Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.13
no.3
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pp.71-81
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2005
Anaerobic digestion is employed worldwide as the oldest and most important process for sludge stabilization. An additional advantage is the production of methane during anaerobic digestion. However, the waste activated sludge(WAS) has poor anaerobic degradability and less gas production due to the cell wall of bio-solid. In order to improve and enhance stabilization and dewatering of the WAS, a number of pretreatment processes have been developed and investigated. In this research, a pilot-scale study of pulse power pretreatment was performed to improve anaerobic degradability and dewaterability of the WAS. A pilot plant was designed and operated based on a previous laboratory study. Change of the sludge characteristics by pulse power pretreatment was estimated to assess the increasing soluble organics. The increased soluble organics could be used as a good substrate in the anaerobic digesion process. Gas production and methane potential of the anaerobic digestion were estimated as the parameters of anaerobic degradability. For evaluation of the dewaterability of pretreated WAS, capillary suction time(CST) and specific resistance were measured. The efficiency of energy recovery was also estimated by calculating energy balance.
The study was conducted to isolate and identify highly fibrolytic anaerobic fungi from the guts of a Hanwoo steer and a Korean native goat, and then investigate the characterization of cellulolytic activity of an anaerobic fungus. Twenty-one anaerobic fungal colonies were isolated in the study, in which 16 colonies were isolated from the rumen contents of the Hanwoo steer and 5 colonies from the duodenal fluids of the Korean native goat. Four anaerobic fungi were selected based on higher cellulolytic enzyme activities to identify under a optical microscope. NLRI-M003 and -T004 belong to Neocallimastix genus and NLRI-M014 belongs to Piromyces genus based on the morphology of their thallus, sporangia, rhizoid and the number of flagella. NLRI-M001 appeared to be an unknown strain of anaerobic fungi due to its different morphology from existing types of anaerobic fungi, though the morpholgoy is similar to Orpinomyces sp. Supplementation of 2% anaerobic fungal culture(NLRI-M003) in rumen-mixed microorganisms increased in vitro DM degradability of rice straw and filter paper up to 4 and 11%, respectively, compared with non-supplementation(control). CMCase and xylanase activities in in vitro culture were also higher in 2% fungal supplementation than controls in both rice straw and filter paper substrates.
This study was carried out to investigate factors affecting anaerobic digestion enhancement of waste activated sludge(WAS). In order to this investigation, the degradability and rupture of microorganisms cell present in WAS, and mesophilic anaerobic digestion(MAD) of these compounds, were also evaluated. The micro-organisms cell in WAS were ruptured by a mechanical jet stream and smashed under pressure of 30 bar. The rupture level of micro-organisms cell in WAS were determined using phosphate, soluble protein and soluble chemical oxygen demand (SCOD)concentrations. It was found that the rupture level of micro- organisms cell within WAS increased with increasing pretreatment times, and the pretreated WAS once under pressure of 30 bar resulted in an increase in VS removal and methane production of 5%, 9% over the intact WAS of 35%, 71%, respectively, in batchwise MAD of 6-day and 14-day retention time. With the pretreatment and MAD of 6-day retention time used, mesophlic bioconvertibility as the biogasification of WAS were found to be significantly higher biogas of 1, 850 ml than 300 ml under intact WAS. In conclusion it can be stated mechanical pretreatment enhances WAS bioconvertibility, while under identical treatment conditions, resulted in a considerable decrease in the bioconvertibility of intact WAS.
In order to develop a high cellulolytic direct-fed microorganism (DFM) for ruminant productivity improvement, this study isolated cellulolytic bacteria from the rumen of Holstein dairy cows, and compared their cellulolytic abilities via DM degradability, gas production and cellulolytic enzyme activities. Twenty six bacteria were isolated from colonies grown in Dehority's artificial (DA) medium with 2% agar and cultured in DA medium containing filter paper at $39^{\circ}C$ for 24h. 16s rDNA gene sequencing of four strains from isolated bacteria showed that H8, H20 and H25 strains identified as Ruminococcus flavefaciens, and H23 strain identified as Fibrobacter succinogenes. H20 strain had higher degradability of filter paper compared with others during the incubation. H8 (R. flavefaciens), H20 (R. flavefaciens), H23 (F. succinogenes), H25 (R. flavefaciens) and RF (R. flavefaciens sijpesteijn, ATCC 19208) were cultured in DA medium with filter paper as a single carbon source for 0, 1, 2, 3, 4 and 6 days without shaking at $39^{\circ}C$, respectively. Dry matter degradability rates of H20, H23 and H25 were relatively higher than those of H8 and RF since 2 d incubation. The cumulative gas production of isolated cellulolytic bacteria increased with incubation time. At every incubation time, the gas production was highest in H20 strain. The activities of carboxymethylcellulase (CMCase) and Avicelase in the culture supernatant were significantly higher in H20 strain compared with others at every incubation time (p<0.05). Therefore, although further researches are required, the present results suggest that H20 strain could be a candidate of DFM in animal feed due to high cellulolytic ability.
