Thermophilic anaerobic digestion of the screened solid fraction of dairy manure in a solid-phase percolating reactor system

An increase in volatile solids (VS) content from solid fraction of dairy manure would reduce the size of biogas on-farm facilities and could be of greater interest to farmers than manure slurry biogas plants. This study examined the technical feasibility of a solid-phase batch thermophilic anaerobic digestion system for the screened solid fraction (SF) of dairy manure using the digested liquid fraction of dairy manure as inoculum. Inoculum to substrate ratio (I/S) and percolate recirculation strategy were the parameters studied. The manure slurry separation process resulted in a solid fraction that represented 16.8% of total manure mass; this aforementioned fraction showed an ultimate methane yield of 61.5 L CH4 kg−1 SF (265 L CH4 kg−1 VS) which represented 48% of methane potential from raw manure slurry. Five comparative experiments with 40 kg SF and different I/S ratios and percolate recirculation rates revealed that higher I/S ratios provide more security against inhibition states due to high VFA levels and low pH in percolate. The results of the present work have shown that increasing the percolate recirculation rate in intermittent and short recirculation operations improves the stability and speed of the process. Under this percolate recirculation strategy dry batch operation was possible with a I/S ratio of 0.6 obtaining methane yields of 145, 175, 204 and 220 L CH4 kg−1 VS after 15, 20, 30 and 60 days of operation

A comprehensive review on rheological studies of sludge from various sections of municipal wastewater treatment plants for enhancement of process performance

Large quantities of sludge is generated from different sections of a wastewater treatment plant operation. Sludge can be a solid, semisolid or liquid muddy residual material. Understanding the flow behaviour and rheological properties of sewage sludge at different sections of a wastewater treatment plant (WWTP) is important for the design of pumping system, mixing, hydrodynamics and mass transfer rates of various sludge treatment units, optimization of conditioning dose and for sustainable sludge management. The current article provides a comprehensive review on up to date literature information on rheological behaviour of raw primary sludge, excess activated sludge, thickened excess activated sludge, mixture of raw primary and thickened excess activated sludge (mixed sludge), digested sludge, and biosolid under the influence of different operating parameters and their impacts on process performance. The influences of various process parameters such as solid concentration, temperature, pH, floc particle size, primary to secondary sludge mixing ratio, aging and conditioning agent doses on the rheological behaviour of sludge from different treatment units of WWTPs are critically analysed here. Yield stress was reported to increase with increasing solid concentration for all types of sludge whereas viscosity showed a decreasing trend with decreasing total solid concentration and percentage of thickened excess activated sludge in the mixture. Temperature showed an inverse relationship with yield stress and viscosity. Viscosity was reported to be decreased with decrease in pH. The effect of various conditioning agents on the rheological behaviour of sludge are also discussed here. The applicability and practical significance of various rheological models such as Bingham, Power Law (Ostwald), Herschel-Bulkley, Casson, Sisko, Careau, and Cross models to experimental rheological characteristics of various sludges were presented here. The reported results on various rheological parameters such as shear stress, yield stress, flow index, infinite, zero-rate viscosity, and flow consistency index of different sludge types obtained from the best fitted model were also compiled here. Conclusions have been drawn from the literature reviewed and few suggestions for future research direction are proposed

Link between process parameters, micro-organisms and performance of dry anaerobic digestion

La digestion anaérobie est un processus de transformation de la matière organique en biogaz riche en méthane. Les déchets solides sont le plus souvent traités par une technologie par voie sèche qui est caractérisée par des teneurs en matières sèches supérieures à 20%. Du fait de la faible teneur en eau, la digestion sèche présente de nombreuses inconnus scientifiques, tant au niveau microbiologique et physico-chimique. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence des parametres opératoires spécifiques à la digestion anaérobie par voie sèche sur les performances et le comportement des communautés microbiennes de ce processus. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation de la teneur en matières sèches au-delà de 30% et la diminution de la surface spécifique d'échange ont un effet négatif sur le processus de digestion anaérobie. En effet lorsque la teneur en matière sèche est supérieure à 30%, le transfert des gaz dissous du milieu réactionnel vers le ciel gazeux peut limiter la méthanisation. L'analyse des populations microbiennes montre la présence de bio-indicateurs bactériens liés au non fonctionnement de la digestion anaérobie. Ces bio-indicateurs sont des clostridium et sont présents quel que soit l'inoculum utilisé. L'étude des populations méthanogènes montre une sensibilité de ces microorganismes à leur environnement : des shifts de populations méthanogènes ont été observés en fonction de la concentration en matières sèches. Ce travail a permis d'accroître les connaissances dans le domaine de la digestion anaérobie sèche, ces connaissances pouvant contribuer à améliorer les performances des procédés.Anaerobic digestion is the transformation of organic matter into biogas rich in methane. Solid waste is treated by dry anaerobic digestion process with a total solid content higher than 20%. The high solids content make the process difficult to control. The aim of this work is to study the influence of operating parameters specific to dry anaerobic digestion on performances and behavior of microbial communities. The results show that increasing the solids content higher than 30% and decreasing the specific surface area of change have a negative effect on the anaerobic digestion process. Indeed, when the solids content exceeds 30%, the transfer of dissolved gas from the reaction mixture to the headspace can limit anaerobic digestion. The analysis of microbial populations demonstrates the presence of bacterial bio-indicators related to no-functioning anaerobic digestion. These bio-indicators correspond to the clostridium genus and are present regardless of the inoculum source. The study of methanogenic Archaea shows a sensitivity of these microorganisms. Shifts in the methanogenic populations related to the concentration of total solids were observed. This work has improved the fundamental knowledge of dry anaerobic digestion which can help improve the performance of this process

