Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure
During methane fermentation of waste with a high content of sulfur sulfides which may inhibit the process are formed. Poultry manure is characterized by high content of this chemical element. Accordingly, the risk of inhibition of methane production is high. Nevertheless, in works devot...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/127 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102996891303936 |
|---|---|
| author | Salyuk, A. Zhadan, S. Shapovalov, E. Tarasenko, R. |
| author_facet | Salyuk, A. Zhadan, S. Shapovalov, E. Tarasenko, R. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "A. Salyuk",
"institution": "National University of Food Technologies"
},
{
"author": "S. Zhadan",
"institution": "National University of Food Technologies"
},
{
"author": "E. Shapovalov",
"institution": "National University of Food Technologies"
},
{
"author": "R. Tarasenko",
"institution": "National University of Food Technologies"
}
] |
| author_sort | Salyuk, A. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:10Z |
| description | During methane fermentation of waste with a high content of sulfur sulfides which may inhibit the process are formed. Poultry manure is characterized by high content of this chemical element. Accordingly, the risk of inhibition of methane production is high. Nevertheless, in works devoted to the methane fermentationof chicken manure this issue has been neglected and concentration of sulfides has not even been used as indicator during the researches. The focus has always been made on the inhibition of the process by ammonia nitrogen.
The aim of this work was to consider the mechanism of sulfide-induced inhibition of methanogenesis, factors that control it, sources of sulfides’ formation during methane fermentation of chicken manure as well as possible inhibition degree that is important to avoid negative effects and to improve the efficiency ofthe biogas plant.
The main sources of sulfides during methanogenesis of chicken manure are undigested proteins which include sulfurcontaining amino acids and feathers, containing keratin which stands out among the other structural proteins by a high content of cysteine. Although feathers are very resistant to physical and chemical factors as a result of large amounts of disulfide bonds of cysteine, hydrogen bonds, and hydrophobic interactions, theycan be decomposed in a biogas plant.
Inhibitory effect of sulfides is associated with free hydrogen sulfide. Inhibition of methanogenesis may be associated with H2S penetration through the cell membrane into the cytoplasm and formation of sulfide and disulfide bonds between polypeptide chains as well as a violation of sulfur assimilation. However, the concentration of free hydrogen sulfide can't be used as the only parameter to describe sulfide-induced inhibition in anaerobic fermentation without considering the pH environment.Factors which control inhibition of the process include total solids content in the substrate, the hydraulic retention time of the reactor, pH, temperature mode and concentration of ammonia nitrogen.Adaptation of methanogenic microorganisms to high sulfide content is an effective method to improve the process of anaerobic digestion.Because of the high content of sulfur in the poultry waste and significant economic losses that can be caused by sulfides, resulting from inhibition of methanogenesis, it is necessary to control their concentration during laboratory studies and operation of industrial plants that produce biogas from chicken manure. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 88
УДК 621.472 УДК 579.851:646.221
А.І.Салюк1, канд.техн.наук, С.О.Жадан2, Є.Б.Шаповалов3, Р.А.Тарасенко4 (Національний
університет харчових технологій, Київ)
Інгібування виробництва метану з курячого посліду сульфідами
Розглянуто інгібування сульфідами виробництва метану, а саме: механізм інгібування, чутливість різних груп метаногенів,
фактори, що його контролюють, адаптацію до негативного впливу, джерела утворення сульфідів при метаногенезі куря-
чого посліду та можливий ступінь інгібування. Бібл. 25, рис. 1.
Ключові слова: курячий послід, метаногенез, біогаз, інгібування, сульфіди, сірководень.
ORCID: 10000-0003-3949-1962, 20000-0002-7493-2180, 30000-0003-3732-9486, 40000-0001-5834-5069
Вступ. Відомо, що при метановій
ферментації відходів із високим вмістом сульфу-
ру утворюються сульфіди, що можуть
пригнічувати процес. Для курячого посліду ха-
рактерний високий вміст даного хімічного еле-
менту. Згідно з [18] вміст сульфуру у відходах
птахівництва вищий, ніж у відходах
життєдіяльності інших тварин. Відповідно ризик
пригнічення виробництва метану з курячого
посліду є високим. Незважаючи на це, у роботах,
присвячених метановій ферментації курячого
посліду, цьому питанню не приділяється
належної уваги. Концентрацію сульфідів, навіть
не використовують у якості показника при
проведенні досліджень. Основна увага
приділяється пригніченню процесу амонійним
азотом. Разом з тим, автори дослідження [15] на-
зивають високий вміст сульфуру, поряд з
нітрогеном, перешкодою для використання куря-
чого посліду в якості моносубстрату.
