Experimental laboratory research and evaluation of periodic operation small size bioreactors

Abstract

The investigation device – small size periodic operation bioreactors, which are developed for the production of biogas from different organic, vegetable waste. The device operates by maintaining optimum operating temperature and oxygen concentration required for anaerobic treatment process inside the bioreactor. Under favorable conditions, organic substance is being degradated because of anaerobic processess, colonies of microorganisms grow, and methane bacteria produce CH4 – useful flammable gases, which can be used as natural gas analogue. The gas is stored in special tanks of gas – gas holders. A study was implemented by analizing five different loads, according to the mixing ratio of vegetables (potatoes) and chicken manure waste. The quality and quantity of biogas was analized as well. It was found that the highest concentration of methane (67.8%) was achieved by using a load consisting only of chicken manure, but after evaluation of biogas yield, it was found that the best result (according to the quantity of biogas, a high concentration of CH4 and time of load degradation) is achieved using chicken manure and potato waste mix (relatively 70 and 30%). Mesophilic process temperature during the experiment was 33–35 °C, and oxygen concentration – 0.0–0.1%. After research implementation there will be an opportunity to create small size periodic operation bioreactors, which can be used in small farms or private houses, where the small amount of organic waste and manure are formed.

Article in Lithuanian.

Periodinio veikimo mažų matmenų bioreaktorių laboratoriniai eksperimentiniai tyrimai ir vertinimas

Santrauka 

Nagrinėjamas įrenginys – mažų matmenų periodinio veikimo bioreaktorių laboratorinis stendas, skirtas biodujų gamybai iš skirtingų organinės, augalinės kilmės atliekų. Stendas veikia palaikant optimalų temperatūrinį režimą ir anaerobiniam procesui reikalingą deguonies koncentraciją bioreaktorių viduje. Esant palankioms sąlygoms, vyksta įkrovos organinių medžiagų anaerobinės degradacijos procesai, auga mikroorganizmų kolonijos, ir metanogeninės bakterijos, kurios yra priskiriamos prie labai jautrių anaerobų, gamina metaną CH4 – energijos atžvilgiu naudingas degias dujas, kurias galima panaudoti kaip gamtinių dujų analogą. Biodujos yra saugomos specialiose dujų talpyklose (angl. gas holders). Atliktuose tyrimuose buvo nagrinėjamos penkios skirtingos pagal sumaišymo santykį daržovių (bulvių) atliekų ir vištų mėšlo įkrovos, biodujų sudėtis ir jų kiekis. Nustatyta, kad didžiausia metano koncentracija (67,8 % buvo pasiekta naudojant įkrovą, sudarytą tik iš vištų mėšlo, tačiau įvertinus biodujų išeigą nustatyta, kad geriausias rezultatas (pagal biodujų kiekį, aukštą CH4 koncentraciją ir įkrovos skaidymo laiką) pasiekiamas naudojant vištų mėšlo ir bulvių atliekų įkrovų mišinį (sumaišymas atitinkamai 70 ir 30 %). Mezofilinio proceso temperatūra eksperimentų metu siekė 33–35 oC, o deguonies koncentracija – 0,0–0,1 %. Laboratorinių eksperimentinių tyrimų pagrindu galima sukurti mažų matmenų periodinio veikimo bioreaktorius, kuriuos būtų įmanoma panaudoti nedideliame ūkyje arba privačiuose namuose, kur susidaro santykinai maži kiekiai mėšlo ir maisto atliekų.

Reikšminiai žodžiai: bioreaktoriai, biodujos, anaerobiniai mikroorganizmai, metanas, atliekos.

Keyword : bioreactors, biogas, anaerobic microorganisms, methane, waste