Czasopismo | GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA | Rocznik 2021 - zeszyt 7-8

Wpływ kofermentacji substratów rolniczych na produkcję biogazu oraz skład odcieków z odwadniania pofermentu

Influence of co-digestion of agricultural substrates on biogas production and composition of effluents from dewatering of the digestate

10.15199/17.2021.7–8.5

nr katalogowy: 133035
10.15199/17.2021.7–8.5

Streszczenie

Celem pracy było określenie wpływu fermentacji odpadów wykorzystywanych w biogazowniach rolniczych na wielkość produkcji biogazu oraz stężenie azotu w odciekach z odwadniania masy pofermentacyjnej. Szczególną uwagę zwrócono na frakcje azotu organicznego. W badaniach wykorzystano dwa rodzaje substratów: gnojowicę bydlęcą oraz kiszonkę kukurydzy. Wykazano, że substraty te przyczyniły się do wzrostu produkcji biogazu i zawartości metanu. W trakcie badań nie zaobserwowano zahamowania procesu fermentacji. We frakcji ciekłej pofermentu niezależnie od składu substratu, dominującą formą azotu był azot amonowy (od 60% do 90% azotu ogólnego). W odniesieniu do frakcji azotu organicznego stwierdzono, że dla odcieków zdecydowanie dominowała frakcja koloidalna (CON), która dla wszystkich testów odnotowała znaczący wzrostu w stosunku do wartości początkowych. Dla testu kofermentacji wykazano wzrost stężenia biogazu i metanu, jednak dozowanie gnojowicy bydlęcej oraz kiszonki kukurydzy przyczynił się do przyrostu stężeń frakcji azotu organicznego w stosunku do stężeń w teście kontrolnym (samego inokulum), co może wiązać się ze wzrostem kosztów jego usuwania w części biologicznej oczyszczalni.