Постановка завдання. Метою роботи був
розгляд механізму, за яким відбувається
інгібування метаногенезу сульфідами, факторів,
що його контролюють, джерел їх утворення при
метановій ферментації курячого посліду, а також
можливого ступеня пригнічення, що є важливим
для уникнення негативного впливу і підвищення
ефективності роботи біогазової установки.
Результати. В анаеробному середовищі
сірководень є кінцевим продуктом метаболізму
органічних та неорганічних речовин, що містять
сульфур [4].
Сульфіди є основним джерелом сульфуру
для метаногенних бактерій. Його вміст у метано-
генах незвично високий у порівнянні з аеробни-
ми мікроорганізмами [21]. Оптимальний рівень
сульфуру, повідомлений у літературі, варіюється
від 1 до 25 мг S/дм3 [17].
При концентраціях, що перевищують діа-
пазон, у якому сульфіди стимулюють метано-
генез, вони мають інгібуючий вплив і можуть
бути оцінені як одні з найважливіших інгібіто-
рів процесу [21].
Автори дослідження [13] повідомили, що ма-
сова частка хімічних елементів у сухих
органічних речовинах (СОР) посліду становить
для С – 35,16%; Н – 4,83%; O – 30,12%; N –
5,44%; S – 0,84%. Використовуючи ці дані,
отримуємо брутто формулу СОР курячого
посліду: CH1,648O0,642N0,133S0,009.
Підставляючи отриману формулу в рівняння
Басвелла-Мюллера, отримуємо наступне
рівняння:
CH1,648O0,642N0,133S0,009 + 0,371 H2O → 0,493 CH4 +
+ 0,507 CO2 + 0,133 NH3 + 0,009 H2S.
Таким чином, при повному розкладі 1 г СОР
курячого посліду утворюється 0,012 г H2S
(0,011 г S).
Джерела сульфідів. При метановій
ферментації курячого посліду сульфіди утворю-
ються з неперетравлених білків, до складу яких
входять сірковмісні амінокислоти.
© А.І.Салюк, С.О.Жадан, Є.Б.Шаповалов, Р.А.Тарасенко, 2016
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 89
Утворення сірководню із цистеїну відбува-
ється за рівнянням:
C3H6O2NS + 2 H2O → CH3COOH + NH3 +
+ CO2 + H2S + 0,5 H2 + АТФ.
З іншої сірковмісної амінокислоти метіоніну
при анаеробному бродінні здебільшого утворю-
ється метилмеркаптан:
C5H11O2NS + 2 H2O → CH3СН2COOH + NH3 +
+ CO2 + СH4S + H2 + АТФ.
Курячий послід, що утворюється на птахо-
фабриці, знаходиться у суміші з пір’ям, яке на
90-95% складається з білків [1, 6]. Основний його
білковий компонент – це кератин – фібрилярний
білок, що виділяється серед інших структурних
білків високим вмістом цистеїну. Згідно з [11]
пір’я містить цистеїну 65,8 г/кг, а відповідно до
[2] – 57,8 г/кг. Пір’я нерозчинне у воді, слабких
кислотах і основах. Воно дуже стійке до дії
більшості протеолітичних ферментів як результат
великої кількості дисульфідних зв’язків цистеїну,
водневих зв’язків і гідрофобних взаємодій [10].
Однак, автори [25] спостерігали зникнення пір’я,
змішаного з курячим послідом, при його
переробці у біогазовій установці. В подальшому
вони виділили культуру бактерій, відповідальну
за його руйнування. Її успішно культивували в
аеробних умовах. Вони передбачали наявність
інших строгих анаеробних кератинолітичних
мікроорганізмів [25].
