The present study investigated the effects of thermal pre-treatment on the enhancement of anaerobic biodegradability of waste activated sludge at varied TS concentration levels. The activated sludges were thermally oxidized for 30 minutes at $80{\sim}200^{\circ}C$ with varied TS concentrations (2%, 4% and 6%). and then, sludge characteristics, solubilization efficiency and methane production yield of thermally pre-treated sludges were analyzed. The higher the temperature in the thermal pre-treatment, the higher the concentration levels of dissolved matters such as $SCOD_{Cr}$, $NH_4{^+}$ and VFAs, which indicates that the thermal pre-treatment facilitates the hydrolysis and acid fermentation. Furthermore, the solubilization efficiency was increased in proportion to the temperature rise at all TS concentrations and was reached at 68.9%, 55.6% and 53.1%, respectively, at $200^{\circ}C$. In the BMP test of the pre-treated sludges, higher methane production yields were observed as 0.313. 0.314 and $0.299m^3\;CH_4/kg\;VS_{add}$ at the condition of TS 2% ($160^{\circ}C$), 4% ($160^{\circ}C$) and 6% ($180^{\circ}C$), respectively, and degradation rate was increased by 84%, 79% and 65% compared with non-pretreated waste activated sludge. These findings suggest the effectiveness of thermal pre-treatment of waste activated sludge for anaerobic biodegradable process.
As a result of the growing livestock industry, varieties of organic solid and waste biomass are be generated in swine breeding and slaughtering stages. Anaerobic digestion is a promising alternative for the treatment of livestock waste biomass, as well as for the material recovery and energy production. Objectives of this study were to analyze the biochemical methane potential of swine waste biomasses that were generated from swine pen and slaughterhouse and to investigate the material recovery and methane yield per head. As pig waste biomass, swine slurry, blood, intestine residue, and digestive tract content were collected for investigation from pig farmhouse and slaughterhouse. The $B_{th}$ (Theoretical methane potential) and $B_0$ (Biochemical methane potential) of swine slurry generating in swine breeding stage were 0.525 and $0.360Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$, the ratio of degradation ($B_0/B_{th}$) was 68.6%. $B_{th}$ of blood, intestine residue, and digestive tract content were 0.539, 0.664, and $0.517Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$, and $B_0$ were 0.405, 0.213, and $0.240Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$, respectively. And the ratio of degradation showed 75.1, 32.1, and 46.4% in blood, intestine residue, and digestive tract content. Material yield of swine waste biomass was calculated as TS 73.79, VS 46.75, TN 5.58, $P_2O_5$ 1.94, and $K_2O$$2.91kg\;head^{-1}$. And methane yield was $16.58Nm^3\;head^{-1}$. In the aspect that slaughterhouse is a large point source of waste biomass, while swine farmhouse is non-point source, the feasibility of an anaerobic digestion using the slaughtering waste biomass need to be assessed in the economical aspect between the waste treatment cost and the profitable effect by methane production.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.29
no.4
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pp.55-65
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2021
This study investigated methane productions and a degradation rate of organic matters by German standard method, VDI4630 test. In this study, 11 waste biomasses from agricultural fields were selected for the investigation. The objective of this study was to estimate a distribution of organic matters by using the Double first-order kinetics model in order to calculate the rate of biodegradable organic matters which degrade rapidly in the initial stage and the persistently biodegradable organic matters which degrade slowly later. As a result, all the biomasses applied in this study showed rapid decomposition in the initial stage. Then the decomposition rate began to slow down for a certain period and the rate became 10 times slower than the initial decomposition rate. This trend of decomposition rate changes is typical conditions of biomass decompositions. The easily degradable factors (k1) were raged between 0.097~0.152 day-1 from vegetable crops and persistent degradable factor (k2) were 0.002~0.024 day-1. Among these results, greater organic matter decomposition rates from VDI4630 had greater k1 values (0.152, 0.144day-1) and smaller k1 values (0.002, 0.005day-1) from cucumbers and paprika. In a meanwhile, radishes and tangerine rinds which had low decomposition rates showed 0.097 and 0.094 day-1 of k1 values and decomposition rates seems to affect k1 values.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.3
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pp.214-222
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2012
