Biogas production from broiler manure, wastewater treatment plant sludge, and greenhouse waste by anaerobic co-digestion

Inappropriate management of organic wastes can cause serious damage to the environment by polluting water and air, which can lower the quality of life. Ammonia and greenhouse gases (CH4 and CO2) emitted from the waste storage units can pollute the air. Inappropriate application of nitrogen and phosphorus on fields as manure can lead to eutrophication of surface water resources and pollution of soil and ground water. Conversion of the organic wastes to biogas through anaerobic digestion will, however, reduce the adverse impact on the environment and will contribute to a reduction in the consumption of fossil fuels. This study investigated the anaerobic digestion of broiler manure and greenhouse waste as well as anaerobic co-digestion of broiler manure and dewatered and non-dewatered wastewater treatment plant sludge for the production of biogas. To this purpose, biochemical methane potential experiments were performed. Moreover, the effects of nutrient and trace metal supplementation on the biogas yield were also examined. The results of this study indicated that (1) The obtained biogas values for broiler manure and greenhouse waste were very well in agreement with relevant literature values and comparable to that of food waste reported in the literature, respectively. (2) The experimental biogas production observed for co-digestion of broiler manure and dewatered and non-dewatered wastewater treatment plant sludge is higher than literature values. (C) 2013 AIP Publishing LLC

Mikroalgal ve anaerobik mikrobiyel kültürlerin kullanımı ile entegre besiyer madde giderimi, sera gazı mitigasyonu ve biyo-yakıt ve biyo-ürün eldesi

TÜBİTAK ÇAYDAG15.08.2015Mikro algal kültürlerin kullanımı ile önemli bir sera gazı olan CO2’in mitigasyonu çok yeni bir araştırma alanıdır. Mikro algal kültürler ile besiyer madde giderimi ve atık mikro algal biyokütleden biyogaz, hidrojen ve gübre eldesi çeşitli araştırmalara tek başına ya da birlikte konu olmuş uygulamalardır. Ancak, bu projenin konusunu oluşturan mikro algal ve anaerobik mikrobiyel kültürlerin entegre besiyer madde giderimi, sera gazı mitigasyonu ve biyo-yakıt ve biyo-ürün eldesi için birlikte kullanıldığı entegre bir biyoproses konfigürasyonun geliştirilmesi özgün bir yaklaşımdır. Bu inovatif konfigürasyon sadece atık su arıtımı ve CO2 mitigasyonu gibi önemli atık yönetimi sorunlarına bir katkıda bulunmakla kalmayacak, biyoyakıt (biyogaz ve biyohidrojen) ve biyoürün (gübre) eldesi de sağlayabilecektir. Bu projenin en önemli çıktısı hem evsel hem de endüstriyel atık suların atık CO2 kaynakları (örneğin endüstriyel baca gazları) ile birlikte arıtılabilmesini sağlayan özgün bir biyoteknolojik proses konfigürasyonunun geliştirilmesi olacaktır. Bu sürece paralel olarak sağlanacak olan biyoyakıt ve biyoürün eldesi, sadece atık valorizasyonuna değil, sürdürülebilir atık yönetimine de önemli bir örnek oluşturabilecektir. Atık sulardan azot ve fosforun %90-100 arasında değişen verimle giderimi, fotobiyoreaktörlerde sağlanan 0,16-0,26 g/L.gün CO2 tutma hızı, mikro algal biyokütleden elde edilen metan verimi (249 mL CH4/g TUKM), hidrojen verimi (2,47 mL H2/g TUKM) ve detayları bu raporda sunulan projemizin diğer sonuçları hipotezimizi destekler bir ilk adım niteliğindedir. Diğer bir deyişle, mikro algal ve anaerobik mikrobiyel kültürlerin entegre besiyer madde giderimi, sera gazı mitigasyonu ve biyo-yakıt ve biyo-ürün eldesinde birlikte kullanımı olasıdır. Bu üç farklı amaca aynı anda hizmet edecek olan bir inovatif biyoproses konfigürasyonunun optimizasyonu çalışmalarımızın bundan sonraki aşamasını oluşturacaktır.The mitigation of CO2 which is an important greenhouse gas by using microalgal cultures is a very new research area. Nutrient removal by microalgal cultures and anaerobic digestion of waste microalgal biomass and subsequent biogas, biohydrogen and fertilizer production were relatively investigated in the past. However, the research on these areas concentrated on only one or two of these tasks. Therefore, the integrated bioprocess configuration which is investigated in this project to provide integrated nutrient removal, greenhouse gas mitigation and bio-fuel and fertilizer production by using both microalgal and anaerobic microbial cultures is an innovative approach. This innovative configuration will not only contribute to nutrient removal from wastewaters and CO2 mitigation but also generate bio- fuels (biogas, biohydrogen) and bio-products (fertilizer). The impact of this project will be a cost-efficient biotechnological process configuration for the treatment of both domestic and industrial wastewaters as well as waste CO2 sources such as flue gas. Moreover, the parallel bio-fuel and bio-product generation will be a good example of waste valorization and sustainable waste management approach. Nitrogen and phosphorus removal from wastewaters with 90-100% efficiency, achievement of significant CO2 mitigation rates (0,16-0,26 g/L.day) in photobioreactors, methane production from microalgal biomass with a yield of 249 mL CH4/g VS, dark fermentative hydrogen production with a yield of 2.47 mL H2/g VS and other results of our project which are presented in this report not only support our initial hyphothesis but also constitute the first step toward its realization. In other words, an integrated approach enabling nutrient removal, greenhouse gas mitigation and bio-fuel and fertilizer production by using microalgal and anaerobic cultures is possible. Optimization of an inovative bioprocess configuration which will serve for all these three objectives will be the next phase of our research

