This study was aimed at investigating a filtration bed system for the production of liquid fertilizer using wastewater generated after anaerobic digestion of animal manure. Slurry, Compost, & Biofiltration-Methane System, designed by Korean National Institute of Animal Science, is now a standard method to recycle anaerobic digestion wastewater. However, currently provided protocol to run the system needs continuous upgrades as the system is relatively new and can be more cost-effective if few adjustments are made. In this study, we tried to enhance the capability of the system to process anaerobic digestion wastewater by replacing the bed materials with the cheaper one, and determining the time point of operation from which filtrates can be utilized for fertilization.
The study investigated the effect of thermo-alkaline pretreatment on the solubilization of polyhydroxybutyrate (PHB) and its potential to enhance of thermophilic anaerobic digestion, focusing on biochemical methane potential (BMP) and methane production rate, using two different particle sizes of PHB (1500 ㎛ and 400 ㎛). Thermo-alkaline pretreatment tests were conducted at 90 ℃ for 24 hours with varying NaOH dosages from 0-80% (w/w). BMP tests with untreated PHB exhibited methane production ranging from 150.4~225.4 mL CH4/g COD and 21.5~24.2 mL CH4/g VSS/d, indicating higher methane production for smaller particle sizes of PHB, 400 ㎛. Thermo-alkaline pretreatment tests achieved a 95.3% PHB solubilization efficiency when 400 ㎛ PHB particles were treated with 80% NaOH dosage at 90 ℃ for 24 hours. BMP tests with pretreated PHB showed substantial improvement in thermophilic anaerobic digestion, with an increase of up to 112% in BMP and up to 168% in methane production rate. The results suggest that a combined pretreatment process, including physical (400 ㎛ PHB particles) and thermo-alkaline (90 ℃, 40-80% NaOH dosage, and 24 hours reaction time), is required for high-rate thermophilic anaerobic digestion of PHB with enhanced methane production.
Bioreactors are devices used by sewage treatment plants to process sewage and which produce active sludge, and sediments separated by solid-liquid are treated in anaerobic digestion tanks. In anaerobic digestion tanks, the volume of active sludge deposits is reduced and biogas is produced. After dehydrating the digestive sludge generated after anaerobic digestion, anaerobic digested wastewater, which features a high concentration of organic matters, is generated. In this study, the decomposition of organic carbon and nitrogen was studied by advanced oxidation process. Ozone-microbubble flotation process was used for oxidation pretreatment. During ozonation, the TOC decreased by 11.6%. After ozone treatment, the TOC decreased and the removal rate reached 80.4% as a result of the Ultra Violet-Advanced Oxidation Process (UV-AOP). The results with regard to organic substances before and after treatment differed depending on the organic carbon index, such as CODMn, CODCr, and TOC. Those indexes did not change significantly in ozone treatment, but decreased significantly after the UV-AOP process as the linkage treatment, and were removed by up to 39.1%, 15.2%, and 80.4%, respectively. It was confirmed that biodegradability was improved according to the ratio of CODMn to TOC. As for the nitrogen component, the ammonia nitrogen component showed a level of 3.2×102 mg/L or more, and the content was maintained at 80% even after treatment. Since most of the contaminants are removed from the treated water and its transparency is high, this water can be utilized as a resource that contains high concentrations of nitrogen.
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.
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.
It has been mentioned that CSTR (Completely Stirred Tank Reactor) and UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) processes, the existing anaerobic processes, have problems in the treatment of highly concentrated particulate organic wastewater (HCPOW). Therefore, this paper discusses the treatment possibility of distillery wastewater which is a typical HCPOW using ADEPT (anaerobic Digestion Elutriated Phased Treatment) process. In the comparison of CSTR and ADEPT, ADEPT produced much higher gas than that of CSTR removing more organic matters and suspended solids in ADEPT process, ADEPT had no effect on the decrease in pH by volatile fatty acids and showed steady pH in spite of relatively short HRT. In the results of removal rate according to recycle ratios between 6Qin and 2Qin in ADEPT, 6Qin showed high removal rate during the operation time. Therefore it appears that ADEPT had an applicability for the treatment of distillery wastewater. ADEPT could be a economical process, due to the short HRT, the energy recovery by the methane production, and the utilization for carbon source of produced organic acid from the ADEPT-acid reactor.
The aim of this study was to assess the effect of pre-aeration on sludge solubilization and the behaviors of nitrogen, dissolved sulfide, sulfate, and siloxane. The results of this study showed that soluble chemical oxygen demand in sewage sludge could be increased through pre-aeration. The pre-aeration process resulted in a higher methane yield compared to the anaerobic condition (blank). The pre-aeration of sewage sludge, therefore, was shown to be an effective method for enhancing the digestibility of the sewage sludge. In addition, this result confirms that the pre-aeration of sewage sludge prior to its anaerobic digestion accelerates the growth of methanogenic bacteria. Removal rates for $NH_3$-N and T-N increased simultaneously during pre-aeration, indicating simultaneous nitrification and denitrification. The siloxane concentration in sewage sludge decreased by 40% after 96 hr of pre-aeration; in contrast, the sulfide concentration in sewage sludge did not change. Therefore, pre-aeration can be employed as an efficient treatment option to achieve higher methane yield and lower siloxane concentration in sewage sludge. In addition, reduction of nitrogen loading by pre-aeration can reduce operating costs to achieve better effluent water quality in wastewater treatment plant and benefit the anaerobic process by minimizing the toxic effect of ammonia.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.50
no.4
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pp.59-66
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2008
Anaerobic digestion system is getting more attractive in that it produces biogas in the process of organic waste stabilization. Net energy production is important when biogas production is concerned. In this study, net energy production was evaluated with respect to biogas production and heat losses in a hypothetical digester. Under the condition of digester operation with slurry inflow of 5% of TS, additional fuel is required to maintain digester temperature during the winder season. Substrate therefore, needs to have higher VS contents through co-digestion of silage or food waste that has greater values of methane production rate. Heating input slurry is important in cold season, which covers over 80% of heating requirement. Heat recovery from digestate is valuable to reduce the use of biogas for heating. It seems desirable to minimize slurry inflow when temperature is very low. Psychrophilic digestion may be a feasible option for reducing heating requirement.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.9
no.1
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pp.79-89
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2001
Anaerobic Digestion - Thermophilic Oxic Process(ADTOP) has been known to be one way reducing and composting of organic wastes without draining or forming excess sludge. It could be completely performed by the evaporation of water using the bio-energy from the microbial degradation of organic. In the present study the complete treatment of Chinese restaurant wastes was conducted and utility of bio-energy produced from the ADTOP was estimated. Base on results, it could be concluded as follows; 1) chinese restaurant wastes could be completely treated using the TOP without draining or excess sludge. Maximum volumetric loading rate was determined as $55.0kg-garbage/m^3$. Input water was almostly evaporated and 90.5% of carboneous organic wastes was conversed to carbondioxide. 2)The optimum volumetric loading rate which is acceptable to maintain over $55^{\circ}C$ in the anaerobic digester was determined as $45kg-garbage/m^3{\cdot}d$. 3) The optimum HRT was at least over 10 days in order to maintain about $50^{\circ}C$ in the anaerobic digester using bio-energy produced from TOP. Therefore the utilization of bio-energy produced from TOP could be used in the process which had long HRT such as the anaerobic digestion. 4) The efficiency of anaerobic digester rate were over 90% by the ADTOP under the organic loading rate of $1.1kg-COD/m^3{\cdot}d$, 50kg-Chinese restaurant garbage and $250{\ell}/m^3{\cdot}min$ of the aeration rate.
In this study, in order to find the feasibility of thermophilic biological pre-treatment for the co-digestion of food wastewater and sewage sludge, digestion efficiency of the combined thermophilic aerobic and mesophilic anaerobic process and its effect on methane production were investigated. Also, a lab-scale co-digestion process was operated to observe parameter changes according to the increase of organic loading rates using different dilution ratios of distilled water and food wastewater (1/3 [Run I], 2/3 [Run II] in addition to using the raw food wastewater [Run III]). The results indicated that co-digestion process maintained quite stable and constant pH during entire experiments. With regard to VS removal, the higher removal was observed in the combined process and the removal efficiency was 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) and 72.53 (Run III), respectively. In addition, the combined process showed about an 1.6-fold improved methane production rate and significantly higher methane yield than that of using single anaerobic digestion process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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