Виходячи зі стехіометрії реакції, при розкла-
ді 1 г пір’я утворюється 0,016-0,019 г H2S (0,015-
0,018 г S).
Механізм інгібування. Автори [22] повідоми-
ли, що токсичною формою сульфідів є H2S, оскі-
льки він здатен дифундувати у клітинні мембрани.
В середині цитоплазми інгібуючий вплив H2S мо-
же бути пов’язаний із формуванням сульфідних і
дисульфідних зв’язків між поліпептидними лан-
цюгами, а також порушенням асиміляції сульфуру
[24]. Ця теорія підтверджується у роботі [19].
Чутливість мікроорганізмів. Автори [5] дос-
ліджували чутливість росту метаногенів до суль-
фідів у чистій культурі та анаеробному мулі. Ме-
таногени в анаеробному мулі були менш чутли-
вими до інгібування сульфідами, ніж метаногени
в чистих культурах. Отже, цілком імовірно, що
більш високі рівні сульфіду, необхідні для
інгібування, в анаеробному мулі обумовлені
існуванням градієнту концентрації сульфідів у
гранулах і пластівцях. Досліди, проведені з чис-
тими культурами таких метаногенів, як M.
barkery, M. hungatei, M. mazey, M. Soekngenii, по-
казали, що вони мають різну чутливість до
інгібування сульфідами [5].
Вміст сухих речовин (СР). Збільшення вмісту
сухих речовин обумовлює збільшення
концентрації сульфідів, які утворюються в
результаті їх деструкції.
Час обороту реактора. Збільшення
тривалості процесу веде до збільшення ступеня
деструкції білків. Відповідно можна передбачити
вищий вміст сульфідів.
рН. Токсичність сульфідів дуже залежить від
рН [21]. У багатьох дослідженнях значення рН не
наводиться, що робить складним формулювання
достовірних висновків щодо інгібування, спри-
чиненого сульфідами [3].
Значення рН визначає хімічну рівновагу між
сірководнем H2S, гідросульфідом HS- і сульфідом
S2-. При рН 6 сульфіди в основному знаходяться
у формі H2S, в той час як при рН 8 – у формі HS-
[12]. При значенні рН вище 9 всі іонізовані
сульфіди будуть присутні у вигляді S2- [14].
Кислий рН інтенсифікує інгібуючий вплив
сульфідів на ацетокластичний метаногенез у по-
рівнянні з нейтральним та лужним рН [21].
Автори дослідження [21] повідомили, що при
рН 7,8-8,0, де частка вільного сірководню лише
приблизно 10%, максимальна специфічна актив-
ність ацетокластичного метаногенезу знижува-
лась набагато швидше зі збільшенням концент-
рації вільного сірководню, ніж при інших зна-
ченнях рН, при яких проводилось дослідження.
Температурний режим. Збільшення темпе-
ратури веде до зниження частки вільного
сірководню. Відповідно можна передбачити
менший інгібуючий вплив сульфідів на процес
у термофільному режимі, ніж у мезофільному.
Однак, у дослідженні [7] інгібування метаноге-
незу попередньо ферментативно оброблених
морських макроводоростей сульфідами у
термофільному режимі відбулось при
концентрації вільного сірководню 22 мг/дм3, а
в мезофільному – при 50 мг/дм3.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 90
Частка вільного сірководню в залежності від
рН і температури середовища зображена на
рис. 1.
Рис. 1. Частка вільного сірководню в залежності
від рН і температури середовища.
Амонійний азот. Сульфіди діють синергічно
з амонійним азотом, пригнічуючи процес мета-
нової ферментації [8]. При анаеробному бродінні
курячого посліду утворюється значна його
кількість. Виходячи з рівняння Басвелла-Мюллера,
при повному розкладі з 1 г СОР курячого посліду
утворюється 0,087 г NH3 (0,072 г N-NH4
+). Джере-
лом амонійного азоту при цьому слугують сечова
кислота і неперетравлені білки.