This study investigates the effects of three branched-chain amino acids (BCAA; valine, leucine, and isoleucine) on the in vitro ruminal fermentation of wheat straw using batch cultures of mixed ruminal microorganisms. BCAA were added to the buffered ruminal fluid at a concentration of 0, 2, 4, 7, or 10 mmol/L. After 72 h of anaerobic incubation, pH, volatile fatty acids (VFA), and ammonia nitrogen ($NH_3$-N) in the ruminal fluid were determined. Dry matter (DM) and neutral detergent fiber (NDF) degradability were calculated after determining the DM and NDF in the original material and in the residue after incubation. The addition of valine, leucine, or isoleucine increased the total VFA yields ($p{\leq}0.001$). However, the total VFA yields did not increase with the increase of BCAA supplement level. Total branched-chain VFA yields linearly increased as the supplemental amount of BCAA increased (p<0.001). The molar proportions of acetate and propionate decreased, whereas that of butyrate increased with the addition of valine and isoleucine (p<0.05). Moreover, the proportions of propionate and butyrate decreased (p<0.01) with the addition of leucine. Meanwhile, the molar proportions of isobutyrate were increased and linearly decreased (p<0.001) by valine and leucine, respectively. The addition of leucine or isoleucine resulted in a linear (p<0.001) increase in the molar proportions of isovalerate. The degradability of NDF achieved the maximum when valine or isoleucine was added at 2 mmol/L. The results suggest that low concentrations of BCAA (2 mmol/L) allow more efficient regulation of ruminal fermentation in vitro, as indicated by higher VFA yield and NDF degradability. Therefore, the optimum initial dose of BCAA for in vitro ruminal fermentation is 2 mmol/L.
Musco, Nadia;Koura, Ivan B.;Tudisco, Raffaella;Awadjihe, Ghislain;Adjolohoun, Sebastien;Cutrignelli, Monica I.;Mollica, Maria Pina;Houinato, Marcel;Infascelli, Federico;Calabro, Serena
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.29
no.1
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pp.51-61
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2016
In order to provide recommendations on the most useful forage species to smallholder farmers, eleven grass and eleven legume forages grown in Abomey-Calavi in Republic of Benin were investigated for nutritive value (i.e. chemical composition and energy content) and fermentation characteristics (i.e. gas and volatile fatty acid production, organic matter degradability). The in vitro gas production technique was used, incubating the forages for 120 h under anaerobic condition with buffalo rumen fluid. Compared to legume, tropical grass forages showed lower energy (8.07 vs 10.57 MJ/kg dry matter [DM]) and crude protein level (16.10% vs 19.91% DM) and higher cell wall content (neutral detergent fiber: 63.8% vs 40.45% DM), respectively. In grass forages, the chemical composition showed a quite high crude protein content; the in vitro degradability was slightly lower than the range of tropical pasture. The woody legumes were richer in protein and energy and lower in structural carbohydrates than herbaceous plants, however, their in vitro results are influenced by the presence of complex compounds (i.e. tannins). Significant correlations were found between chemical composition and in vitro fermentation characteristics. The in vitro gas production method appears to be a suitable technique for the evaluation of the nutritive value of forages in developing countries.
The purpose of this study were to determine the optimum mixing ratio of sewage sludge and papermill sludge as carbon source required to SRB in treating abandoned mine drainage with natural purification wetland. If mixing sewage sludge/papermill sludge 2.0 SO42- reduced 46.2%, and then 30% in mixing ratio 0.5.Because sewage sludge was faster biodegradability than papermill sludge, effluent SCOD was 40mg/L in mixing ratio 0.5, and after that was all but regular. pH and ORP were almost neutral and -160mV, but after that was all but regular and it indicated that SRB activity was suitable. Fe removal rate was 60% in mixing ratio 2.0, and 54% in mixing ratio 0.5. In point of carbon source supply, It indicated that mixing ration 0.5 was considered as the most appropriate, because degradability of swewage sludge under short time was higher than that of papermill sludge.