Biogas production from pistachio (Pistaciavera L.) de-hulling waste

Pistachio processing wastes create significant waste management problems unless properly managed. However, there are not well-established methods to manage the waste generated during the processing of pistachios. Anaerobic digestion can be an attractive option not only for the management of pistachio processing wastes but also producing renewable energy in the form of biogas. This study investigated anaerobic digestibility and biogas production potential of pistachio de-hulling waste from wet de-hulling process. Best to our knowledge, this is the first report on biogas production from pistachio de-hulling waste. The results indicated that (1) anaerobic digestion of pistachio de-hulling wastewater, solid waste, and their mixtures in different ratios is possible with varying levels of performance; (2) 1 L of de-hulling wastewater (chemical oxygen demand concentration of 30 g/L) produced 0.7 L of methane; (3) 1 L of de-hulling wastewater and 20 g of pistachio de-hulling solid waste produced 1.25 L of methane; and (4) 1 g of de-hulling solid waste produced 62.6 mL of methane (or 134 mL of biogas)

Arıtılmış Atıksu Ve Besiyer Maddelerin Tarımsal Amaçlı Geri Kazanım Ve Yeniden Kullanımı

Bu projenin kapsamı Türkiye'de atıksu ve arıtma çamurlarının tarımda yeniden kullanım tekniklerinin belirlenmesi bazında potansiyel ve uygulanabilirliğin saptanmasıdır. Bu bağlamda tarımsal kullanım için varolan gereksinim ile atıksu ve besiyer madde (azot ve fosfor) kaynaklarının belirlenmesi hedeflenmiş olup; atıksuyun ve besiyer maddelerin yeniden kullanımı için ekonomik, ekolojik ve teknik gereklilikler tanımlanacaktır. Bunun yanısıra, bu tür yeniden kullanımlar için entegre planlama metotlarının uygulandığı örnek çalışmalar da incelenecektir. Araştırmanın temel hedefi tarımsal kullanım için gerekli olan sulama suyu ve gübrenin Türkiye'nin özgün koşullarına uyumlu olarak atıksu ve artıma çamurlarından eldesine yönelik çözümler önermektir. Bu nedenle, farklı atıksu ve arıtma çmuru yeniden kullanım metotları karşılaştırılacak ve yerel koşullara en uygun olan en etkili metotlar tanımlanacaktır. Önerilen proje TÜBİTAK ve BMBF (Almanya) tarafından IntenC Programı kapsamında desteklenmekte ve Braunschweig Üniversitesi ile birlikte yürütülmektedir . Projenin kapsamı, iş paketleri ve zamana bağlı iş planı aşağıda verilmektedir. İş Paketi 1: Proje yönetimi İş Paketi 2: Tarımsal ve su kullanımına yönelik veri tabanının oluşturulması İş Paketi 3: Endüstriyel Atıksu Kaynaklarının Araştırılması İş Paketi 4: Türkiye'de varolan atıksu arıtma teknolojilerinin belirlenmesi İş Paketi 5: Proses, kütle ve enerji dengelerinin oluşturulması İş Paketi 6: Arıtma, transport ve yeniden kullanım teknoloji ve sistemlerinin belirlenmesi İş Paketi 7: Yeniden kullanım proses ve kavramlarının ekonomik analiz ve değerlendirmesinin yapılması İş Paketi 8: Senaryo ve örnek çalışmaların tanımlanması İş Paketi 9: Sonuçların paylaşımı ve yaygınlaştırılması için ağyapı oluşturulmas

Anaerobik Çürütücü Çıkış Sularından Strüvit Oluşumu İle Azot Ve Fosfor Giderim Ve Geri Kazanımı