Ступінь інгібування. Автор [23] повідомив
про 50% інгібування ацетокластичного метаноге-
незу при 184 мг H2S/дм3 і 38 мг H2S/дм3 при рН
7,2-7,4 і рН 8,1-8,3, відповідно. У дослідженні
[21] концентрації неіонізованого сірководню, що
вели до 50% зниження максимальної специфічної
активності ацетокластичного метаногенезу, були
знайдені на рівні 250 мг S/дм3 у діапазоні рН
6,4-7,2 і 90 мг S/дм3 при рН 7,8-8,0.
Оскільки існує зв’язок між максимальною
специфічною активністю ацетокластичного ме-
таногенезу і концентрацією вільного сірководню
при різних значеннях рН, то концентрація віль-
ного сірководню не може бути використана як
єдиний параметр для опису інгібування сульфі-
дами в анаеробному бродінні [21].
У лужному діапазоні рН інгібування, вірогі-
дно, визначає загальна концентрація сульфідів.
Згідно [21] вільний сірководень призводив до
інгібування ацетокластичного метаногенезу в
діапазоні рН 6,4-7,2, у той час як при вищому рН
(7,8-8,0) спостерігався зв’язок між ступенем інгі-
бування та концентрацією сульфідів [21]. Анало-
гічна закономірність була повідомлена авторами
дослідження [5]. Це явище може бути викликане
або інгібуючим впливом гідросульфід-іонів, який
проявляється при підвищених концентраціях, або
підвищеною чутливістю до вільного сірководню
ацетокластичними метаногенами поблизу меж їх
фізіологічного діапазону значень рН [21].
Автори [3] пропонують вважати верхньою
допустимою межею концентрацію сульфідів на
рівні 200 мг S/дм3. Такий висновок ґрунтується
на дослідженні, в якому реактори, що переробля-
ли осад комунальних стічних вод, повністю при-
пинили роботу, коли концентрація загального
сульфіду була збільшена з 200 до 390 мг S/дм3
[3]. У дослідженні [21] концентрації загального
сульфіду, що ведуть до 50% зниження
максимальної специфічної активності ацетокла-
стичного метаногенезу, були знайдені на рівні
354 мг S/дм3 при рН 6,4-6,6, 810 мг S/дм3 при
рН 7,0-7,2 і 841 мг S/дм3 при рН 7,8-8,0. У роботі
[20] зі збільшенням концентрації сульфідів до
800 мг/дм3 виробництво метану зменшилось до
незначної кількості в порівнянні з контролем, що
вказувало на повний збій процесу та механізму
адаптації.
Автори дослідження [20] повідомили, що при
збільшенні концентрації сульфідів загальна кіль-
кість виробленого метану зменшувалася значно
повільніше у порівнянні з максимальною швид-
кістю метаногенезу. Так, при концентрації
сульфідів 500 мг/дм3 загальне виробництво мета-
ну було більше 80% від контролю, у той час як
максимальна швидкість метаногенезу становила
52% від контролю.
Також автори [20] повідомили, що інгібуван-
ня прямо пропорційне концентрації H2S у біогазі.
При 5% H2S у виробленому газі спостерігалось
50% пригнічення процесу. Простота визначення
H2S у біогазі робить його практичним
індикатором інгібування метаногенезу.
Адаптація. Автори [16] повідомили, що
сульфіди є токсичними для неадаптованих
метаногенів при концентрації 50 мг/дм3. Є
повідомлення про адаптацію метаногенів до
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 91
вільного сірководню, зокрема в реакторах із
фіксованою біомасою [7]. Так, згідно [9]
адаптовані ацетотрофні та гідрогентрофні мета-
ногени були інгібовані при концентраціях H2S
вище 1000 мг H2S/дм3.
Висновки. 1. Основними джерелами
сульфідів при метаногенезі курячого посліду є
неперетравлені білки, до складу яких входять
сірковмісні амінокислоти, а також пташине пір’я,
яке містить кератин, що виділяється серед інших
структурних білків високим вмістом цистеїну.
2. Інгібуючий вплив сульфідів може бути
пов’язаний із проникненням H2S крізь клітинні
мембрани у цитоплазму і формуванням сульфід-
них та дисульфідних зв’язків між поліпептидни-
ми ланцюгами, а також порушенням асиміляції
сульфуру.
3. Факторами, що контролюють інгібування
процесу, є вміст сухих речовин у субстраті, час
обороту реактора, рН, температурний режим і
концентрація амонійного азоту.
