Metody frakcjonowania substratu dla modelu ADM1

• Autorzy: Żak A. , Montusiewicz A. , Łagód G.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2014.8(2)082

Warianty tytułu

EN

Methods of substrate fractionation in ADM1

• Konferencja: ECOpole’14 Conference (15-17.10.2014, Jarnoltowek, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rozkład beztlenowy jest stosowany do oczyszczania oraz energetycznego wykorzystania ścieków, osadów i odpadów pochodzenia rolno-spożywczego. W ostatnim dwudziestoleciu proces ten zyskuje coraz większą popularność. Wraz ze wzrostem wykorzystania rozkładu beztlenowego do produkcji energii i oczyszczania ścieków rozwijano modele symulujące przebieg procesu. Modele matematyczne procesów biotechnologicznych wymagają zazwyczaj charakterystyki substratu z wyszczególnieniem jego form. Dotyczy to również modelu Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1), dla którego należy określić zawartość węglowodanów, białek, tłuszczów i frakcji inertnej w dopływie. Pełna identyfikacja wszystkich składników substratu jest zazwyczaj bardzo trudna i kosztowna, a metody frakcjonowania materiału organicznego na potrzeby wspomnianego modelu są ciągle rozwijane i udoskonalane. Prezentowana praca obejmuje przegląd metod frakcjonowania substratu dla modelu ADM1: metodę opartą na wartości pokarmowej pasz; metodę zaproponowaną przez Henze oraz metodę opartą na bilansie ChZT i N. Przedstawiono także wyniki badań symulacyjnych dla obiektu pracującego w skali technicznej z wykorzystaniem komór o zróżnicowanej temperaturze fermentacji.

EN

Anaerobic digestion is commonly applied for treatment as well as energetic usage of sewage, sewage sludge and agricultural waste. Recently, it has become more and more popular. Together with the popularity of the use of anaerobic digestion for energy production and wastewater purification, models for simulation of the process in question were developed. In general, the mathematical models of biotechnological processes require both characteristics of the substrates involved and specification of their forms. This approach also concerns the Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1), which demands the description of carbohydrates, proteins, fats and inert fraction in the feed supplying the reactor. Specific and complete characterization of all compounds mentioned is usually difficult and expensive, however the method of fractionation of the organic material for the needs of ADM1 model are developed. This study presents the crucial issues of the methane fermentation process being the base for mathematical description used in the ADM1 model. The paper also reports a review of fractionation methods for the analyzed model. Among them, the method based on the nutritional value of feed, the method proposed by Henze and the method based on COD and N balance are described.

Słowa kluczowe

PL

ADM1; frakcjonowanie; rozkład beztlenowy; symulacje komputerowe

EN

ADM1; fractionation; anaerobic digestion; computer simulation

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 8, No. 2
• Strony: 651--658
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Żak A.

• SH+E Polska Sp. z o.o., al. Kraśnicka 25, 20-718 Lublin

autor

Montusiewicz A.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin, tel. [phone]

autor

Łagód G.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Jędrczak A. Biologiczne przetwarzanie odpadów. Warszawa: Wyd Nauk PWN; 2007.
• [2] Batstone DJ, Keller J, Angelidaki I, Kaluzhnyi SV, Pavlostatis SG, Rozzi A, et al. Anaerobic Digestion Model No.1. London: IWA Publishing; 2002.
• [3] Parker WJ. Application of the ADM1 model to advanced anaerobic digestion. Biores Technol. 2005;96:1832-1842. DOI: 10.1016/j.biortech.2005.01.022.
• [4] Buffiere P, Loisel D, Bernet N, Delgenes JP. Towards new indicators for the prediction of solid waste anaerobic digestion properties. Water Sci Technol. 2006;53(8):233-241. DOI: 10.2166/wst.2006.254.
• [5] Oreopoulou UV, Russ W. Utilization of By-products and Treatment of Waste in the Food Industry. Springer; 2007.
• [6] Voβ S. Charakterisierung von Stoffen hinsichtlich ihres Gasertrages bei anaerober Behandlung durch die Parametr Kohlenhydrate. Fett und Eiweiβ; Bauhaus - Universität Weimar; 2006.
• [7] Weiland P. Grundlagen der Methangärung - Biologie und Substrate; VDI - Berichte 1620 „Biogas als regenerative Energie - Stand und Perspektuven“. VDI Verlag; 2001.
• [8] Jördening HJ, Winter J. Environmental Biotechnology. Concepts and Aplications. Wiley-VCH 2005.
• [9] Kleerebezem R, van Loosdecht MCM. Waste characterization for implementation in ADM1. Water Sci Technol. 2006;54(4):167-174. DOI: 10.2166/wst.2006.538.
• [10] Szewczyk KW. Model fermentacji metanowej - ADM1. Biotechnol. 2007;4(79):7-24.
• [11] Klimiuk E, Łebkowska M. Biotechnologia w ochronie środowiska. Warszawa: Wyd Nauk PWN; 2005.
• [12] Riesebieter H. Balancing of biogas production by the help of Input-Output analysis COD, VS, N total and P total for biogas plant of Gemüse Meyer Company. University of Applied Sciences Ostwestfalen-Lippe; 2008.
• [13] Wichern M, Gehring T, Fischer K, Andrade D, Lübken M, Koch K, et al. Monofermentation of grass silage under masophilic conditions: Measurements and mathematical modeling with ADM1. Biores Technol. 2009;100(4):1675-1681. DOI: 10.1016/j.biortech.2008.09.030.
• [14] Lübken M, Wichern M, Schlattmann M, Gronauer A, Horn H. Modelling the energy balance of an anaerobic digester fed with cattle manure and renewable energy crops. Water Res. 2007;41(18):4085-4096. DOI: 10.1016/j.watres.2007.05.061
• [15] Naumann C, Bassler R. Die Chemische Untersuchung Von Futtermitteln. VDLUFA-Methodenbuch Band III. Darmstadt: 1993.
• [16] van Soest PJ, Wine RH. Use of detergents in the analysis of fibrous feeds IV. Determination of plant cell-wall constituents. J Assn Offic Anal Chem. 1967;50:50-57.
• [17] Gruber L, Stögnüller G, Taferner K, Haberl L, Maierhofer G, Steiner B, et al. Protein und kohelenhydrat fraktionen nach dem cornell net carbohydrate and protein system sowie ruminaler nährstoffabbau in situ von energie und proteinreichen kraftfuttermitteln. Übers 2005. Tierernährg 33.
• [18] Tawila AMA. Omer HAA. Gad SM. Partial replacing of concentrate feed mixture by potato processing waste in sheep rations. J Agr Environ Sci. 2008;4(2):156-164.
• [19] Kryvoruchko V, Machmüller A, Bodiroza V, Amon B, Amon T. Anaerobic digestion of by-products of sugar beet and starch potato processing. Biomass Bioenerg. 2009;33(4):620-627. DOI: 10.1016/j.biombioe. 008.10.003.
• [20] Gunaseelan VN. Regression models of ultimate methane yields of fruits and vegetable solid wastes, sorgum and napiergrass on chemical composition. Biores Technol. 2007;98(6):1270-1277. DOI: 10.1016/j.biortech.2006.05.014.
• [21] Nawirska A, Uklańska C. Waste products from fruit and vegetable processing as potential sources for food enrichment in dietary fibre. Acta Sci Pol, Technol Aliment. 2008;7(2):35-42.
• [22] Chantaro P, Devahastin S, Chiewchan N. Production of antioxidant high dietary fiber powder from carrot peels. Food Sci Technol. 2008;41(10):1987-1994. DOI: 10.1016/j.lwt.2007.11.013.
• [23] Henze M, Harremoës P, Jansen JC, Arvin E. Oczyszczanie ścieków procesy biologiczne i chemiczne. Kielce: Politechnika Świętokrzyska; 2000.
• [24] Rönner-Holm SGE, Żak A, Holm NC. Comparison of different conditions, substrates and operation modes by dynamic simulation of a full-scale anaerobic SBR plant. Water Sci Technol. 2012;65(3):558-566. DOI:10.2166/wst.2012.887.