KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.4
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pp.59-67
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1988
Anaerobic digestion at the temperature of $35-55^{\circ}C$ was conducted using an artificial sludge of uniform composition. The hydraulic retention time of 5 days was chosen because the temperature effect was effectively shown at a high loading. Inhibition of the methane fermentation decreased as the temperature increased. Acid fermentation was prevalent at the mesophilic and intermediate temperatures, while active methane fermentation took place at $55^{\circ}C$. Temperature not only affects activity of the microorganisms, but also affects physical and chemical properties of the sludge, Digestion inhibition was much reduced when the feed sludge was diluted, and active methane fermentation was possible at all temperatures. The digestion efficiency was governed by the organic loading rate as well as the hydraulic 10ading rate. No reduction of the digestion efficiency at $40-45^{\circ}C$, which had been referred to a critical temperature range, was observed. The digestion efficiency increased monotonically from mesophilic to thermophilic range. Improved settling properties of digested sludge was also recorded at higher temperatures.
Anaerobic digestion is a popular sewage sludge (Ss) treatment method as it provides significant pollution control and energy recovery. However, the low C/N ratio and poor biodegradability of Ss necessitate pretreatment methods that improve solubilization under anaerobic conditions in addition to anaerobic co-digestion with other substrates to improve the process efficiency. In this study, three pretreatment methods, namely microwave irradiation, ultrasonication, and heat treatment, were investigated, and the corresponding improvement in methane production was assessed. Additionally, the simplex centroid design method was utilized to determine the optimum mixture ratio of food waste (Fw), livestock manure (Lm), and Ss for maximum methane yield. Microwave irradiation at 700 W for 6 min yielded the highest biodegradability (62.0%), solubilization efficiency (59.7%), and methane production (329 mL/g VS). The optimum mixture ratio following pretreatment was 61.3% pretreated Ss, 28.6% Fw, and 10.1% Lm. The optimum mixture ratio without pretreatment was 33.6% un-pretreated Ss, 46.0% Fw, and 20.4% Lm. These results indicate that the choice of pretreatment method plays an important role in efficient anaerobic digestion and can be applied in operational plants to enhance methane production. Co-digestion of Ss with Fw and Lm was also beneficial.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.30
no.4
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pp.27-40
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2022
In this study, the anaerobic digestion potential and thermo-chemical pre-treatment were evaluated for efficient anaerobic co-digestion of dewatered sludge(DS) and food waste(FW). As a result, the degradable organic matter concentration and methane yield of FW were evaluated to 2.2 and 1.3 times higher than that of DS, respectively. In order to increase the amount of biogas production, it was determined that it is desirable to increase the mixing ratio of FW. The efficiency of thermo-chemical pre-treatment was evaluated for the reaction temperature, NaOH concentration, reaction time and mixture ratio. As a result of evaluation through pre-treatment efficiency and dehydration capacity, the optimum pre-treatment conditions were evaluated as follows: reaction temperature 140℃, NaOH concentration 60 meq/L, reaction time 60 min, mixture ratio 1:5(DS:FW). The gas production rate and methane yield increased 1.6 and 1.5 times, respectively, compared to before and after applying the optimum pre-treatment. Therefore, it is necessary to increase the mixing ratio of food waste for efficient anaerobic co-digestion of DS and FW. and it is necessary to increase the solubilization efficiency of waste by application of pre-treatment.