4. Враховуючи високий вміст сульфуру у ві-
дходах птахівництва і значні економічні втрати,
які можуть бути спричинені сульфідами в ре-
зультаті інгібування метаногенезу, необхідним є
контроль їх концентрації як при роботі лаборато-
рних, так і промислових установок, що виробля-
ють біогаз із курячого посліду.
5. Адаптація метаногенних мікроорганізмів
до високого вмісту сульфідів є ефективним мето-
дом поліпшення процесу анаеробного бродіння.
1. A review: Potentials for biotechnological applications of
keratin-degrading microorganisms and their enzymes for nutri-
tional improvement of feathers and other keratins as livestock
feed resources / A.Onifade, N. Al-Sane, A. Al-Musallam, S. Al-
Zarban. // Bioresource Technology. – 1998. – Vol. 66. – P. 1–11.
doi:10.1016/S0960-8524(98)00033-9
2. Bertsch A. A biotechnological process for treatment and
recycling poultry feathers as a feed ingredient / A. Bertsch, N.
Coello. // Bioresource Technology. – 2005. – №96. – P. 1703–
1708. doi:10.1016/j.biortech.2004.12.026
3. Chen Y. Inhibition of anaerobic digestion process: a
review / Y. Chen, J.J. Cheng, K.S. Creamer // Bioresource Tech-
nology. – 2008. – № 99. – P. 4044–4064.
doi:10.1016/j.biortech.2007.01.057
4. Dunnette D.A. The source of hydrogen sulfide in
anoxic sediment / D.A. Dunnette, D.P. Chynoweth, K.H. Mancy
// Wat. Res. – 1985. – № 19. – P. 875–884. doi:10.1016/0043-
1354(85)90146-0
5. Effect of pH on growth kinetics and sulphide toxicity
thresholds of a range of methanogenic, syntrophic and sulphate-
reducing bacteria / V. O’Flaherty, T. Mahony, R. O’Kennedy, E.
Colleran // Process Biochem. – 1998. – № 33 (5). – P. 555–569.
doi:10.1016/S0032-9592(98)00018-1
6. Haddar H. Biodegradation of native feather keratin by
Bacillus subtilis recombinant strains / H. Haddar, T. Zaghloul,
H. Saeed. // Biodegradation. – 2009. – №20. – P. 687–694. doi:
10.1007/s10532-009-9256-0
7. Haghighatafshar S. Management of hydrogen sulfide
in anaerobic digestion enzyme pretreated marine macro-algae:
master’s thesis [E-resource] / S. Haghighatafshar. – June, 2012,
Water and Environmental Engineering, Department of Chemical
Engineering, Lund University, Sweden. – Access mode:
http://www.chemeng.lth.se/exjobb/E654.pdf
8. Hansen K.H. Improving thermophilic anaerobic di-
gestion of swine manure / K.H. Hansen, I. Angelidaki, B.K.
Ahring // Water Res. – 1999. – Vol. 33 (8). – P. 1805–1810.
doi:10.1016/S0043-1354(98)00410-2
9. Isa Z. Sulphate reduction relative to methane production
in high-rate anaerobic digestion: technical aspects / Z. Isa, S.
Grusenmeyer, W. Verstraete // Appl. Environ. Microbiol. –
1986. – Vol. 51 (3). – P. 572–579.
10. Korniłłowicz-Kowalska T. Biodegradation of keratin
waste: Theory and practical aspects / T. Korniłłowicz-Kowalska,
J. Bohacz. // Waste Management. – 2011. – Vol. 31. – P. 1689–
1701. doi:10.1016/j.wasman.2011.03.024
11. Latshaw J. Processing of feather meal to maximize its
nutritional value for poultry / J. Latshaw, N. Musharaf, R. Re-
trum. // Animal Feed Science and Technology. – 1994. – №47. –
P. 179–188. doi:10.1016/0377–8401(94)90122–8
12. McCartney D.M. Sulfide inhibition of anaerobic de-
gradation of lactate and acetate / D.M. McCartney, J.A. Olesz-
kiewicz // Water Res. – 1991. – Vol. 25 (2), – P. 203–209.
doi:10.1016/0043–1354(91)90030–T
13. Mesophilic methane fermentation of chicken manure at
a wide range of ammonia concentration: Stability, inhibition and
recovery / Q. Niu, W. Qiao, H. Qiang [et. al.] // Bioresource
Technology. – 2013. – № 137. – P. 358–
367.doi:10.1016/j.biortech.2013.03.080
14. Mosey F. The determination of dissolved sulphide using a
sulphide-selective electrode: technical report TR 53 / F. Mosey,
D.A. Jago // Water Research Centre, 1977, Stevenage, U.K.
15. Poultry manure as a substrate for methane fermentation:
problems and solutions / R. Mazur, J. Mazurkiewicz, A. Lewicki,
S. Kujawiak; Poznan University of Life Sciences // Biogas World:
Internationale Fachmesse für Biogastechnologien und dezentrale
Energieversorgung, 01–03 April 2014, Berlin. – 60 p.
16. Response of methane fermentation systems to indus-
trial toxicants / G.F. Parkin, R.E. Speece, C.H.J. Yang, W.M.
Kocher // J. Wat. Pollut. Control Fed. – 1983. – Vol. 55 (1).
– P. 44–53.
17. Scherer P. Influence of sulfur-containing-compounds
on the growth of Methanosarcina barkeri in a defined medium /
P. Scherer, H. Sahm // Eur. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. –
1981. – № 12. – P. 28–35. doi: 10.1007/BF00508115
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 92
18. Schulte E. Soil and Applied Sulfur [E-resource] / E.
Schulte, K. Kelling – Access mode:
http://corn.agronomy.wisc.edu/Management/pdfs/a2525.pdf.
19. Speece R.E. Anaerobic biotechnology for industrial
waste treatment / R.E. Speece // Environ. Sci. Technol. - 1983. –
Vol. 17 (9). – P. 416–427. doi: 10.1021/es00115a001
20. Sulfide and sulfate inhibition of methanogenesis / P.P.
Karhadkar, J.-M. Audic, G.M. Faup, P. Khanna // Water Res. –
1987. – Vol. 21 (9). – P. 1061–1066. doi:10.1016/0043–
1354(87)90027–3
21. Sulfide inhibition of the methanogenic activity of gra-
nular sludge at various pH levels / I.W. Koster, A. Rinzema,
A.L. De Vegt, G. Lettinga // Water Res. – 1986. – Vol. 20 (12).
– P. 1561–1567. doi:10.1016/0043–1354(86)90121–1
22. Tursman J.F. Influence of sulfate and sulfate-reducing
bacteria on anaerobic digestion technology / J.F. Tursman, D.J.
Cork // Biological Waste Treatment. - NY: Alan R. Liss, Inc.,
1989. - P. 273-281.
23. Visser A. Sulphide inhibition of methanogenic activity
at various pH levels at 55 C. / A. Visser, A.N. Nozhevnikova, G.
Lettinga // J. Chem. Tech. Biotechnol. – 1993. – № 57. – P. 9–
14. doi: 10.1002/jctb.280570103
24. Vogels G.D. Biochemistry of methane production /
G.D. Vogels, J.T. Kejtjens, C. van der Drift // A.J.B. Zehnder
(eds) Biology of Anaerobic Microorganisms. – NY: John Wiley
and Sons, 1988. – P. 988.
25. Williams C. Enumeration of some microbial groups in
thermophilic poultry waste digesters and enrichment of a feath-
er-degrading culture / C. Williams, J. Shih. // Journal of Applied
Bacteriology. – 1989. – №67. – P. 25–35. doi: 10.1111/j.1365–
2672.1989.tb04951.x
А.И.Салюк, канд.техн.наук, С.О.Жадан, Е.Б.Шаповалов,
Р.А.Тарасенко (Национальный университет пищевых тех-
нологий, Киев)
Ингибитирование производства метана из куриного
помета сульфидами
Рассмотрено ингибирование сульфидами производства мета-
на, а именно: механизм ингибирования, чувствительность раз-
личных групп метаногенов, факторы, которые его контроли-
руют, адаптацию к негативному воздействию, источники
образования сульфидов при метаногенезе куриного помета и
возможную степень ингибирования. Библ. 25, рис. 1.
Ключевые слова: куриный помет, метаногенез, биогаз, ин-
гибирование, сульфиды, сероводород.
Salyuk A., Zhadan S., Shapovalov E., Tarasenko R. (National
University of Food Technologies, Kyiv)
Sulfide-induced inhibition of methane production from
chicken manure
Reviewed sulfides inhibiting of the production of methane, name-
ly the mechanism of inhibition, the sensitivity of different groups
of methanogens, the factors that control it, the adaptation to the
negative impact, the sources of the sulfides during chicken ma-
nure methanogenesis and the possible degree of inhibition. Ref-
erences 25, figures 1.
Keywords: chicken manure, methanogenesis, biogas, inhibition,
sulfides, hydrogen sulfide.
SYNOPSES
During methane fermentation of waste with high content of
sulfur sulfides which may inhibit the process are formed. Poultry
manure is characterized by high content of this chemical ele-
ment. Accordingly, the risk of inhibition of methane production
is high. Nevertheless, in works devoted to the methane fermenta-
tion of chicken manure this issue has been neglected and concen-
tration of sulfides has not even been used as indicator during the
researches. The focus has always been made on the inhibition of
the process by ammonia nitrogen.
The aim of this work was to consider the mechanism of
sulfide-induced inhibition of methanogenesis, factors that control
it, sources of sulfides’ formation during methane fermentation of
chicken manure as well as possible inhibition degree that is im-
portant to avoid negative effects and to improve the efficiency of
the biogas plant.
The main sources of sulfides during methanogenesis of
chicken manure are undigested proteins which include sulfur-
containing amino acids and feathers, containing keratin which
stands out among the other structural proteins by high content of
cysteine. Although feathers are very resistant to physical and
chemical factors as a result of large amounts of disulfide bonds
of cysteine, hydrogen bonds and hydrophobic interactions, they
can be decomposed in a biogas plant.
Inhibitory effect of sulfides is associated with free hydro-
gen sulfide. Inhibition of methanogenesis may be associated with
H2S penetration through the cell membrane into the cytoplasm
and formation of sulfide and disulfide bonds between polypep-
tide chains as well as violation of sulfur assimilation. However,
the concentration of free hydrogen sulfide can't be used as the
only parameter to describe sulfide-induced inhibition in anaerob-
ic fermentation without considering pH environment.
Factors which control inhibition of the process include total
solids content in the substrate, hydraulic retention time of the
reactor, pH, temperature mode and concentration of ammonia
nitrogen.
Adaptation of methanogenic microorganisms to high sul-
fide content is an effective method to improve the process of
anaerobic digestion.
Because of the high content of sulfur in the poultry waste
and significant economic losses that can be caused by sulfides,
resulting from inhibition of methanogenesis, it is necessary to
control their concentration during laboratory studies and operation
of industrial plants that produce biogas from chicken manure.
Стаття надійшла до редакції 16.05.16
Остаточна версія 02.06.16
|
| id | veorgua-article-127 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:01:11Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/10/689d6b523379cbaa4f8ab2e797803110.pdf |
| spelling | veorgua-article-1272026-07-18T06:32:10Z Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure Ингибитирование производства метана из куриного помета сульфидами Інгібування виробництва метану з курячого посліду сульфідами Salyuk, A. Zhadan, S. Shapovalov, E. Tarasenko, R. chicken manure methanogenesis biogas inhibition sulfides hydrogen sulfide курячий послід метаногенез біогаз інгібування сульфіди сірководень куриный помет метаногенез биогаз ингибирование сульфиды сероводород During methane fermentation of waste with a high content of sulfur sulfides which may inhibit the process are formed. Poultry manure is characterized by high content of this chemical element. Accordingly, the risk of inhibition of methane production is high. Nevertheless, in works devoted to the methane fermentationof chicken manure this issue has been neglected and concentration of sulfides has not even been used as indicator during the researches. The focus has always been made on the inhibition of the process by ammonia nitrogen. The aim of this work was to consider the mechanism of sulfide-induced inhibition of methanogenesis, factors that control it, sources of sulfides’ formation during methane fermentation of chicken manure as well as possible inhibition degree that is important to avoid negative effects and to improve the efficiency ofthe biogas plant. The main sources of sulfides during methanogenesis of chicken manure are undigested proteins which include sulfurcontaining amino acids and feathers, containing keratin which stands out among the other structural proteins by a high content of cysteine. Although feathers are very resistant to physical and chemical factors as a result of large amounts of disulfide bonds of cysteine, hydrogen bonds, and hydrophobic interactions, theycan be decomposed in a biogas plant. Inhibitory effect of sulfides is associated with free hydrogen sulfide. Inhibition of methanogenesis may be associated with H2S penetration through the cell membrane into the cytoplasm and formation of sulfide and disulfide bonds between polypeptide chains as well as a violation of sulfur assimilation. However, the concentration of free hydrogen sulfide can't be used as the only parameter to describe sulfide-induced inhibition in anaerobic fermentation without considering the pH environment.Factors which control inhibition of the process include total solids content in the substrate, the hydraulic retention time of the reactor, pH, temperature mode and concentration of ammonia nitrogen.Adaptation of methanogenic microorganisms to high sulfide content is an effective method to improve the process of anaerobic digestion.Because of the high content of sulfur in the poultry waste and significant economic losses that can be caused by sulfides, resulting from inhibition of methanogenesis, it is necessary to control their concentration during laboratory studies and operation of industrial plants that produce biogas from chicken manure. Рассмотрено ингибирование сульфидами производства метана, а именно: механизм ингибирования, чувствительность различных групп метаногенов, факторы, которые его контролируют, адаптацию к негативному воздействию, источники образования сульфидов при метаногенезе куриного помета ивозможную степень ингибирования. Розглянуто інгібування сульфідами виробництва метану, а саме: механізм інгібування, чутливість різних груп метаногенів, фактори, що його контролюють, адаптацію до негативного впливу, джерела утворення сульфідів при метаногенезі курячого посліду та можливий ступінь інгібування. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-23 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/127 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (45) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 88-92 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (45) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 88-92 Відновлювана енергетика; № 2 (45) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 88-92 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/127/83 Copyright (c) 2016 A. Salyuk, S. Zhadan, E. Shapovalov, R. Tarasenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | chicken manure methanogenesis biogas inhibition sulfides hydrogen sulfide Salyuk, A. Zhadan, S. Shapovalov, E. Tarasenko, R. Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| title | Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| title_alt | Ингибитирование производства метана из куриного помета сульфидами Інгібування виробництва метану з курячого посліду сульфідами |
| title_full | Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| title_fullStr | Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| title_full_unstemmed | Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| title_short | Sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| title_sort | sulfide-induced inhibition of methane production from chicken manure |
| topic | chicken manure methanogenesis biogas inhibition sulfides hydrogen sulfide |
| topic_facet | chicken manure methanogenesis biogas inhibition sulfides hydrogen sulfide курячий послід метаногенез біогаз інгібування сульфіди сірководень куриный помет метаногенез биогаз ингибирование сульфиды сероводород |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/127 |
| work_keys_str_mv | AT salyuka sulfideinducedinhibitionofmethaneproductionfromchickenmanure AT zhadans sulfideinducedinhibitionofmethaneproductionfromchickenmanure AT shapovalove sulfideinducedinhibitionofmethaneproductionfromchickenmanure AT tarasenkor sulfideinducedinhibitionofmethaneproductionfromchickenmanure AT salyuka ingibitirovanieproizvodstvametanaizkurinogopometasulʹfidami AT zhadans ingibitirovanieproizvodstvametanaizkurinogopometasulʹfidami AT shapovalove ingibitirovanieproizvodstvametanaizkurinogopometasulʹfidami AT tarasenkor ingibitirovanieproizvodstvametanaizkurinogopometasulʹfidami AT salyuka íngíbuvannâvirobnictvametanuzkurâčogoposlídusulʹfídami AT zhadans íngíbuvannâvirobnictvametanuzkurâčogoposlídusulʹfídami AT shapovalove íngíbuvannâvirobnictvametanuzkurâčogoposlídusulʹfídami AT tarasenkor íngíbuvannâvirobnictvametanuzkurâčogoposlídusulʹfídami |