This study has been conducted to investigate biodegradation characteristics and optimum mixing ratio for co-digestion with thermophilic acid-fermented food waste and sewage sludge using batch anaerobic digester. As the basis operating conditions for anaerobic digestion, the reaction temperature was controlled $35{\pm}1^{\circ}C$ and stirrer was set 70rpm. Thermophilic acid-fermented food waste and sewage sludge were mixed at the ratio of 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10 and 5;5(food waste : sewage sludge) as the influent substrates. In results of co-digestion according to mixing ratio of thermophilic fermented food wastes and sewage sludge in batch mesophilic anaerobic digestion reactor, $385mL\;CH_4/g\;VS_{added}$ of methane production rate at 1:1 mixing ratio was more than that of any other mixing ratios. Compared with $293mL\;CH_4/g\;VS_{added}$ of methane production rate at 1:1 mixing ratio of food wastes and sewage sludge, pretreatment of food wastes by thermophilic acid fermentation was more effective in co-digestion with sewage sludge.
Relatively low efficiency in anaerobic digestion process is mainly caused by unproper mixing method. In this study, tray motion type agitator was applied in actual anaerobic digestion tank in order to improve the digestion efficiency, equalize the flow velocity distribution and energy saving. The impeller of tray motion type agitator was reciprocated vertically. Gas lift type agitator and tray motion type agitator appears almost same mixing efficiency include digestion rates. However, tray motion type agitator have shown that lower energy consumption compared to the conventional gas lift type agitator. Implementation of tray motion type agitator in the anaerobic digestion tanks contributed to the stabilization of mixing environment, efficiency and energy efficiency of the tank.
Jae Gyeong Kim;Jeong Min Heo;Xin Zhao;Jin-Kyung Hong;Eun Hea Jho
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.42
no.4
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pp.427-434
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2023
Large amounts of organic wastes generated in agricultural environments such as crop residues and livestock manure adversely affect the environment. Anaerobic digestion can reduce the amount of organic wastes and convert them into energy at the same time. Efforts are being made to further increase the energy conversion efficiency by using co-anaerobic digestion using two or more substrates. Tomatoes, rice straw, cattle manure, and cattle feces (CF) were used as substrates for anaerobic digestion. Each substrate was subjected to anaerobic digestion and the cumulative biochemical methane production potential was measured, and the biodegradability was calculated. Based on the methane production, CF and tomato were further used for co-anaerobic digestion at different mixing ratios. Among the CF:tomato ratios of 1:1, 1:2, and 2:1, 1:2 produced the most methane and the synergy index was greater 1 indicating that the co-digestion of CF and tomato improved the methane production. Overall, the results showed that the methane production from cattle manure can be improved using tomato residues.
Park, Woo-Kyun;Jun, Hang-Bae;Park, Noh-Back;Kwon, Soon-Ik;Shin, Joung-Du;Hong, Seung-Gil
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.30
no.1
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pp.31-36
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2011
BACKGROUND: Disposal of slurry animal manure produced by an anaerobic slurry-type barn method is not easy since the animal slurry contain high moisture content which makes solid-liquid separation a difficult process. However, recently, the interest about anaerobic digestion process as an environment-friendly waste disposal method has gained a wide interest because it can treat highly organic matter contained by the piggery slurry, decrease the odor after treatment, and enable the effective recovery of the methane gas which is a valuable energy resource. The objectives of this study were to identify the solubilization characteristics and to improve the anaerobic digestion efficiency of piggery slurry through full-scale anaerobic digestion experiments. METHODS AND RESULTS: In a full-scale continuous anaerobic digestion operation, the adaptability of single anaerobic digestion and its digestion efficiency were also evaluated in the farm field. The actual pH range and alkalinity concentration of piggery slurry used during the operation were comparatively higher than the concentrations of pH and alkalinity in the digestion tank which were stable at 7.5~8.0, 4,008 mg/L (as$CaCO_3$), respectively. The removal efficiency of organic matter (TCOD) by anaerobic digestion was 75~90% and methane gas production amount was at 0.33 L/L/day, a little higher than that of ordinary animal manure. CONCLUSION(s): Our findings showed higher recovery of highly purified methane and greater efficiency of anaerobic tank digestion since its methane gas content was at 65~70%.
