Odors from manures are a major problem for livestock production. The most significant odorous compounds in animal manure a.e volatile fatty acids(VFAs). This work reviews the VFAs from the anaerobic sequencing biofilm batch reactor(ASBBR), anaerobic sequencing batch reactor(ASBR), solid compost batch reactor(SCBR), and aerobic sequencing batch reactor(SBR) associated with the animal manure biological treatment. First, we describe and quantify VFAs from animal manure biological treatment and discuss biofiltration for odor control. Then we review certain fundamentals aspects about Anaerobic and aerobic SBR, composting of animal manure, manure compost biofilter for odorous VFAs control, SBR for nitrogen removal, and ASBR for animal wastewater treatment systems considered important for the resource recovery and air quality. Finally, we present an overview for the future needs and current experience of the biological systems engineering for animal manure management and odor control.
Livestock manure is known to be the main cause of non-point pollution in agricultural areas. The pollutant reduction ratio of livestock manure recycling to fertilizers was measured in order to analyze the effect on the water quality of the Total Maximum Daily Load (TMDL) system in Korea. The reduction ratio has been applied by theoretical consideration without a survey, and there is no value for Total Organic Carbon (TOC) newly introducing any organic items. The reduction ratio of each pollutant from this study was revealed as follows: TOC, BOD, T-N and T-P were 0.34, 0.60, 0.37, and 0.42 for individual farm and 0.38, 0.61, 0.45 and 0.44 for entrustment facilities, respectively. The reduction ratio of individual farm was surveyed as TOC 0.63, BOD 0.62, T-N 0.42 and T-P 0.32 for liquid fertilizer, and TOC 0.30, BOD 0.64, T-N 0.40 and T-P 0.48 for compost. The total reduction ratio was derived by multiplying the ratio for liquid fertilizer and compost by the respective load. Compared to the pollutant reduction ratio of the individual farm with entrustment facilities marking the higher in liquid fertilizer and the lower in compost. Through this study, we found the difference of pollutant reduction ratio between a livestock manure recycling process and facilities. Although phosphorus is known as a preservative matter, the treatment efficiency of T-P is analyzed to decrease by chemical precipitation.
To investigate the difference in N isotope ratio ($^{15}N/^{14}N$, expressed as ${\delta}^{15}N$) among N sources (synthetic fertilizer, livestock manure, and manure compost), eight synthetic fertilizer, four livestock manure, and thirty-seven compost samples were collected and analyzed for ${\delta}^{15}N$. The mean ${\delta}^{15}N$ values of N sources were $-1.5{\pm}0.5$‰ (range: -3.9 to +0.5‰) for synthetic fertilizer, $+6.3{\pm}0.4$‰ (+5.3 to +7.2‰) for manure, and $+16.0{\pm}0.4$‰ (+9.3 to +20.9‰) for compost. The lower ${\delta}^{15}N$ of synthetic fertilizer was attributed to its N source, atmospheric $N_2$ of which ${\delta}^{15}N$ is 0‰ Meanwhile, more $^{15}N$-enrichment of compost than manure was assumed to be resulted from N isotopic fractionation (faster loss of $^{14}N$-bearing compound than $^{15}N$) associated with N loss particularly via $NH_3$ volatilization during composting. Therefore, our study shows that ${\delta}^{15}N$ values could successfully serve in discriminating two major N sources (synthetic fertilizer and compost) in agricultural system.
Livestock waste compost tea is a liquid extract of compost obtained by mixing livestock compost. In this study, some chemical and microbiological characteristics of compost tea depending on the kind of raw materials used were examined, and several experiments to investigate the practical effects on Chinese cabbage cultivation were conducted. This experiment showed that livestock composts needed to be added into aerated water at the ratio between 1:100 and 1:10 (1 part compost to 10~100 parts water) to produce the high quality compost tea. Compost teas must be aerated more than 24 to 48 hours to be able to support aerobic organisms. In cultivation test with compost teas, swine manure compost teas were made by the extracting ratio of 50x, in the aerated condition for 24 hours in water and oil cake in the extracting ratio of 100x were added as supplements. Following the input of oil cake, the concentration of nitrogen and aerobic bacteria increased. Another experiment was conducted to determine the effect of different swine manure compost teas on plant growth and yield of Chinese cabbage. The fresh yield of Chinese cabbage was higher in the fertigated plots by compost tea with oil cake compared to those of N, $P_2O_5$, $K_2O$ fertilization plot with chemical fertilizer by soil test recommendation (Fert. NPK). The effect of compost tea on growth of Chinese cabbage was largely attributable to the increased number of microorganisms as well as nutrients.
This study was conducted to evaluate the humification grade of compost, based on physico-chemical property and phyto-toxicity during the composting with three kinds of livestock manures and saw dust. The ratios of the compost, which was mixed with pig manure(P) and sawdust(S) were 4 : 6(PS-1), 5 : 5(PS-2) and 6 : 4(PS-3); poultry manure(PO) and sawdust(S) were 4 : 6(POS-1), 5 : 5(POS-2) and 6 : 4(POS-3); cow manure(C) and sawdust(S) were 4 : 6(CS-1), 5 : 5(CS-2) and 6 : 4(CS-3) by volume to volume, and they were decomposed for 60 days. In the result, the temperature in all treatments during composting rapidly increased above $65.4^{\circ}C$, and then gradually decreased to around $40^{\circ}C$. At 60 day, after the treatment, pH 5.9 ~ 8.0 at the incipient stage increased to 7.6 ~ 8.5, and the C/N ratio was 13.8 ~ 21.1 at the final composting stage. Germination Index(G.I.) showed in the range of 75.1 ~ 94.6 in all treatments at day 60. Therefore, it is likely recommended to take the best humification grade when the temperature maintains above $65^{\circ}C$ longer than a day at minimum, in the range of pH 6.5 ~ 8.5 for the final compost, under 20 of C/N ratio, and G.I. above 80. The level of G.I. above 80 should be the mature compost which could be used in the field without gas demage to crops.
