial strain rate.
Methane (CH4) is an important greenhouse gas, with a short-term greenhouse effect 80-fold that of carbon dioxide. Blast furnace slag used as a base ingredient for silicate fertilizer, and contained Fe3+, which acts as reduction of CH4 emissions in flooded rice paddy. This study was evaluated the effects of the silicate fertilizer with different rates of the iron slag on CH4 emissions and rice growth. In this study, the SF 0.0% was applied with silicate fertilizer containing 0.0% of the iron slag, while the SF 2.5% and SF 5.0% were treated with silicate fertilizer containing 2.5 and 5.0%, respectively. The CH4 emissions during rice cropping period were assessed using a closed-chamber method and then determined by Gas chromatography. The CH4 fluxes were reduced by 17% (SF 0.0%), 17% (SF 2.5%), and 8% (SF 5.0%) compared to the treatment with only-inorganic fertilization (control). Conversely, rice grain yield increased by 15 - 30% compared to the control owing to the improvement of soil quality by silicate fertilization. In particular, soil pH, available phosphorus and available silicic acid content were increased with the increase in the iron slag rates from 0.0 to 5.0%. These contributed to a significant increase in rice growth such as 1,000-grains weight and percentage of filled grains. Consequently, these findings were indicated that the application of silicate fertilizer containing 2.5 - 5.0% of iron slag would be the most effective in both CH4 reduction and rice growth.
Kim, Kiyong;Jung, Sungmin;Choi, Youngsoon;Peiffer, Stefan;Knorr, Klaus-Holger;Kim, Bomchul
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.51
no.2
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pp.160-167
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2018
The role played by reservoirs in the biogeochemical cycles of elements is a subject of ongoing debate. Recent research has revealed that reservoirs emit significant levels of greenhouse gases. To assess the importance of reservoirs in monsoon climate areas as a source of methane gas into the atmosphere, we investigated variations in organic carbon (OC) input into the reservoir, oxic state changes, and finally the amount of methane emitted (focusing on the ebullition pathway) in Lake Soyang, which is the largest reservoir in South Korea. Total organic carbon (TOC) concentrations were higher during summer after two years of heavy rainfall. The sedimentation rates of particulate organic carbon (POC) and particulate organic nitrogen (PON) were higher in the epilimnion and hypolimnion than the metalimnioin, indicating that autochthonous and allochthonous carbon made separate contributions to the TOC. During stratification, oxygen depletion occurred in the hypolimnion due to the decomposition of organic matter. Under these conditions, $H_2S$ and $CH_4$ can be released from sediment. The methane emissions from the reservoir were much higher than from other natural lakes. However, the temporal and spatial variations of methane ebullition were huge, and were clearly dependent on many factors. Therefore, more research via a well-organized field campaign is needed to investigate methane emissions.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.21
no.1
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pp.62-68
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2013
The effect of organic substance on its degradation rate in burial site was investigated using batch tests. Substrate were swine and cattle with the initial concentrations of 2, 4, 6, 8, and 10 g VS(volatile solids)/L, respectively. The highest methane production rates of swine and cattle were found at 2 g VS/L as 46.3 and 48.4 ml CH4/g VS.d, respectively. As substrate concentration increased, the methane production rate decreased. The inhibition constants were n and m that were estimated using nonlinear inhibition model. The values of n and m were inhibition constants of methane production rate and ultimate methane yield, respectively. The values of n and m were 4.9 and 0.6 on swine and 1.1 and 0.4 on cattle. The methane production rate was responded sensitively by increase and decrease of substrate concentration, whereas ultimate methane yield do not relatively. From a relation between n and m, inhibitory effect of substrate concentration was confirmed as uncompetitive inhibition.
For the simultaneous methane recovery and $CO_2$-stripping, we have been developed dual vent auto circulation bubble lift column reactor, and evaluate optimum conditions for monoethanolamine (MEA) solutions as a $CO_2$ absorbent. At the 5 wt% MEA solution, we investigated the pH change during $CO_2$-stripping and absorption reaction, $CO_2$-stripping rate with reaction time, methane recovery efficiency for various inflow rates of air, $CO_2$-stripping rate for flow liquid over flow height, and $CO_2$-stripping dependency on the temperature of absolvent solutions. The suggested optimum conditions for $CO_2$ recovery with MEA in the dual vent auto circulation bubble lift column reactor were 40 mm over flow liquid height, 1.5 L/min of air inflow rate, and $25^{\circ}C$ of absorbent solution temperature.
