Ko-fermentacja pomiotu kurzego

• Autorzy: Sadecka Z. , Suchowska-Kisielewicz M.

Warianty tytułu

EN

Co-fermentation of Chicken Manure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obok powszechnie stosowanej fermentacji metanowej osadów ściekowych, coraz większego znaczenia nabierają metody biologicznego, beztlenowego przetworzenia wielu rodzajów odpadów organicznych, zarówno stałych jak i ciekłych. O efektywności procesu oraz o ilości produkowanego biogazu decyduje charakter substratu i jego podatność na rozkład beztlenowy. Podatność substratów organicznych na biodegradację ocenia się na podstawie ilorazu C/N, który powinien dla procesu fermentacji metanowej mieścić się w zakresie od 20 do 30:1. Optymalizację składu substratów, a w szczególności: zawartości suchej masy, suchej masy organicznej, ilorazu C/N czy też stężenia inhibitorów można uzyskać stosując ko-fermentację, czyli wspólną fermentację dwóch lub więcej składników połączonych w jednorodną mieszaninę. Najczęściej spotyka się rozwiązanie, gdy jeden z substratów jest w przeważającej ilości (>50%). W miarę prowadzonych doświadczeń w skali półtechnicznej czy też technicznej zwiększa się spectrum wykorzystywanych ko-substratów. Proces ko-fermentacji wymaga wprowadzenia bilansowania składu substratów i ich wstępnego przygotowania. Jednym z substratów do biogazowni rolniczych może być pomiot kurzy. Wykorzystanie pomiotu stwarza jednak problemy eksploatacyjne. Związane jest to przede wszystkim z wysokimi stężeniami azotu amonowego oraz niekorzystnym ilorazem węgla organicznego do azotu w granicach od 2 do 14:1. Prawidłowo przebiegająca fermentacja metanowa pomiotu kurzego wymaga, więc zbilansowania ilorazu C/N przez wprowadzanie odpowiedniej ilości dodatkowych ko-substratów, bogatych w węgiel organiczny. Ko-substratami tymi mogą być: odpady szklarniowe (łęty pomidorów, ogórków), odpady rolnicze (obierki, wysłodki, melasa), biomasa w tym rośliny energetyczne (kiszonki kukurydzy, traw), frakcja organiczna odpadów komunalnych i osady ściekowe. Konkurencyjnym ko-substratem w przypadku małych biogazowni rolniczych może być podłoże popieczarkowe. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące przebiegu procesu fermentacji pomiotu kurzego wraz z różnymi ko-substratami. Głównym celem badań było ustalenie optymalnych udziałów ko-substratów do procesu fermentacji w celu uzyskania wysokiej produkcji metanu (BMP). Głównym substratem był pomiot kurzy, a jako ko-substraty wykorzystywano: podłoże pieczarek, kiszonkę kukurydzy, słomę, trawę oraz łęty pomidorów. Udział ko-substratów we wsadzie do fermentacji pomiotu kurzego ustalano w oparciu o iloraz C/N. Substraty rozdrabniano do wymiarów < 20mm. Skład fizyczno-chemiczny oceniano na podstawie następujących parametrów: zawartość suchej masy, suchej masy organicznej, ChZT, pH, stężenia azotu Kjeldahla, azotu amonowego i fosforu. Podatność tych substratów na biodegradację beztlenową oceniano na podstawie ilorazu C/N oraz w teście BMP. Badania procesu beztlenowego rozkładu z produkcją biogazu prowadzono w reaktorach nie przepływowych o obj. 2,5 d³ w czasie 21-30 dób. Potencjał biogazowy określono dla różnego procentowego udziału pomiotu kurzego i ko-substratów. W badaniach testowano mieszaniny: pomiot kurzy + kiszonka kukurydzy, pomiot kurzy + łęty pomidorów, pomiot kurzy + słoma, pomiot kurzy + podłoże pieczarek. Wyznaczone wartości C/N dla substratów wynosiły od 12 do 169. Do zakresu optymalnego dla procesu fermentacji zbliżony był tylko iloraz C/N = 31 wyznaczony dla łęt pomidorów. Pomiot kurzy charakteryzował się wartością tego ilorazu na poziomie 12. Wyniki uzyskane dla pomiotu, trawy, kiszonki kukurydzy dobrze korespondują z wartościami C/N podawanymi w literaturze. Dla słomy stosowanej w badaniach uzyskano iloraz C/N=169 i odbiegał on od zakresu 80-100:1 podawanego w literaturze. Aby skorygować wartość ilorazu C/N do substratu podstawowego (pomiot kurzy) dodawano w różnych proporcjach inne substraty. W mieszaninach pomiot kurzy stanowił od 20 do 90%. Dla mieszaniny pomiotu kurzego z kiszonką kukurydzy uzyskano ilorazy C/N w zakresie 13-38. Iloraz C/N od 20 do 30 uzyskano dla mieszanin: 40% pomiot kurzy+ 60% kiszonka kukurydzy oraz 60% pomiot kurzy+40% kiszonka kukurydzy. Dobrym ko-substratem do pomiotu kurzego okazały się łęty pomidorów. Dla udziału łęt od 60 do 90% wartości C/N mieszaniny oscylowały w zakresie od 20 do 27. Najwyższą produkcję metanu na poziomie 320 d³/kg s.m. uzyskano dla kiszonki kukurydzy oraz dla trawy rzędu 237 d³/kg s.m. Wyniki badań wykazały, że kiszonka kukurydzy i łęty pomidorów są dobrymi ko-substratami do procesu fermentacji pomiotu kurzego. Mieszanina składająca się z 60% pomiotu i 40% kiszonki kukurydzy charakteryzowała się największą produkcją metanu. Produkcję metanu rzędu >200 d³/kg s.m. uzyskano również dla mieszanin: 60% pomiotu i 40% łęt pomidorów oraz 20% pomiot kurzy i 80% trawa. W przypadku dwóch ostatnich mieszanin wartości ilorazu C/N były < 20 i wynosiły kolejno 16 i 15. Dodatek 30 i 40% kiszonki kukurydzy powodował wzrost produkcji biogazu w stosunku do ilości produkowanej z pomiotu kurzego kolejno o: 25 i 35%. Porównując produkcję metanu z tych mieszanin odnotowano spadek tej produkcji w porównaniu do produkcji uzyskiwanej z samej kiszonki. Z mieszaniny pomiotu z łętami pomidorów z zawartością 40 i 60% pomiotu uzyskano większą produkcję metanu w porównaniu do produkcji uzyskanej dla samego pomiotu i samych łęt. Dodatek od 40 do 80% łęt do pomiotu powodował wzrost wartości ilorazu C/N mieszaniny, co nie wpłynęło na zwiększenie produkcji metanu. Największą produkcję metanu uzyskano w procesie ko-fermentacji mieszaniny: 60% pomiotu i 40% łęt pomidorów przy C/N = 16. Wyniki badań wykazują, że zalecany w literaturze iloraz C/N w zakresie 20-30:1 nie jest jednoznacznym parametrem oceniających podatność substratów i ich mieszanin na rozkład beztlenowy oceniany na podstawie ilości produkowanego metanu (biogazu).