Lee, Kwanyong;Chantrasakdakul, Phrompol;Kim, Daegi;Park, Jongjin;Choi, Jang-Seung;Park, Ki Young
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.28
no.1
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pp.55-60
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2014
Food waste leachate (FWL) is a serious pollutant waste coming from the food waste recycling facilities in Korea. FWL has a high organic matter content and high COD to nitrogen (COD/N) ratio, which can disturb efficient methane production in the anaerobic digestion of FWL. In the present study a microalga, Clorella vulgaris (C.V), was used as co-substrate for the FWL anaerobic digestion in order to supply nutrients, decrease the COD/N ratio and increase its methane yield. Different co-digestion mixtures (COD/N ratios) were studied by using biochemical methane potential test and modified Gompertz equation for kinetic study. Mixed substrate of FWL and C. vulgaris in the co-digestion clearly showed more the biomethane yield than the sole substrates. The maximum methane production, 827.7 mL-$CH_4$/g-VS added, was obtained for COD/N ratio of 24/1, whereas the highest improvement of methane yield was found for COD/N ratio of 15/1.
This study has been conducted for the process of food wastes disposal using surplus capacity of established sewage treatment plant by co-digestion of fermented food wastes and sewage sludge after thermophilic acid fermentation of food wastes. The co-digestion of thermophilic acid fermented food wastes and sewage sludge was performed by semi-continous method in mesophilic anaerobic digestion reactor. It showed great digestion efficiency as the average SCOD and VS removal efficiency in organic loading rate 3.30g VS/L.d. were 74.2% and 73.6%, and the gas production rate and average methane content were 0.440 L/g $VS_{add}.d$ and 66.5%, respectively. Based on the results of this study, the co-digestion of thermophilic acid fermented food wastes and sewage sludge in sewage treatment plant is able to improve treatment efficiency of anaerobic digestion reactor and to dispose food wastes simultaneously, and was proved excellent economical efficiency comparing with any other treatment methods.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.27
no.3
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pp.5-13
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2019
This study is conducted to investigate the effects of anaerobic treatments of swine manure slurry alone and combination of livestock manure slurry and fruit pomace on biogas production. Anaerobic co-digestion was evaluated in mesophilic tank reactors for 96 day-incubation period. The organic matter loading of anaerobic digestion was 1 kg of volatile solids(VS) per $1m^3{\cdot}day$. The highest methane production was achieved from the combination of swine manure slury and mandarin pomace(70:30) treatment, whereas the lowest daily and cumulative methane yields was observed in swine manure slurry alone treatment. More than two-fold increase in bio-gas and methane production was obtained by combination of livestock manure slurry and mandarin pomace treatment, compared to the swine manure slurry alone treatment. The co-digestion of livestock manure and fruits pomace has advantages to enhance the production of methane gas, compared to digestion of swine manure slurry alone.
Shin, Jingyeong;Kim, Young Beom;Jeon, Jong Hun;Choi, Sangki;Park, In Kyu;Kim, Young Mo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.8
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pp.1513-1518
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2017
Anaerobic mono- and co-digestion of sewage sludge and food waste leachate (FWL) were performed by assessing methane production and characterizing microbial communities. Anaerobic digestion (AD) of waste activated sludge (WAS) alone produced the lowest methane ($281ml\;CH_4$), but an approximately 80% increase in methane production was achieved via co-digestion of WAS and FWL ($506ml\;CH_4$). There were less differences in the diversity of bacterial communities in anaerobic digesters, while archaeal (ARC) and bacterial (BAC) amounts reflected AD performance. Compared with the total ARC and BAC amounts in the mono-digestion of WAS, the ARC and BAC amounts increased two and three times, respectively, during co-digestion of FWL and WAS. In characterized archaeal communities, the dominant ratio of hydrogenotrophic methanogens in the mono-digestion of WAS approached nearly a 1:1 ratio of the two acetoclastic and hydrogenotrophic methanogens in the co-digestion of FWL and WAS. The ARC/BAC ratio in the digesters varied in the range of 5.9% to 9.1%, indicating a positive correlation with the methane production of AD.
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.
2004년말 현재 국내에서 발생되는 음식물쓰레기의 재활용량은 전체 발생량의 $87.7\%$인 10,015톤/일이며, 전체 재활용량의 $6.47\%$인 640톤/일 정도가 혐기성소화 방법에 의해 처리 및 자원화 되고 있다. 국내에서 적용되고 있는 음식물쓰레기 혐기성소화 기술의 대부분은 습식소화(Wet digestion) 공법이며, 처리 방법별로 2상 혐기성소화(Two-phase anaerobic digestion)와 하수슬러지 흑은 축산분뇨와 함께 혼합처리 하는 통합소화(Co-digestion) 공정으로 구분되고 있다. 음식물쓰레기의 자원화 방법에 있어 혐기성소화는 사료화, 퇴비화에 비하여 폐기물의 효과적인 감량화와 자원화 효과뿐만 아니라 유용 에너지원인 메탄가스의 회수가 가능하기에 최근에 주목을 받는 biotechnology중의 하나로 자리매김 하고 있으며, 또한 유기성폐기물의 자원순환형 관리 시스템 구현에 있어 적절한 대안으로 고려되고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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