Kim, Gun-Yeob;Jeong, Hyun-Cheol;Ju, Ok-Jung;Kim, Hee-Kwon;Park, Jun-Hong;Gwon, Hyo-Suk;Kim, Pil-Joo
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.32
no.4
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pp.359-365
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2013
BACKGROUND: Methane ($CH_4$) emission is calculated using the default $CH_4$ emission factor as recommended by the International Panel on Climate Change(IPCC guidelines). However, the default emission factor has been derived using including the data from other countries having different soil and environmental conditions and may not reflect the real $CH_4$ emission rates in Korea. The objective of this study was to estimate the baseline emission factor of $CH_4$ in Korean paddy soils during rice cultivation. METHODS AND RESULTS: Methane emission patterns were characterized in four different paddy soils across country for a consecutive 3 years during the rice cultivation period. Rice plants were cultivated under continuous flooding and fertilized using the recommended chemical fertilization in Korea ($N-P_2O_5-K_2O$=90-45-57kg/ha). The mean $CH_4$ emission rate was 2.32 kg $CH_4$/ha/day and the uncertainty of the investigated data was 21.7%, with a valuable error range at 1.82-2.82 kg $CH_4$/ha/day with a 95% confidence interval. CONCLUSION(S): Conclusively, the Korean paddy soils' baseline emission factor of $CH_4$ is approximately 2.32 kg $CH_4$/ha/day and can be used to estimate the $CH_4$ emissions more exactly.
Anaerobic decomposition is one of the most common processes in nature and has been extensively used in waste and wastewater treatment for several centuries. New applications and system modifications continue to be adapted making the process either more effective, less expensive, or suited to the particular waste in question and the operation to which it is to be applied. Animal manure is a highly biodegradable organic material and will naturally undergo anaerobic fermentation, resulting in release of noxious odors, such as in manure storage pits. Depending on the presence or absence of oxygen in the manure, biological treatment process may be either aerobic or anaerobic. Under anaerobic conditions, bacteria carry on fermentative metabolisms to break down the complex organic substances into simpler organic acids and then convert them to ultimately formed methane and carbon dioxide. Anaerobic biological systems for animal manure treatment include anaerobic lagoons and anaerobic digesters. Methane and carbon dioxide are the principal end products of controlled anaerobic digestion. These two gases are collectively called biogas. The biogas contains $60\~70\%$ methane and can be used directly as a fuel for heating or electrical power generation. Trace amounts of ammonia and hydrogen sulfide ($100\~300\;ppm$) are always present in the biogas stream. Anaerobic lagoons have found widespread application in the treatment of animal manure because of their low initial costs, ease of operation and convenience of loading by gravity flow from the animal buildings. The main disadvantage is the release of odors from the open surfaces of the lagoons, especially during the spring warm-up or if the lagoons are overloaded. However, if the lagoons are covered and gases are collected, the odor problems can be solved and the methane collected can be used as a fuel. Anaerobic digesters are air-tight, enclosed vessels and are used to digest manure in a well-controlled environment, thus resulting in higher digestion rates and smaller space requirements than anaerobic lagoons. Anaerobic digesters are usually heated and mixed to maximize treatment efficiency and biogas production. The objective of this work was to review a current anaerobic biological treatment of animal manure for effective new technologies in the future.
The purpose of this study was to investigate the biodegradability and performance of organic removal and methane production rate when treating piggery wastewater using a pilot scale two-phase anaerobic system operated up to a volumetric rate of $10m^3/day$. The pilot scale two-phase anaerobic process is consisted of a continuous-flow stirred-tank reactor (CFSTR) for the acidification phase and an Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor (UASB) for the methanogenesis. The acidogenic reactor played key roles in reducing the periodically applied shock-loading and in the acidification of the influent organics. The acidogenic CFSTR was operated at organic loading rates (OLR) between 1.8 and $14.4kgCOD/m^3{\cdot}day$, and the UASB reactor was operated between 0.5 and $5.6kgCOD/m^3{\cdot}day$. A stable maximum biogas production rate was $81m^3/day$ and the methane conversion rate of the organic matter varied from 0.30 to $0.42L\;CH_4/g\;COD_{removed}$(0.40) at hydraulic retention time (HRT) above 3.5days. The methane contents ranged from 73 to 82% during the experimental period. It is known that most of the removed organic matter was converted to methane gas, and the produced biogas might be high quality for its subsequent use.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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