KAPSAM: Bu proje kapsamında önemli bir çevre kirliliği kaynağı olan, tarımsal ve kentsel alanlardan kaynaklanan azot ve fosforun anaerobik arıtım çıkış sularında strüvit oluşumu ile giderimi ve geri kazanımı araştırılacaktır. Tavuk gübresi ve evsel atık çamurun anaerobik bozundurması sonrasında kimyasal çöktürme yöntemi ile strüvit eldesi potansiyeli araştırılacak ve anaerobik bozundurma sürecinde elde edilecek olan biyogaz miktarı belirlenecektir. YÖNTEM: Çalışmanın ilk aşamasında tavuk gübresi ve evsel atık çamur substrat olarak kullanılarak farklı atık karışım oranlarına sahip kesikli reaktörler işletilecektir. Bu aşamada farklı atık karışım oranlarının ve besiyer çözeltisi eklenmesinin anaerobik çürüme performansı ve çıkış suyu kimyasal kompozisyonlarına etkisi araştırılacaktır. Anaerobik çürüme sonrası atık kompozisyonunda bulunan nütrient (amonyak azotu ve ortofosfat) konsantrasyonlarının artması beklenmektedir. Reaktör işletimleri sona erdirildikten sonra çıkış suyu kompozisyonu strüvit oluşumu için önemli iyonlar bazında incelenecek, ve reaksiyonu limitleyen maddelerin eklenmesi ile strüvit oluşum deneyleri başlatılacaktır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise anaerobik reaktörlerin çıkış sularında strüvit çöktürme deneyleri geçekleştirilecektir.Strüvit çöktürme deneyleri kesikli reaktörlerde, anaerobik çürüme sonucu elde edilen çıkış suyunun ön işleme tabi tutulmuş olan sıvı fazında yapılacaktır. Çalışmanın bu aşamasında strüvit oluşumu ve çökelmesini etkileyen pH, molar oran, kimyasal kompozisyon, organik madde etkisi araştırılacaktır. BEKLENİLEN SONUÇ: Özellikle önerdiğimiz proje alıcı ortamlara doğrudan verildiğinde suların kirlenmesine yol açan nütrientlerin gideriminden ve geri kazanılması gibi etkin bir kirlilik önleme metodudur. N/P deşajları sadece çevrenin kirlenmesi değil, endüstri ve tarımda pekçok kullanımı olan bu kimyasalların kaybına da denk düşmektedir. N/P'un arıtımına paralel olarak geri kazanımı bu kimyasalların gübre, endüstiyel hammadde, vb. kullanımlarını olası kılacak ve arıtım maliyetlerini de düşürecektir. Dünyada rezervi hızla tükenmekte olan fosfor kaynaklarının strüvit gibi değerli bir mineral formunda geri kazanımı, bunun yanında önemli bir atık olan tavuk gübresi ve evsel atık çamurun anaerobik ortamda arıtımı ile biyogaz eldesi ülkemiz öncelikli konuları arasında yer almaktadır. Hem ekolojik hem de ekonomik kazancın birlikte sağlanması noktasından yola çıkarak bu çalışmada, son yıllarda yaygın bir araştırma konusu haline gelen, strüvit oluşumu ile hem arıtımı hem de geri kazanımı amaçlanmaktadır

Anaerobic treatability and residual biogas potential of the effluent stream of anaerobic digestion processes

Ulgudur, Nilufer/0000-0003-3410-0598WOS: 000462970500008PubMed: 30624833Although anaerobic digestion is a well-established technology, the treatment and disposal of the digestate still presents a challenge due to lack of viable methods for processing. The residual organic matter in digestates also creates a significant residual biogas potential. This fact indicates that the digestates need further processing not only to reduce their organic content for disposal, but also to capture the biogas associated with this residual organic content. This study investigated anaerobic treatment and residual biogas potential of digestates obtained from five full-scale farm-based digesters. The results indicated that it was possible to reduce the total chemical oxygen demand (CODt) of the digestates with an efficiency of 21%-84%. The corresponding biogas yields of digestates ranged between 0.078 and 0.326 L-biogas/g VSadded. This level of biogas production is comparable to the biogas production potential of several commonly used raw substrates.(C) 2019 Water Environment FederationOffice of Scientific Research Projects Coordination of Middle East Technical University [BAP-03-11-2016-002]This study was supported by Office of Scientific Research Projects Coordination of Middle East Technical University [BAP-03-11-2016-002]

Anaerobic biotransformation of four 3-carbon compounds (acrolein, acrylic acid, allyl alcohol and n-propanol) in UASB reactors