Lien entre paramètres opératoires, microorganismes et performances de la digestion anaérobie par voie sèche

Anaerobic digestion is the transformation of organic matter into biogas rich in methane. Solid waste is treated by dry anaerobic digestion process with a total solid content higher than 20%. The high solids content make the process difficult to control. The aim of this work is to study the influence of operating parameters specific to dry anaerobic digestion on performances and behavior of microbial communities. The results show that increasing the solids content higher than 30% and decreasing the specific surface area of change have a negative effect on the anaerobic digestion process. Indeed, when the solids content exceeds 30%, the transfer of dissolved gas from the reaction mixture to the headspace can limit anaerobic digestion. The analysis of microbial populations demonstrates the presence of bacterial bio-indicators related to no-functioning anaerobic digestion. These bio-indicators correspond to the clostridium genus and are present regardless of the inoculum source. The study of methanogenic Archaea shows a sensitivity of these microorganisms. Shifts in the methanogenic populations related to the concentration of total solids were observed. This work has improved the fundamental knowledge of dry anaerobic digestion which can help improve the performance of this process.La digestion anaérobie est un processus de transformation de la matière organique en biogaz riche en méthane. Les déchets solides sont le plus souvent traités par une technologie par voie sèche qui est caractérisée par des teneurs en matières sèches supérieures à 20%. Du fait de la faible teneur en eau, la digestion sèche présente de nombreuses inconnues scientifiques, tant au niveau microbiologique que physico-chimique. Le but de cette thèse est de comprendre l’influence des paramètres opératoires spécifiques à la digestion anaérobie par voie sèche sur les performances et le comportement des communautés microbiennes de ce processus. Les résultats obtenus montrent que l’augmentation de la teneur en matières sèches au-delà de 30% et la diminution de la surface spécifique d’échange ont un effet négatif sur le processus de digestion anaérobie. En effet, lorsque la teneur en matières sèches est supérieure à 30%, le transfert des gaz dissous du milieu réactionnel vers le ciel gazeux peut limiter la méthanisation. L’analyse des populations microbiennes montre la présence de traceurs bactériens liés au non fonctionnement de la digestion anaérobie. Ces microorganismes sont des clostridii et sont présents quel que soit l’inoculum utilisé. L’étude des populations méthanogènes montre une sensibilité de ces microorganismes à leur environnement : des shifts de populations méthanogènes ont été observés en fonction de la concentration en matières sèches. Ce travail a permis d’accroître les connaissances dans le domaine de la digestion anaérobie sèche, ces connaissances pouvant contribuer à améliorer les performances des procédés

Lien entre paramètres opératoires, micro-organismes et performances de la digestion anaérobie par voie sèche

La digestion anaérobie est un processus de transformation de la matière organique en biogaz riche en méthane. Les déchets solides sont le plus souvent traités par une technologie par voie sèche qui est caractérisée par des teneurs en matières sèches supérieures à 20%. Du fait de la faible teneur en eau, la digestion sèche présente de nombreuses inconnus scientifiques, tant au niveau microbiologique et physico-chimique. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence des parametres opératoires spécifiques à la digestion anaérobie par voie sèche sur les performances et le comportement des communautés microbiennes de ce processus. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation de la teneur en matières sèches au-delà de 30% et la diminution de la surface spécifique d'échange ont un effet négatif sur le processus de digestion anaérobie. En effet lorsque la teneur en matière sèche est supérieure à 30%, le transfert des gaz dissous du milieu réactionnel vers le ciel gazeux peut limiter la méthanisation. L'analyse des populations microbiennes montre la présence de bio-indicateurs bactériens liés au non fonctionnement de la digestion anaérobie. Ces bio-indicateurs sont des clostridium et sont présents quel que soit l'inoculum utilisé. L'étude des populations méthanogènes montre une sensibilité de ces microorganismes à leur environnement : des shifts de populations méthanogènes ont été observés en fonction de la concentration en matières sèches. Ce travail a permis d'accroître les connaissances dans le domaine de la digestion anaérobie sèche, ces connaissances pouvant contribuer à améliorer les performances des procédés.Anaerobic digestion is the transformation of organic matter into biogas rich in methane. Solid waste is treated by dry anaerobic digestion process with a total solid content higher than 20%. The high solids content make the process difficult to control. The aim of this work is to study the influence of operating parameters specific to dry anaerobic digestion on performances and behavior of microbial communities. The results show that increasing the solids content higher than 30% and decreasing the specific surface area of change have a negative effect on the anaerobic digestion process. Indeed, when the solids content exceeds 30%, the transfer of dissolved gas from the reaction mixture to the headspace can limit anaerobic digestion. The analysis of microbial populations demonstrates the presence of bacterial bio-indicators related to no-functioning anaerobic digestion. These bio-indicators correspond to the clostridium genus and are present regardless of the inoculum source. The study of methanogenic Archaea shows a sensitivity of these microorganisms. Shifts in the methanogenic populations related to the concentration of total solids were observed. This work has improved the fundamental knowledge of dry anaerobic digestion which can help improve the performance of this process.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF