Production of Biogas Using Maize Silage Supplemented with Residual Glycerine from Biodiesel Manufacturing

• Autorzy: Pokój T. , Gusiatin Z. M. , Bułkowska K. , Dubis B.

Identyfikatory

DOI

10.2478/aep-2014-0035

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie biogazu podczas wspólnej fermentacji kiszonki kukurydzy zwyczajnej i frakcji glicerynowej z produkcji biodiesla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to investigate the influence of residual glycerine (5 and 10% w/w) from the biodiesel industry, used as a co-substrate, on biogas production from maize silage. The experiments were conducted in a laboratory-scale, single-stage anaerobic digester at 39ºC and hydraulic retention time (HRT) of 60 d. Addition of 5% residual glycerine caused organic load rate (OLR) to increase to 1.82 compared with 1.31 g organic dry matter (ODM) L-1d-1 for maize silage alone. The specific biogas production rate and biogas yield were 1.34 L L-1d-1 and 0.71 L g ODM-1 respectively, i.e. 86% and 30% higher than for maize alone. Increasing the residual glycerine content to 10% increased OLR (2.01 g ODM L-1d-1), but clearly decreased the specific biogas production rate and biogas yield to 0.50 L L-1d-1 and 0.13 L g ODM-1 respectively. This suggested that 10% glycerine content inhibited methanogenic bacteria and organics conversion into biogas. As a result, there was accumulation of propionic and valeric acids throughout the experiment.

PL

W pracy badano wpływ frakcji glicerynowej w stężeniu 5 i 10% wag. na produkcję biogazu z kiszonki kukurydzy zwyczajnej. Doświadczenie prowadzono w skali laboratoryjnej, w układzie jednostopniowym. Hydrauliczny czas zatrzymania (HRT) i temperatura fermentacji wynosiły odpowiednio 60d i 39ºC. Udział frakcji glicerynowej substracie w stężeniu 5% wag. spowodował wzrost obciążenia ładunkiem organicznym (OLR) do 1,82 g s.m.o./dm³·d w porównaniu do OLR podczas fermentacji samej kiszonki (1,31 g s.m.o./dm³·d). Jednostkowa szybkość produkcji biogazu oraz współczynnik wydajności biogazu wyniosły odpowiednio 1,34 dm³/dm³·d oraz 0,71 dm³/g s.m.o. i były o 86% oraz 30% wyższe w porównaniu do wartości uzyskanych dla samej kiszonki. Gdy stężenie frakcji glicerynowej w substracie wzrosło do 10% wag. (OLR = 2,01 g s.m.o./dm³·d) jednostkowa szybkość produkcji biogazu oraz współczynnik wydajności biogazu wyraźnie zmalały do 0,50 dm³/dm³·d i 0,13 dm³/g s.m.o, co oznacza, że w stężeniu 10% wag. frakcja glicerynowa miała inhibicyjny wpływ na wzrost metanogenów i konwersję substancji organicznych do biogazu. W rezultacie następowała kumulacja kwasów propionowego i walerianowego w wodzie osadowej.

Słowa kluczowe

EN

anaerobic digestion; residual glycerine; energy crops; maize silage; glycerol osmotic pressure

PL

biogaz; fermentacja beztlenowa; frakcja glicerynowa; rośliny energetyczne; kiszonka z kukurydzy; ciśnienie osmotyczne

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 40, no. 4
• Strony: 17--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pokój T.

• Department of Environmental Biotechnology, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, ul. Słoneczna 45G, 10-709 Olsztyn, Poland

autor

Gusiatin Z. M.

• Department of Environmental Biotechnology, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, ul. Słoneczna 45G, 10-709 Olsztyn, Poland

autor

Bułkowska K.

• Department of Environmental Biotechnology, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, ul. Słoneczna 45G, 10-709 Olsztyn, Poland

autor

Dubis B.

• Department of Agrotechnology and Crop Management, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, ul. M. Oczapowskiego 8, 10-719 Olsztyn, Poland