Anaerobic biotransformation of the 3-carbon compounds, namely acrolein, acrylic acid, allyl alcohol, and n-propanol was investigated in upflow anaerobic sludge blanket (:UASB) reactors containing granular cultures. The toxic effects of acrolein, acrylic acid, and allyl alcohol on an acetate-enriched Methanosarcina culture were determined. Furthermore, process staging, effect of operational parameters such as influent concentration, F/M ratio and loading rate were also considered. Acrolein, acrylic acid, and allyl alcohol were found to be inhibitory to acetate-enriched Methanosarcina cultures starting from the concentrations of 20, 60, and 3000 mg/l, respectively. Inhibition is defined as the reduction in the activity (in terms of gas production rate) of a batch reactor relative to its activity before the addition of the test chemical. The results of UASB experiments revealed that granular cultures could be acclimated to utilize acrolein, acrylic acid, allyl alcohol, and n-propanol as the sole substrates. Acrolein concentrations up to 300 mg/l were treated with 90% efficiency. In a single-stage UASB reactor, acrylic acid biotransformation and chemical oxygen demand (GOD) removal efficiencies of 95-99 and 45%, respectively, were achieved at an influent concentration of 3000 mg/l. The low COD removal was due to persistence of acetic and propionic acids, as intermediates of acrylic acid. When a two-stage UASB system was employed at the same acrylic acid influent concentration, the COD removal efficiency increased to 97%. At an F/M ratio of 0.027 g COD/g biomass-day, 1000 mg/l of influent allyl alcohol was removed at an efficiency of about 85% after 30 days of acclimation in a single-stage UASB reactor. n-Propanol was biotransformed to mainly propionic acid with more than 99% efficiency at an influent concentration and F/M ratio of 3000 mg/l and 0.27 g COD/g biomass-day, respectively, in a single-stage UASB reactor. But the COD removal did not exceed 68% because of the propionic acid persistence. However, a two-stage UASB system improved the COD removal to 99% for the same n-propanol influent concentration of 3000 mg/l

Anaerobic treatment of synthetic textile wastewater containing a reactive azo dye

In this study, anaerobic treatment of synthetic textile wastewater containing a reactive azo dye, namely, Remazol Brilliant Violet 5R, was investigated. A fluidized bed reactor (FBR) was used in the study. Before the operation period, start-up of the FBR was completed in 128 days with an immobilized microorganism level of 0.069 g volatile suspended solids per g support material (pumice). Anaerobic treatment of synthetic textile wastewater revealed that 300 mg/L dye was removed in the FBR system. Chemical oxygen demand (COD) and color reduction in the system were approximately 60 and 94%, respectively. Under anaerobic conditions, formation of two sulfonated aromatic amines (SAAs) was detected due to anaerobic reduction of the dye. The SAAs were not degraded under anaerobic conditions. In addition to the anaerobic treatment, the effectiveness of aerobic treatment was investigated in order to further reduce the COD after the anaerobic treatment

Sectoral assessment of the Turkish textile industry for the diffusion of sustainable production approach

The major objective of this study was to conduct a sectoral assessment for the textile industry and develop recommendations in order to successfully diffuse sustainable production approach within this sector in Turkey. Three scale analyses (micro, meso, and macro) were conducted by means of survey studies taking into account (i) the textile producer firms' capacities and awareness, (ii) standards and demands of retailer companies as well as (iii) the existing institutional framework, strategies, supports, and incentives. Survey study covered 76 textile producer firms, 10 retailer companies (e.g. multinational corporations), and 17 institutions. The results of survey studies indicate that sustainable production approach is not adapted in the majority of the producer firms. Meanwhile, retailer companies have recently started to focus on the supply management issues putting stress on sustainable production approaches as integral parts of their corporate social responsibility policies. Moreover, there is a considerable movement and institutional intention in public and other relevant institutions in relation to the development of activities in line with the sustainable production approach. To the best of authors' knowledge, this study is the first ever activity in Turkey on sustainable production with a sector-specific dimension

Anaerobic acidification of sugar-beet processing wastes: Effect of operational parameters

The objective of this study was to maximize the hydrolysis and acidification of sugar-beet processing wastewater and beet pulp for volatile fatty acid (VFA) production through acidogenic anaerobic metabolism. Experiments were conducted to determine the optimum operational conditions (HRT, waste-mixing ratio and pH) for effective acidification in daily-fed, continuously mixed anaerobic reactors. For this purpose, reactors were operated at 35 +/- 1 degrees C with different combinations of HRT (2-4 days), wastewater-pulp mixing ratios (1:0-1:1, in terms of COD) and pH ranges (5.7-7.5). Increased OLRs, resulting from pulp addition, increased the amount of acidification products (VFAs) which led to relatively low operational pH values (5.7-6.8). In this pH range, methanogenic activity was successfully inhibited and the lowest methane percentages (5.6-16.3%) were observed in the produced biogas. The optimum operational conditions were determined to be 2-day HRT and 1:1 waste mixing ratio (in terms of COD) without external alkalinity addition. These operational conditions led to the highest tVFA concentration (3635 +/- 209 mg/L as H-Ac) with the acidification degree of 46.9 +/- 2.1%