Several acidogenesis batch tests, and BMP (Biochemical Methane Potential) with food waste leachate was tested at various organic loading rates (OLRs) on the mesophilic ($35^{\circ}C$) and thermophilic ($55^{\circ}C$) conditions. In acidogenesis batch test, VS removal efficiencies were 27.3% and 30.6% at $35^{\circ}C$ and $55^{\circ}C$, respectively. Removal efficiency of VS at $55^{\circ}C$ was higher than that at $35^{\circ}C$. With decrease in VS, SCOD increased as reaction time increased. Solubilization efficiency of VS were 27.4% and 33.4% at each reaction temperature within 4 days acid fermentation. Methane yield were 461 and 413 $mLCH_4/gVS$ at mesophilic and thermophilic BMP test, respectively. SCOD solubilizations in the themophilic acid fermenter showed 8~17% higher than those in the mesophilic fermenter. COD removal efficiency showed higher in the mesophilic acid fermenter at low organic loading rate. While at high organic loading rate, it was higher in the thermophilic acid fermenter. VS removal efficiency was higher at the mesophilic temperature, however, it decreased at OLR higher than 6 kg $COD/m^3{\cdot}day$. On the contrary, VS removal efficiency did not decrease but maintain at thermophilic temperature. The amount of methane gas generated from mesophilic methanogenesis digester was 12.6, 21.6, 27.4 L/day at OLR of 4, 5, 6 $COD/m^3{\cdot}day$, respectively. The amount of methane gas generated from themophilic methanogenesis digester was 14.3, 20.6, 25.2 L/day at each OLR, respectively, which is about 15~20 L/day lower than those generated at mesophilic digester.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.17
no.3
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pp.82-90
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2009
Disintegration of sewage sludge (SS) was investigated by batch experiments using mechanical pre-treatment. Mechanical disintegration of SS increased the amount of soluble chemical oxygen demand (SCOD), protein and carbohydrate due to the break-up of cell walls. The mechanical disintegration incorporated with alkaline pre-treatment demonstrated higher amount of SCOD compared with mechanical one only. In terms of anaerobic biodegradability, mechanical pretreatment enhanced the anaerobic biodegradation of SS, leading to the methane production improvement. The improvement in BMP for SS treated with mechanical and alkaline-mechanical pre-treatments were 24.1% and 44.5%, respectively. This result suggested that disintegration of SS was effective for improving anaerobic biodegradability.
The total production of food waste was about 11,398ton/day('03) in Korea. Also, food waste was treated by landfill, incineration, reuse and anaerobic digestion. The method of food waste treatment depended primarily on landfill. However, the method of landfill causing social problems was prevented to treat food waste in the first of January 2005.12) Thus, anaerobic digestion is an important method to treat food waste because of possibility of energy recovery as methane gas. In this study, the possibility of food waste treatment containing high organic material and low pH in the one stage anaerobic reactor to save cost and time and energy recovery using $CH_{4}$ gas by the hybrid anaerobic reactor (HAR) was measured. The HAR was designed by combing the merits of the anaerobic filter (AF) to minimize the microorganism shock when food waste of very low pH was injected and up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) to prevent from plugging and channeling phenomena by large suspended solids when semi solids were injected. Granule was packed in the section of HAR. The purpose of the BMP experiment was to measure the amount of methane generated when organic material was resolved under anaerobic conditions, to grasp bio resolution of organic material. Total accumulated methane production per VS amount was $0.471(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$. So, the value was about $81.2\%$ of theoretical methane production which was $0.58(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$ by elementary analysis and organic matter removal velocity (K) was $0.18(d^{-1})$. From these results, food waste was treated by anaerobic treatment. From this study, $CH_{4}$ generation from food waste (11,398 ton/day) could be estimated. By using an energy conversion factor of Braun's study, $5.97KWh/m^{3}\;CH4,\;60\%\;of\;CH_{4}$ gas generation, the amount of total energy producing food waste is to 6,727MWh/day. It could be confirmed that energy recovery using $CH_{4}$ gas was possible. Above these results, food waste containing organic matters of high concentration could be treated in HRT 30 days under an anaerobic condition, using the hybrid anaerobic reactor and reuse of $CH_{4}$ gas was possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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