1. When Chong Ju and Chung Ju soils possessing different physicochemical properties were treated with 500 ppm of TOK and incubated in flooded anaerobic condition for 2, 4, and 6 months, respectively, they produced 4-Chloro-4'-amino diphenyl ether, 2,4-Dichloro-4'-amino diphenyl ether(amin-TOK), N-[4'-(4-Chlorophenoxy)] phenyl acetamide, and N-[4'-(4-Chlorophenoxy)] phenyl formamide as the metabolities. This result indicates that TOK undergose the reduction of its $NO_2\;to\;NH_2$ group, dechlorination, acetylation, and formylation under this condition. The cleavage of ether linkage does not occur. In addition, TOK degrades more readily in Chung Ju soil which is characterized by pH 6.43 and higher contents of $Ca^{++}$ and C.E.C. than in Chong Ju soil which is lower in pH, $Ca^{++}$, and C.E.C. 2. In the aerobic incubation of TOK of 25ppm in Chung Ju soil suspension for 21 days, the ratio of the resulting metabolites, TOK : amino-TOK : 4-Chloro-4'-amino diphenyl ether was 100 : 130 : 76. Meanwhile, in the 42 day incubation, the ratio was 100 : 19 : 5, which indicates that TOK in aerobic condition dose not necessrily degrade as a function of the incubation period. 3. The citrate buffer extract of Chung Ju soil has the capability of degrading TOK, which was verified to be due to the action of the microorganisms involved. 4. Twelye strains of soil bacteria were isolated from the TOK-treated soils. In the incubation of TOK in pure cultures of the respective isolates, the strain T-1-1 isolated from Chong Ju soil had almost no degradability whereas the strain T-2-3 was the most potent. The degradation of TOK by the isolates constituted mostly the reduction of the nitro group to amino group. 5. In a test for the degradability of TOK by some selected microorganisms, Pseudomonas species were more potent than fungi. Yet, Isolate B which had been isolated from Chung Ju soil suspension was the most potent.
Kim, Seung-Hwan;Oh, Seung-Yong;Kim, Chang-Hyun;Yoon, Young-Man
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.45
no.6
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pp.1086-1093
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2012
This research was carried out to develop the correction method of VDI4630 method improving accuracy, and investigated the effects of carbonate ion ($CO_3{^{2-}}$) and reactant water ($H_2O$) on anaerobic organic biodegradability in VDI4630 method. Pig blood, pig intestine residue, pig digestive tract content, and cattle rumen content were experimented as waste biomasses. Chemical formulas of pig blood, pig intestine residue, pig digestive tract content, and cattle rumen content were $C_{3.78}H_{8.39}O_{1.46}N_1S_{0.01}$, $C_{9.69}H_{15.42}O_{2.85}N_1S_{0.03}$, $C_{25.17}H_{43.32}O_{15.04}N_1$, $C_{27.23}H_{42.38}O_{15.93}N_1S_{0.11}$, respectively. And amount of reactant moisture for the anaerobic degradation of organic materials were 0.336, 0.485, 0.227, 0.266 mol, respectively. In pig blood, pig intestine residue, pig digestive tract content, and cattle rumen content, anaerobic organic biodegradability presented as $B_u/B_{th}$ were 82.3, 81.5, 70.8, and 66.1%, and anaerobic organic biodegradability (AB) by VDI4630 method were 72.2, 87.8, 74.2, 62.0%, and that were significantly different with anaerobic organic biodegradability presented as $B_u/B_{th}$. The effects of carbonate ion and reactant water on anaerobic organic biodegradability were not significant, But Accuracy of anaerobic organic degradability was expected to able to be improved by the correction method of VDI4630 considering the carbonate ion at digestate and the reactant water quantified.
BACKGROUND: Anaerobic digestion is the most feasible technology because not only the energy embedded in organic matters can be recovered, but also they are stabilized while being degraded. This study carried out to improve methane yield of slaughterhouse wastewater treatment sludge cake by the thermal pre-treatment prior to anaerobic digestion.METHODS AND RESULTS: Slaughterhouse wastewater treatment sludge cake was pre-treated by the closed hydrothermal reactor at reaction temperature of 190℃. BMPs (Biochemical methane potential) of the thermal hydrolysate was tested in the different S(Substrate)/I(Inoculum) ratio conditions. COD(Chemical oxygen demand) and SCOD(Soluble chemical oxygen demand) contents of thermal hydrolysate were 10.99% and 10.55%, respectively, then, the 96.00% of COD was remained as a soluble form. The theoretical methane potential of thermal hydrolysate was 0.51 Nm3 kg-1-VSadded. And BMPs were decreased from 0.56 to 0.22 Nm3 kg-1-VSadded when S/I ratio were increased from 0.1 to 2.0 in the VS content basis. Those were decreased from 0.32 to 0.13 Nm3 kg-1-CODadded when S/I ratio were increased from 0.1 to 2.0 based on COD content. The anaerobic degradability of VS basis have showed 196.9%, 102.2%, 80.7%, 67.4%, and 39.4% in S/I ratios of 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, and 2.0, respectively. Also the COD of 119.6%, 76.3%, 70.1%, 69.0%, and 43.1% were degraded anaerobically in S/I ratios of 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, and 2.0, respectively.CONCLUSION: BMPs obtained in the S/I ratios of 0.1 and 0.3 was overestimated by the residual organic matters remaining at the inoculum. And inhibitory effect was observed in the highest S/I ratio of 2.0. The optimum S/I ratios giving reasonable BMPs might be in the range of 0.5 and 1.0 in S/I ratio. Therefore VS biodegradability of thermal hydrolysate was in 67.4-80.7% and COD biodegradability showed 69.0-70.1%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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