The characteristics of nitrogen mineralization in upland soil was studied with 27-week incubation at $25^{\circ}C$. The used soils in this experiment were received six kinds of livestock manure compost each year for four years. Six different composts, which were chicken (CHM), pig (PIM), and cow (COM) manure composted without bulking agent, and chicken (CHMS), pig (PIMS), and cow (COMS) manure composted with sawdust as a bulking agent, were selected for this study. The first-order model was fit to the observed mineral nitrogen (N) vs incubation days using a non-linear regression procedure. The soil potential for N mineralization (No) of manure compost (CHM, PIM, and COM) treated soils were higher than those of the manure-sawdust compost (CHMS, PIMS, and COMS) treated soils. The No value of PIM applied soil was 15.0 mg 100 $g^{-1}$, which was the highest value among the treatments. The amount of N mineralized in compost applied soils ranged from 8.1% to 11.9% of the total N content in soils and increased with increasing total N content in soils. The organic matter content in compost applied soils were negatively correlated with No value (r = $-0.69^*$). Therefore, our result indicated that determination of N application rate in livestock manure compost applied soil should be based on total nitrogen content better than soil organic matter content.
Odor control for livestock and compost facilities has focused on manure handling and treatment during storage and land application, however, large amount of malodorous air is emitted and it is one of main sources of malodour in livestock farming. Biological treatment or biodegradation involves converting an organic contaminant to carbon dioxide and water using natural bacteria. Biofiltration is an effective air pollution control technology that uses microorganisms to breakdown gaseous contaminants and produce innocuous end products. Investment and operating costs on the biofiltration are lower than for thermal and chemical oxidation processes. This paper is intended to provide an overview of basic design and operating criteria for biofilters to control odors from livestock and compost facilities.
We investigated the structure of bacterial communities present in livestock manure-based composting processes and evaluated the bacterial succession during the composting processes. Compost samples were derived separately from swine manure, dairy manure and sewage sludge. The structure of the bacterial community was analyzed by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) using universal eubacterial primers. The genus Bacillus and related genera were mainly detected following the thermophilic composting phase of swine and dairy manure composts, and the members of the phylum Bacteroidetes were mainly detected in the cattle manure waste-based and sewage sludge compost. We recovered and sequenced limited number of the bands; however, the PCR-DGGE analysis showed that predominant diversities during the composting processes were markedly changed. Although PCR-DGGE analysis revealed the presence of different phyla in the early stages of composting, the members of the phylum Firmicutes and Bacteroidetes were observed to be one of the predominant phyla after the thermophilic phase.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.44
no.5
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pp.136-146
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2002
Land application of manure compost is considered one of the widely-used animal waste management practices. Many livestock farms adopt composting for their animal waste disposal and apply the compost to crop fields. While standard rates have been established based on researches with respect to land application of manure compost recently, there have been few discussions on water quality impact of the application. Water quality impact should be taken into account in land applications of manure compost. In this study, management practices were proposed based on the investigation of water quality of leachate from manure compost under rainfall simulation, field studies, and monitoring runoff water quality from farm fields after land application of animal waste. The concentrations of major water quality parameters of the leachate were significantly high, whereas those of runoff from soils after tillage for soil incorporation, were not affected by the application based on a series of experiments. Runoff water from farm fields after land application also showed high concentrations of pollutants. Appropriate management practices should be employed to minimize pollutant loading from manure applied fields. Proposed major management practices include 1) application of recommended amounts, 2) proper tillage for complete soil and manure incorporation, 3) field management to prevent excessive soil erosion, 4) complete diversion of inflow into the field from outside, 5) implementation of vegetative buffer strips near boundaries, and 6) prevention of direct discharge of runoff water front fields Into streams.
Choi, Jin Kyu;Son, Jae Gwon;Lee, Hyun Jeong;Kim, Young Joo
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.54
no.6
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pp.29-37
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2012
This study was carried out to runoff characteristics in an upland livestock manure compost. Irrigation, runoff and water quality data in the upland were analyzed periodically from May to November in 2011. The observed amount of rainfall, irrigation, runoff for the experimental upland during the investigation period were 1,299.7 mm, 32.0 mm, and 340.7 mm, respectively. The concentrations of T-N in compost and non-compost upland during study period were ranged from 2.09 mg/L to 6.66 mg/L and from 1.99 mg/L to 6.01 mg/L, respectively. which was generally higher than the quality standard of agricultural water (1.0 mg/L). The concentrations of T-P in compost and non-compost upland during study period were ranged from 0.069 mg/L to 0.525 mg/L and from 0.018 mg/L to 0.152 mg/L, respectively. The runoff pollutants loadings of T-N and T-P in compost upland were 10.05 kg/ha and 0.56 kg/ha, respectively. The runoff pollutants loadings of T-N and T-P in non-compost upland were 9.09 kg/ha and 0.26 kg/ha, respectively. The runoff pollutants loadings in T-N and T-P from this study were much lower values than the pollutant loadings of T-N and T-P from the upland published by the others studies. Runoff pollution loadings due to the upland field in order to identify the characteristics of various crops, farming methods and a variety of targets taking into account regional characteristics by conducting continuous monitoring runoff load estimate will be required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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