EN

In addition to the commonly used methane fermentation of sewage sludge also organic wastes both solid and liquid they are increasingly being processed in anaerobic process. The effectiveness of the process and the amount of biogas produced depends on the type of substrate and its susceptibility to anaerobic digestion. The susceptibility of organic substrates to biodegradation is assessed on the basis of the ratio C/N, which for methane fermentation process should be in the range of from 20 to 30: 1. The optimization of the composition of substrates, in particular a dry matter content of organic dry matter, the ratio C/N or the concentration of inhibitor may be obtained using co-fermentation means fermentation of two or more ingredients combined in a homogeneous mixture. The most common is a solution where one of the substrates is proportion > 50%. As research on a pilot scale and technical scale increases spectrum used co-substrates. The process of co-fermentation requires a balancing of the composition of the feedstock and pretreatment. One of the substrates for biogas plants can be chicken manure. However, the use of manure causes operational problems. This is due to high levels of ammonia nitrogen and negative quotient of organic carbon to nitrogen in the range from 2 to 14: 1. Properly runs methane fermentation of chicken manure therefore requires balancing the ratio C/N by entering the appropriate number of additional co-substrates, rich in organic carbon. Co-substrates of these may be: greenhouse waste (haulm tomatoes, cucumbers), agricultural wastes (peels, pulp, molasses), biomass including energy crops (corn silage, grass), the organic fraction of municipal waste and sewage sludge. Competitive co-substrate in the case of small agricultural biogas plants can be ground mushrooms. The paper presents results of research on the process of fermentation chicken manure along with various co-substrates. The main aim of the study was to determine the optimal part of co-substrates for the fermentation process to obtain high production of methane gas (BMP). The main substrate was chicken manure, and as co-substrates were used: grant mushrooms, corn silage, straw, grass and haulm tomatoes. The share of the co-substrates in the feed to the poultry manure fermentation was determined based on the quotient of C / N. Substrates was shredded to a size <20 mm. The physicochemical composition was evaluated based on the following parameters: dry matter content, organic matter, COD, pH, concentration of Kjeldahl nitrogen, ammonia nitrogen and phosphorus. The susceptibility of these substrates on anaerobic biodegradation was evaluated based on the ratio C/N and BMP test. The study of the anaerobic decomposition of biogas production was carried out in the reactors with a volume 2.5 dm(3) at the time of 21-30 days. The potential of biogas specified for different percentages chicken manure and co-substrates. In the studies were tested a mixture of: chicken manure + corn silage, chicken manure + haulm tomatoes, chicken manure + straw, chicken manure + ground mushroom. A good co-substrate for chicken manure proved haulm tomatoes. For the portion haulms came from 60 to 90% of the C/N of the mixture fluctuated in the range of 20 to 27. The highest methane production at the level of 320 dm(3)/kg DM obtained for corn silage and grass for at the level of 237 dm(3)/kg DM. The results showed that maize silage and haulm tomatoes are good co-substrates for fermentation of chicken manure. A mixture consisting of 60% manure, and 40% corn silage characterized by the highest production of methane. Methane production at the level of >200 dm(3)/kg DM were also obtained for mixtures of 60% manure and 40% haulms came tomatoes and chicken manure 20% and 80% grass. For the last two mixtures, the ratio of C/N was <20 and were 16 and 15, respectively. The addition of 30 and 40% corn silage caused an increase the biogas production relative to the amount of poultry manure produced successively by 25 and 35%. Comparing the production of methane from these mixtures to produce the same corn silage recorded a decrease of these production. The addition of 30 and 40% corn silage caused an increase the biogas production relative to the amount of poultry manure produced successively by 25 and 35%. Comparing the production of methane from these mixtures to produce the same corn silage recorded a decrease production. With a mixture of manure with haulm tomatoes with the contents of 40 and 60% reported greater manure methane production compared to the production obtained for manure and haulm tomatoes. The addition of from 40 to 80% of the tomato haulm to manure caused an increase of the ratio C/N of the mixture, which did not affect the increase in methane production. The highest methane production achieved in the co-fermentation with a mixture of 60% manure, and 40% tomato haulm at C/N = 16. The test results show that recommended in the literature quotient C/N in the range of 20-30:1 is not a unique parameter for assessing the susceptibility of substrates and mixtures for anaerobic digestion.