Bibliografia

• [1] Amon, T., Amon, B., Kryvoruchko, V., Bodiroza, V., Pötsch, E. & Zollitsch, W. (2006). Optimising methane yield from anaerobic digestion of manure: effects of dairy systems and of glycerine supplementation, International Congress Series, 1293, 217–220.
• [2] Amon, T., Hackl, E. Jeremic, D., Amon, B. & Boxberger, J. (2001). Biogas production from animal wastes, energy plants and organic wastes [in:] Van Velsen, A.F.M. & Verstraete, W.H. (Eds), Anaerobic Conversion for Sustainability. Proc. 9th World Congress Anaerobic Digestion, Antwerp, Belgium, 381–386, 2001.
• [3] APHA (American Public Health Association). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18th ed. American Public Health Association, Washington DC 1992.
• [4] Barbirato, F., Chedaille, D. & Bories, A. (1997). Propionic acid fermentation from glycerol: Comparison with conventional substrates, Applied Microbiology and Biotechnology, 47, 4, 441–446.
• [5] Boone, D.R. & Xun, L.Y. (1987). Effects of pH, temperature, and nutrients on propionate degradation by a methanogenic enrichment culture, Applied and Environmental Microbiology, 53, 7, 1589–1592.
• [6] Demirbas, M.F. & Balat, M. (2006). Recent advances on the production and utilization trends of bio-fuels: a global perspective, Energy Conversion and Management, 47, 15–16, 2371–2381.
• [7] Fannin K.F. (1987). Start-up, operation, stability and control [in:] Chynoweth, D.P., Isaacson R. (Eds), Anaerobic Digestion of Biomass. Elsevier, London, 171–196, 1987.
• [8] Gilroyed, B.H., Reuter, T., Chu, A., Hao, X., Xu, W. & McAllister, T.A. (2010). Anaerobic digestion of specified risk materials with cattle manure for biogas production, Bioresource Technology, 101, 15, 5780–5785.
• [9] Hajarnis, S.R. & Ranade, D.R. (1994). Effects of propionate toxicity on some methanogens at different pH values and in combination with butyrate [in:] Proceedings of 7th International Symposium on Anaerobic Digestion, Cape Town, South Africa, 46–49, 1994.
• [10] Hill, D.T. & Holmbert, R.D. (1988). Long chain volatile fatty acid relationships in anaerobic digestion of swine waste, Biological Wastes, 23, 3, 195–214.
• [11] Hongwei, Y., Zhanpeng, J. & Shaoqi, S. (2004). Anaerobic biodegradability of aliphatic compounds and their quantitative structure biodegradability relationship, Science of the Total Environment, 322, 1–3, 209–219.
• [12] Ma, J., van Wambeke, M., Carballa, M. & Verstraete, W. (2008). Improvement of the anaerobic treatment of potato processing wastewater in a UASB reactor by co-digestion with glycerol, Biotechnology Letters, 30, 5, 861–867.
• [13] McCarty, P.L. & Brousseau, M.H. (1963). Effect of high concentrations of individual organic acids in anaerobic treatment [in:] Proceedings of 18th Annual Purdue Industrial Waste Conference 99, 283–288, 1963.
• [14] Nkosi, B.D., Meeske, R., Palic, D. & Langa, T. (2009). Laboratory evaluation of an inoculant for ensiling whole crop maize in South Africa, Animal Feed Science and Technology, 150, 1, 144–150.
• [15] Nyns, E.J. (1986). Biomethanation processes [in:] W. Schonborn (Eds) Microbial Degradations, 8, Wiley-VCH Weinheim, Berlin, 207–267, 1986.
• [16] Pullammanappallil, P.C., Chynoweth, D.P., Lyberatos, G. & Svoronos, S.A. (2001). Stable performance of anaerobic digestion in the presence of a high concentration of propionic acid, Bioresource Technology, 78, 2, 165–169.
• [17] Robra, S., Serpa da Cruz, R., de Oliveira, A.M. Neto, J.A.A. & Santos, J.V. (2010). Generation of biogas using crude glycerin from biodiesel production as a supplement to cattle slurry, Biomass Bioenergy, 34, 9, 1330–1335.
• [18] Saegeman, V.S.M., Ectors, N.L., Lismont, D., Verduyckt, B. & Verhaegen, J. (2008). Short- and long-term bacterial inhibiting effect of high concentrations of glycerol used in the preservation of skin allografts, Burns, 34, 2, 205–211.
• [19] Sarin, R., Sharma, M., Sinharay, S. & Malhotra, R.K. (2007). Jatropha-palm biodiesel blends: An optimum mix for Asia, Fuel, 86, 10–11, 1365–1371.
• [20] Siles Lopez, J.A., Martin Santos, M.d.l.A., Chica Perez, A.F. & Martin Martin, A. (2009). Anaerobic digestion of glycerol derived from biodiesel manufacturing, Bioresource Technology, 100, 23, 5609–5615.
• [21] Weiland, P. (2006). Biomass digestion in agriculture: a successful pathway for the energy production and waste treatment in Germany, Engineering in Life Sciences, 6, 3, 302–309.
• [22] Weiland, P. (2010). Biogas production: Current state and perspectives, Applied Microbiology and Biotechnology, 85, 4, 849–860.
• [23] Wheatley, A. (1990). Anaerobic Digestion: A Waste Treatment Technology. Elsevier, London 1990.
• [24] Zhang, A. & Yang, S.-T. (2010). Propionic acid production from glycerol by metabolically engineered Propionibacterium acidipropionici, Process Biochemistry, 44, 12, 1346–1351.