Oh, Kyung Su;Hwang, Jung Ki;Song, Young Ju;Kim, Min Ji;Park, Jun Gyu;Pak, Dae Won
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.38
no.2
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pp.95-102
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2022
Studies for improving the efficiency of the traditional anaerobic digestion process are being actively conducted. To improve anaerobic digestion efficiency, this study tried to derive the optimal pretreatment conditions and mixing conditions by integrating the heat solubilization pretreatment of sewage sludge, livestock manure, and food waste. The soluble chemical oxygen demand (SCOD) increase rate of sewage sludge before and after heat solubilization pretreatment showed an increased rate of 224.7% compared to the control group at 170℃ and 25 min and showed the most stable increase rate. As a result of the biomethane potential test of sewage sludge before and after heat solubilization pretreatment, the total chemical oxygen demand (TCOD) and SCOD removal rates increased as the heat solubilization temperature increased, but did not increase further at temperatures above 170℃. In the case of methane generation, there was no significant change in the cumulative methane generation from 0.134 to 0.203 Sm3-CH4/kg-COD at 170℃ for 15 min. As a result of the integrated digestion of organic waste, the experimental condition in which 25% of the sewage sludge, 50% of the food waste, and 25% of the livestock manure were mixed showed the highest methane production of 0.3015 m3-CH4/kg-COD, confirming that it was the optimal mixing ratio condition. In addition, under experimental conditions mixed with all three substrates, M4 conditions mixed with 25% sewage sludge, 50% food waste, and 25% livestock manure showed the highest methane generation at 0.2692 Sm3-CH4/kg-COD.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.24
no.3
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pp.75-82
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2016
Objective of this experiment was to predict the potential methane production with crop residues at different loading rates. Anaerobic digestion of barley and rapeseed straw substrates for biogas production was performed in Duran bottles at various biomass loading rates with crop residues. Through kinetic model of surface methodology, the methane production was fitted to a Gompertz equation. For the biogas production at mesophilic digestion with crop residues, it was observed that maximum yield was 37.2 and 28.0 mL/g at 6.8 and 7.5 days after digestion with 1% biomass loading rates of barley and rapeseed straws, respectively. For the methane content of mesophilic digestion, there were highest at 61.7% after 5.5 days and 75.0% after 3.4 days of digestion with barley and rapeseed straw on both 5% biomass loading rates, respectively. The maximum methane production potentials were 159.59 mL/g for 1% barley straw and 156.62 mL/g for 3% rapeseed straw at mesophilic digestion. Overall, it would be strongly recommended that biomass loading rate was an optimum rate at mesophilic digestion for using 1% barley and 3% rapeseed straws for feed stocks.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2004.06a
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pp.158-166
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2004
The optimal conditions are obtained for the decomposition of solid radioactive wastes, including ion exchange resin, zeolite, active charcoal, and sludge from nuclear power plant. In the process of decomposing the radioactive wastes were used the microwave acid digestion method with mixed acid. The solution after acid digestion by the following method was colorless and transparent. Each solution was analyzed with ICP-AES and AAS and the recovery yield for 5 different elements added the simulated radioactive wastes were over 94%. As an effective pre-treatment, the proposed microwave acid digestion conditions concerning the chemical trait of each radioactive waste are expected to be generally applied to above-mentioned radioactive wastes from nuclear power plant hereafter.
Microbial community shifts, associated with performance data, were investigated in an anaerobic batch digester treating high-solid food waste under mesophilic conditions using, a combination of molecular techniques and chemical analysis methods. The batch process was successfully operated with an organic removal efficiency of 44.5% associated with a biogas yield of 0.82 L/g $VS_{removal}$. Microbial community structures were examined by denaturing gel gradient electrophoresis. Clostridium and Symbiobacterium organisms were suggested to be mainly responsible for the organic matter catabolism in hydrolysis and acidogenesis reactions. The dynamics of archaeal and methanogenic populations were monitored using real-time PCR targeting 16S rRNA genes. Methanosarcina was the predominant methanogen, suggesting that the methanogenesis took place mainly via an aceticlastic pathway. Hydrogenotrophic methanogens were also supported in high-solid anaerobic digestion of food waste through syntrophism with syntrophic bacterium. Microbial community shifts showed good agreement with the performance parameters in anaerobic digestion, implying the possibility of diagnosing a high-solid anaerobic digestion process by monitoring microbial community shifts. On the other hand, the batch results could be relevant to the start-up period of a continuous system and could also provide useful information to set up a continuous operation.
Lee Jeong-Jin;Pyo Hyung-Yeal;Jeon Jong-Seon;Lee Chang-Heon;Jee Kwang-Yong;Ji Pyung-Kook
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.2
no.4
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pp.231-238
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2004
The conditions are obtained for the decomposition of solid radioactive wastes, including ion exchange resin, zeolite, charcoal, and sludge from nuclear power plant. In the process of decomposing the radioactive wastes was used the microwave acid digestion method with mixed acid. The solution after acid digestion by the following method was colorless and transparent. Each solution was analyzed with ICP-AES and AAS and the recovery yield for 5 different elements added into the simulated radioactive wastes were over $94{\%}$. The elemental analysis of destructive low and medium level radioactive wastes by the proposed microwave acid digestion conditions concerning the chemical characteristics of each radioactive waste are expected to be useful basic data for development of optimal glass formulation.
Although different disposal routes of waste-activated sludge are possible, anaerobic digestion plays an important role for its abilities to further transform organic matter into methane. The potential of using methane as energy source has long been widely recognised and the present paper extensively reviews the principles of anaerobic digestion, the process parameters and hydrolysis. Hydrolysis is recognised as rate-limiting step in the complex digestion process. To accelerate the digestion and enhance the production of biogas, various pre-treatments can be used to improve the rate-limiting hydrolysis. These treatments include mechanical, thermal, chemical and biological interventions to the feedstock. All pre-treatments result in a lysis or disintegration of sludge cells, thus releasing and solubilizing intracellular material into the water phase and transforming refractory organic material into biodegradable species. The reader will finally be guided to extensive discussion for anaerobic digestion processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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