The effect of substrate qualitative composition and chamber load of organic matter on composition and amount of produced biogas

Abstract

Mimo intensywnego rozwoju technologii oraz metod postępowania z odpadami organicznymi podatnymi na biodegradację, wciąż poszukuje się rozwiązań umożliwiających ich opłacalna neutralizację. Korzystnym zarówno z punktu widzenia środowiska, jak również pozwalającym na wykorzystanie potencjału energetycznego tkwiącego w tego rodzaju substratach organicznych jest zastosowanie procesu fermentacji metanowej. Jest to sprawdzone rozwiązanie gwarantujące uzyskanie biogazu oraz produktu końcowego, który może być wykorzystany przyrodniczo [2, 4, 7, 10]. Energetyka odnawialna, w tym także technologie energetycznego przetworzenia substratów organicznych, wydają się być jednym ze sposobów na ograniczenie skali problemów związanych ze wzrostem cen i wyczerpywaniem zasobów konwencjonalnych źródeł energii. Wynikiem tych działań jest również istotny efekt ekologiczny, który dotyczy zmniejszenia emisji do atmosfery gazów i pyłów powstających podczas spalania paliw kopalnych [11, 3].Despite the intense development of technology and methods of handling biodegradable organic waste, solutions are still being sought to enable its profitable neutralization. One such approach, which is both beneficial for the environment and makes use of the energetic potential of such organic substrates, is the application of methane fermentation. It is a solution which guarantees the production of biogas and a final product which may be naturally utilized. The aim of the study was to characterize potential substrates used in the process of biogas production (corn silage, liquid pig manure, flour production waste), supplied by food production plants, and evaluation of the methane fermentation process with various technological variants. The experiments were conducted under laboratory conditions. Depending on the experiment phase and the scope of the research work, the experiment was divided into two phases. The first included an analysis of the composition of the substrates for biogas production in terms of their hydration and concentration of organic matter. In the second part of the experiment, mixtures of organic substrates were prepared in appropriate proportions and a one-step methane fermentation was performed, employing measuring equipment which measured to what extent the organic matter is degradable and monitored the amount and composition of the produced biogas. The experiment found that the application of a substrate mixture, consisting of corn silage, liquid pig manure, with a small proportion of flour production waste, allows for production of biogas containing more than 60% methane. It was found that the highest intensity of high-energy fuel production is achieved in those technological variants in which the ratio of corn silage to liquid pig manure (w/w) ranges from 1:1 to 2:1. The highest amount of biogas and its best qualitative composition were achieved in those experimental series. Within the analyzed range of the laboratory anaerobic chamber loads with organic impurities, the application of a load of 2.0 kgd.o.m./m3 d proved the most profitable due to the highest biogas production per unit mass of the substrate