Słowa kluczowe

PL

pomiot kurzy; ko-fermentacja; C/N; biogaz

EN

chicken manure; co-fermentation; C/N ratio; biogas

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 609--625
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Sadecka Z.

• Uniwersytet Zielonogórski

autor

Suchowska-Kisielewicz M.

• Uniwersytet Zielonogórski

Bibliografia

• 1. Carmona, P.C.R. & Witaszek, K., (2014). Fermentacja metanowa pomiotu kurzego jako alternatywa i przyjazna środowisku technologia jego zagospodarowania. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska,
• 2. 16(1), 21-26.
• 3. Dąbrowska, L. (2015). Wpływ sposobu prowadzenia fermentacji osadów ściekowych na produkcję biogazu. Rocznik Ochrona Środowiska, 17, 943-957.
• 4. Fugol, M. & Prask, H. (2011). Porównanie uzysku biogazu z trzech rodzajów kiszonek: z kukurydzy, lucerny i trawy. Inżynieria Rolnicza, 9(134), 31-38.
• 5. Fugol, M. & Szlachta J. (2010). Zasadność używania kiszonki z kukurydzy i gnojowicy świńskiej do produkcji biogazu. Inżynieria Rolnicza, 1(119), 169-174.
• 6. Jędrczak, A. (2007). Biologiczne przetwarzanie odpadów. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• 7. Khanal, S.K. (2008). Anaerobic Biotechnology for Bioenergy Production. Wiley-Blackwell, A John Wiley&Sons Publications.
• 8. Lebiocka, M. (2013). Wpływ współfermentacji starych odcieków z osadami ściekowymi na stężenia metali ciężkich w osadzie przefermentowanym. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 466-478.
• 9. Owen, W.F., Stuckey, D.C., Healy Jr.. J.B., Young, L.Y., McCartyet, P.L. (1979). Bioassay for Monitoring biochemical methane potential and anaerobic toxicity. Journal Water Researches, 13(6), 485-492.
• 10. Polityka energetyczna Polski do 2030 roku. (2009). Warszawa: Ministerstwo Gospodarki.
• 11. Popczyk, J. (2008). Innowacyjna energetyka – rolnictwo energetyczne. Rynek Instalacyjny, 4, 70-74.
• 12. Romaniuk, W., Domasiewicz, T. (2014). Substraty dla biogazowni rolniczych. Warszawa: Wyd. Hortpress.
• 13. Sadecka, Z. (2010). Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków. Warszawa: Wydawnictwo Seidel-Przywecki.
• 14. Sidełko, R. (2013). Zastosowanie reaktora kompaktowego do fermentacji metanowej odpadów komunalnych. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 683-693. Szlachta, J. (2009). Możliwości pozyskiwania biogazu rolniczego jako odnawialnego źródła energii. Ekspertyza, AgEngPol.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.