Abstract

The aim of this study was to determine the impact of the fermentation of waste used in agricultural biogas plants on the amount of biogas production and nitrogen concentration in reject water from the dewatering of digestate. A special attention was paid to organic nitrogen fractions. Two types of substrates were used in the study: cow manure and corn silage. These substrates were shown to increase biogas production and methane content. No inhibition of the fermentation process was observed during the study. In the liquid fraction of the digestate, irrespective of the substrate composition, the dominant form of nitrogen was ammonium nitrogen (from 60% to 90% of total nitrogen). With regard to the organic nitrogen fraction, it was found that for the leachate the colloidal fraction (CON) was by far the dominant one, which for all tests recorded a significant increase compared to the initial values. For the co-digestion test, an increase in biogas and methane concentrations was shown, but the dosing of cattle slurry and maize silage contributed to an increase in the concentrations of the organic nitrogen fraction compared to the concentrations in the control test (inoculum alone), which may be related to an increase in the cost of its removal in the biological part of the treatment plant.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Ahring B.K., Sandberg M., Angelidaki I. 1995. “Volatile fatty acids as indicators of process imbalance in anaerobic digestors.” Appl Microbiol Biotechnol 43: 559–565.
[2] Akhiar Afifi, Battimelli Audrey, Torrijos Michel Carrere Helene. 2017. „Comprehensive characterization of the liquid fraction of digestates from full-scale anaerobic co-digestion.” Waste Manage. 59:118–128.
[3] Alvarez J.A.,Otero L., Lema J.M. 2010. “A methodology for optimising feed composition for anaerobic co-digestion of agro-industrial wastes.” Bioresour. Technol. 101(4): 1153–8
[4] APHA 2005. “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater.” 21th ed. American Public Health Association, Washington, DC, USA
[5] Atelge M. R., Krisa David, Kumar Gopalakrishna, Eskicioglu Cigdem, Nguyen Dinh Duc, Chang Soon Woong, Atabani A.E., Al-Muhtaseb Alaa H., Unalan S. 2020. “Biogas Production from Organic Waste: Recent Progress and Perspectives.” Waste and Biomass Valorization 11(3): 1019–1040.
[6] Azarmanesh Reza, Hasani Zonoozi Maryam, Ghiasinejad Hossein. 2020. “Characterization of food waste and sewage sludge mesophilic anaerobic co- -digestion under different mixing ratios of primary sludge, secondary sludge and food waste.” Biomass and Bioenery 139.
[7] Borowski Sebastian, Boniecki Paweł, Kubacki Przemysław, Czyżowska Agata. 2018. “Food waste co-digestion with slaughterhouse waste and sewage sludge: digestate conditioning and supernatant quality” Waste Manag. 74: 158–167.
[8] Bai Xuanye, Chen Yen Chjh. 2020. “Synergistic effect and supernatant nitrogen reduction from anaerobic co-digestion of sewage sludge and pig manure.” Bioresour. Technol. Reports 10.
[9] Callaghan F.J., Wase D.A.J., Thayanithy K., Forster C.F. 1999. “Co-digestion of waste organic solids: batch studies.” Bioresour. Technol. 67: 117–122.
[10] Chen Ye, Cheng Jay J., Creamer Kurt S. 2007. “Inhibition of anaerobic digestion process: a review.” Bioresour. Technol. 99:4044–4064.
[11] Czerwionka Krzysztof, Mąkinia Jacek. 2014. “Dissolved and colloidal organic nitrogen removal from wastewater treatment plants effluents and reject waters using physical–chemical processes.” Water Science and Technology 70(3): 561–568.
[12] European Biogas Association. 2020. “Statistical Report: 2019 European Overview.” Brussels, Belgium
[13] Ferreira L., Duarte E., Silva C., Malfeito M. 2007. “Fruit wastes bioconversion for anaerobic co-digestion with pig manure.” Process development for the recycling in decentralised farm scale plants. In: Proceedings of the International Conference Progress in Biogas. Stuttgart, Germany :135–140.
[14] Heiker Mathias, Kraume Matthias, Mertins Anica, Wawer Tim, Rosenberger Sandra. 2021. “Biogas Plants in Renewable Energy Systems–A Systematic Review of Modeling Approaches of Biogas Production.” Appl. Sci. 11: 3361.
[15] Jędrczak Andrzej, Królik Dariusz. 2010. “Wpływ stopnia rozdrobnienia kolb kukurydzy na wydajność procesu fermentacji.” Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, 20: 83–92.
[16] Jędrczak Andrzej, Królik Dariusz, Sadecka Zofia, Myszograj Sylwia, Suchowska- Kisielewicz Monika, Bojarski Jacek. 2014. "Testing of Co-Fermentation of Poultry Manure and Corn Silage" Civil and Environmental Engineering Reports 13 (2): 31–47.
[17] Kapoor Rimika, Ghosh Pooja, Kumar Madan, Vijay Virendra Kumar. 2019. “Evaluation of biogas upgrading technologies and future perspectives: A review.” Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 26 (12) : 11631–11661
[18] Krajowe Centrum Wsparcia Rolnictwa. 2020. Rejestr wytwórców biogazu rolniczego.
[19] Liu Chuanyang, Li Huan, Zhang Yuyao, Liu Can. 2016. “Improve biogas production from low-organic-content sludge through high-solids anaerobic co-digestion with food waste.” Bioresour. Technol. 219: 252–260.
[20] Masłoń Adam. 2020. “An Analysis of Sewage Sludge and Biogas Production at the Zamość WWTP.” Proceedings of CEE 2019. CEE 2019. Lecture Notes in Civil Engineering, 47: 291–298
[21] Mata-Alvarez J., Dosta J., Güiza M.S., Fonoll X., Peces M., Astals S. 2014. „A critical review on anaerobic co-digestion achievements between 2010– 2013.” Renew Sustain Energy Rev, 36: 412–427.
[22] Mata-Alvarez, J.; Mace, S.; Llabres, P. 2000. “Anaerobic digestion of organic solid wastes. An overview of research achievements and perspectives.” Bioresour. Technol. 74: 3–16.
[23] Møller Henrik B., Sommer Sven Gjedde, Ahring B.K. 2004. “Methane productivity of manure, straw and solid fractions of manure.” Biomass Bioenergy 26 : 485–495
[24] Rajagopal Rajinikanth, Masse Daniel I, Singh Gursharan. 2013. “A critical review on inhibition of anaerobic digestion process by excess ammonia.” Bioresour. Technol. 143: 632–641.
[25] Romaniuk Wacław, Domasiewicz Tadeusz. 2014. „Substraty dla biogazowni rolniczych.” Wyd. Hortpress, Warszawa
[26] Sambo, A.S.; Garba, B.; Danshehu, B.G. 1995. “Effect of some operating parameters on biogas production rate.” Renew. Energy 6: 343–344.
[27] Scarlat Nicolae, Dallemand Jean – Francois, Fahl Fernando. 2018. ”Biogas: Developments and perspectives in Europe” Renewable Energy 129 (A) : 4572472.
[28] Sharma V.K., Testa C., Lastella G., Cornacchia G., Comparato M.P. 2000. “Inclinedplug-flow type reactor for anaerobic digestion of semi-solid waste.” Appll. Energy 65 :173–185.
[29] Switzenbaum Michael S., Giraldo-Gomez Eugenio, Hickey Robert F. 1990. “Monitoring of the anaerobic methane fermentation process.” Enzym. and Microb. Technol. 12(10): 722–730.
[30] Tabatabaei Meisam, Ghanavati Hossein (Eds.). 2018. “Biogas: Fundamentals, Process and Operation.” Springer 6
[31] Tambone Fulvia, Terruzzi Laura, Scaglia Barbara, Adani Fabrizio. 2015. „Composting of the solid fraction of digestate derived from pig slurry: biological processes and compost properties.” Waste Manage. 35: 55–61.
[32] Tuszyńska Agnieszka, Wilińska – Lisowska Anna, Czerwionka Krzysztof. 2020 “Phosphorus and nitrogen forms in liquid fraction of digestates from agricultural biogas plants.” Environmental Technology. 1–13.
[33] Zeng Yang, De Guardia Amaury, Dabert Patrick. 2015. “Improving composting as a post-treatment of anaerobic digestate.” Bioresour. Technol. 201: 293–303.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2021-7-8 , nr katalogowy 133035 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA- e-zeszyt (pdf) 2021-7-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	30.00 zł

Prenumerata

GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

360.00 zł

GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA - papierowa prenumerata roczna	432.00 zł brutto 400.00 zł netto 32.00 zł VAT (stawka VAT 8%)
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

474.00 zł

GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	552.00 zł brutto 511.11 zł netto 40.89 zł VAT (stawka VAT 8%)

552.00 zł

Zeszyt

2021-7-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma