EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW
Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine. The effective production of biogas from...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| id |
veorgua-article-152 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Vidnovluvana energetika |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets метановое брожение биогаз константа скорости выхода биогаза потенциал выхода биогаза солома гранулы метанове бродіння біогаз константа швидкості виходу біогазу потенціал виходу біогазу солома гранули |
| spellingShingle |
anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets метановое брожение биогаз константа скорости выхода биогаза потенциал выхода биогаза солома гранулы метанове бродіння біогаз константа швидкості виходу біогазу потенціал виходу біогазу солома гранули Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| topic_facet |
anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets метановое брожение биогаз константа скорости выхода биогаза потенциал выхода биогаза солома гранулы метанове бродіння біогаз константа швидкості виходу біогазу потенціал виходу біогазу солома гранули |
| format |
Article |
| author |
Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. |
| author_facet |
Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. |
| author_sort |
Kucheruk, P. |
| title |
EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_short |
EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_full |
EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_fullStr |
EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_full_unstemmed |
EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW |
| title_sort |
experimental study of biogas output parameters in the batch anaerobic digestion of straw |
| title_alt |
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКА-ЗАТЕЛЕЙ ВЫХОДА БИОГАЗА В ПРОЦЕССЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ СОЛОМЫ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВИХОДУ БІОГАЗУ В ПРОЦЕСІ ПЕРІОДИЧНОГО МЕТАНОВОГО БРОДІННЯ СОЛОМИ |
| description |
Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine.
The effective production of biogas from straw in CSTR reactors requires its pretreatment. The main purposes of this pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of the specific surface and porosity of the material, decrease of crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw, the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of hydrophobic properties. The promissing method in regard to biogas production is the straw extrusion (straw pellets production), which combines fine mechanical grinding and thermal effect.
In this study the biogas yield potential from wheat straw samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically milled wheat straw with a linear particle size L<2 mm and wheat straw processed by extrusion (in the form of pellets with a diameter D=6,4 mm) was experimentally investigated in batch reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw pellets were studied. All samples were inoculated at the straw VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1.
It was found that reducing the linear sizes of wheat straw fractions leads to an increase in the first order rate constant of the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but practically does not affect the amount of bioavailable potential of the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS.
Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4 yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the most effective was the sample of extruded mixture of wheat straw and soybean k=0,131 day-1, and for samples of wheat straw and rape straw, constant k was estimated at the same level 0,121–0,122 day-1.
Thus, reducing the linear size of straw fractions can improve the kinetics, but does not affect the amount of bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison with fine mechanical shredding, and at the same time allows to significantly increase the bioavailable potential of biogas yield. |
| publisher |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2018 |
| url |
https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152 |
| work_keys_str_mv |
AT kucherukp experimentalstudyofbiogasoutputparametersinthebatchanaerobicdigestionofstraw AT matveevyu experimentalstudyofbiogasoutputparametersinthebatchanaerobicdigestionofstraw AT rudskav experimentalstudyofbiogasoutputparametersinthebatchanaerobicdigestionofstraw AT kucherukp éksperimentalʹnoeissledovaniepokazatelejvyhodabiogazavprocesseperiodičeskogometanovogobroženiâsolomy AT matveevyu éksperimentalʹnoeissledovaniepokazatelejvyhodabiogazavprocesseperiodičeskogometanovogobroženiâsolomy AT rudskav éksperimentalʹnoeissledovaniepokazatelejvyhodabiogazavprocesseperiodičeskogometanovogobroženiâsolomy AT kucherukp eksperimentalʹnedoslídžennâpokaznikívvihodubíogazuvprocesíperíodičnogometanovogobrodínnâsolomi AT matveevyu eksperimentalʹnedoslídžennâpokaznikívvihodubíogazuvprocesíperíodičnogometanovogobrodínnâsolomi AT rudskav eksperimentalʹnedoslídžennâpokaznikívvihodubíogazuvprocesíperíodičnogometanovogobrodínnâsolomi |
| first_indexed |
2024-06-01T14:33:36Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:33:36Z |
| _version_ |
1800669670590644224 |
| spelling |
veorgua-article-1522019-01-01T13:01:47Z EXPERIMENTAL STUDY OF BIOGAS OUTPUT PARAMETERS IN THE BATCH ANAEROBIC DIGESTION OF STRAW ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКА-ЗАТЕЛЕЙ ВЫХОДА БИОГАЗА В ПРОЦЕССЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ СОЛОМЫ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВИХОДУ БІОГАЗУ В ПРОЦЕСІ ПЕРІОДИЧНОГО МЕТАНОВОГО БРОДІННЯ СОЛОМИ Kucheruk, P. Matveev, Yu. Rudska, V. anaerobic digestion biogas biogas generation rate constant biogas yield potential straw pellets метановое брожение биогаз константа скорости выхода биогаза потенциал выхода биогаза солома гранулы метанове бродіння біогаз константа швидкості виходу біогазу потенціал виходу біогазу солома гранули Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine. The effective production of biogas from straw in CSTR reactors requires its pretreatment. The main purposes of this pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of the specific surface and porosity of the material, decrease of crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw, the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of hydrophobic properties. The promissing method in regard to biogas production is the straw extrusion (straw pellets production), which combines fine mechanical grinding and thermal effect. In this study the biogas yield potential from wheat straw samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically milled wheat straw with a linear particle size L<2 mm and wheat straw processed by extrusion (in the form of pellets with a diameter D=6,4 mm) was experimentally investigated in batch reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw pellets were studied. All samples were inoculated at the straw VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1. It was found that reducing the linear sizes of wheat straw fractions leads to an increase in the first order rate constant of the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but practically does not affect the amount of bioavailable potential of the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS. Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4 yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the most effective was the sample of extruded mixture of wheat straw and soybean k=0,131 day-1, and for samples of wheat straw and rape straw, constant k was estimated at the same level 0,121–0,122 day-1. Thus, reducing the linear size of straw fractions can improve the kinetics, but does not affect the amount of bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison with fine mechanical shredding, and at the same time allows to significantly increase the bioavailable potential of biogas yield. Given the scale of the formation and prevalence, as well as taking into account compliance with the set of criteria for sustainable development in the production of energy from renewable sources, the production of biogas from straw looks promising in Ukraine. The effective production of biogas from straw in CSTR reactors requires its pretreatment. The main purposes of this pretreatment are to increase bioavailability of cellulose as a result of destruction of ligno-cellulosic complexes, increase of the specific surface and porosity of the material, decrease of crystallinity of cellulose. Such pretreatment should lead to an increase in the rate of hydrolysis of organic compounds of straw, the bioavailable biogas yield potential, and the reduction of hydrophobic properties. The promissing method in regard to biogas production is the straw extrusion (straw pellets production), which combines fine mechanical grinding and thermal effect. In this study the biogas yield potential from wheat straw samples with a linear particle size L=10–150 mm, mechanically milled wheat straw with a linear particle size L<2 mm and wheat straw processed by extrusion (in the form of pellets with a diameter D=6,4 mm) was experimentally investigated in batch reactors at a temperature of 36±1°С. Also samples pellets of wheat straw (75%) and soybean (25%), as well as rape straw pellets were studied. All samples were inoculated at the straw VS to inoculum VS ratio 0,50–0,55 and initial concentration of the samples 25,1±0,4 gVS∙kg-1. It was found that reducing the linear sizes of wheat straw fractions leads to an increase in the first order rate constant of the biogas from 0,060±0,007 day-1 to 0,101±0,006 day-1, but practically does not affect the amount of bioavailable potential of the CH4 yield which was estimated at 191 LNCH4∙kg-1VS. Wheat straw extrusion allows to increase the specific CH4 yield by 10–16%, extrusion of mixture of wheat straw (75%) and soybean (25%) by 25–33%. By the first order rate constant, the most effective was the sample of extruded mixture of wheat straw and soybean k=0,131 day-1, and for samples of wheat straw and rape straw, constant k was estimated at the same level 0,121–0,122 day-1. Thus, reducing the linear size of straw fractions can improve the kinetics, but does not affect the amount of bioavailable biogas yield potential. Pre treatment of straw by extrusion allows to improve the kinetics, even in comparison with fine mechanical shredding, and at the same time allows to significantly increase the bioavailable potential of biogas yield. З огляду на масштаби утворення та поширеність, а також з врахуванням відповідності критеріям сталого розвитку виробництва енергії з відновлюваних джерел, в Україні може бути перспективним виробництво біогазу з соломи. Ефективне виробництво біогазу з соломи в реакторах типу CSTR вимагає її попередньої обробки. Основними задачами такої обробки є збільшення біодоступності целюлози внаслідок руйнування лігноцелюлозних комплексів, збільшення питомої поверхні та пористості матеріалу, зниження кристалічності целюлози. Така обробка повинна призвести до збільшення швидкості гідролізу органічних сполук соломи, біодоступного потенціалу виходу біогазу та зниження гідрофобних властивостей соломи. Перспективним методом обробки соломи для виробництва з неї біогазу, є її екструзія (виробництво гранул соломи), що поєднує в собі високий ступінь механічного подрібнення та термічний вплив. У цій роботі було досліджено потенціал виходу біогазу зі зразків соломи пшениці з лінійним розміром часток L=10–150 мм, механічно подрібненої соломи пшениці з лінійним розміром часток L<2 мм та екструдованої соломи пшениці (у вигляді гранул з діаметром D=6,4 мм) в біореакторах періодичної дії при температурі 36±1°С. Також було досліджено на потенціал виходу біогазу зразки гранул із суміші соломи пшениці (75%) та соломи сої (25%), а також гранули з соломи ріпаку. Всі зразки соломи було початково змішано з інокулятом зі співвідношенням маси органічної речовини зразків до маси органічної речовини інокуляту 0,50–0,55, при цьому початкова концентрація органічної речовини зразків соломи у сумішах складала 25,1±0,4 гСОР∙кг-1. Виявлено, що зменшення лінійних розмірів фракцій соломи пшениці призводить до збільшення константи швидкості виходу біогазу 1-го порядку з 0,060±0,007 доба-1 до 0,101±0,006 доба-1, але практично не впливає на величину біодоступного потенціалу виходу CH4, яку встановлено на рівні 191 лн.СН4•кгСОР-1. Екструзія соломи пшениці дозволяє збільшити питомий вихід CH4 на 10–16%, екструзія суміші соломи пшениці (75%) та соломи сої (25%) – на 25–33%. Найбільше значення константи швидкості виходу біогазу 1-го порядку k=0,131 доба-1 встановлено для зразків екструдованої суміші пшеничної соломи та соломи сої, а для зразків соломи пшениці та соломи ріпаку, значення константи k оцінено на рівні 0,121–0,122 доба-1. Таким чином, зменшення лінійного розміру фракцій соломи призводить до збільшення швидкості, але не впливає на величину біодоступного потенціалу виходу біогазу. Попередня обробка соломи екструзією дозволяє збільшити швидкість виходу біогазу, навіть у порівнянні з тонким механічним подрібненням, і в той же час дозволяє суттєво збільшити величину біодоступного потенціалу виходу біогазу. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-06-18 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152 Возобновляемая энергетика; № 2 (53) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 88-98 Відновлювана енергетика; № 2 (53) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 88-98 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (53) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 88-98 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/152/104 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |