Anaerobic digestion of brewery spent grain in a semi-continuous bioreactor : inhibition by phenolic degradation products

angleški

2011

letnik 58, številka 1

biogorivo   bioplin   biorazgradljivost   gnojevka   inhibition   mikrobiologija   pivske tropine

Slovensko kemijsko društvo
(Obvezni izvod spletne publikacije)

Pivovarniške tropine so zaradi visokega bioplinskega potenciala izredno atraktivne za proces anaerobne razgradnje. Vendar pa so zaradi vsebnosti lignina težko biorazgradljive, ker nekateri produkti delujejo zaviralno na metanogene bakterije in arheje. Poskusi anaerobne razgradnje so se izvajali v polkontinuirnih pretočnih reaktorjih s popolnim premešanjem (CSTR) v mezofilnem območju (37 °C); delovni volumen reaktorjev je bil 30 litrov. Za inokulum smo uporabili sveže anaerobno metanogeno blato iz predelave prašičje gnojevke. Kot substrat smo uporabili pivovarniške tropine s 6,5 % s.s. lignina z velikostjo delcev 1-4 mm v kombinaciji s pivovarniško odpadno vodo (masno razmerje 1:2). Substrat je bil predhodno obdelan z naslednjimi tehnikami: mehanska, kemična (kisla in alkalna) in termo-kemična (kisla). V vzorcih, odvzetih iz biokemičnih reaktorjev enkrat tedensko, smo analizirali amonij, kratkoverižne maščobne kisline, kemijsko potrebo po kisiku in vsebnost aromatskih spojin. Dnevno se je izvajala meritev pH vrednosti in produkcija bioplina. Meritve produkcije bioplina so se izvajale online z merilcem pretoka bioplina ADM 2000. Opisana tehnika se je obnesla kot zelo učinkovita (povprečna proizvodnja bioplina 550 L/kg TSS), vendar pa so se po določenem času anaerobne razgradnje substrata pojavile težave z inhibicijo. Le-to pripisujemo sproščanju in kopičenju p-krezola in deloma fenola, vzporedno pa tudi ocetne in propionske kisline. Pri anaerobni razgradnji mehansko predobdelanega substrata smo zasledili pojav inhibicije pri koncentraciji p-krezola 236 mg/L, pri termo-kemičnem v mezofilnem območju pri koncentraciji 232 mg/L, pri termo-kemični v termofilnem območju pri koncentraciji 184 mg/L, pri kemični-alkalni pri koncentraciji 204 mg/L in pri kemični-kisli pri koncentraciji 115 mg/L. Ostali za inhibicijo potencialni parametri niso bili v kritičnem območju. Pri neobdelanem substratu je bil najverjetneje vzrok za inhibicijo preobremenjenost reaktorja, zaradi kopičenja nerazgrajenih velikih delcev. Na podlagi rezultatov lahko zaključimo,da je čas nastopa inhibicije produkcije bioplina iz pivovarniških tropin v CSTR reaktorju odvisen od vrste predobdelave substrata, ki vpliva na razgradnjo lignina. Noben tip predobdelave ni zagotovil stacionarnega obratovanja reaktorja v trajanju najmanj treh hidravličnih zadrževalnih časov, kar je običajni kriterij za te procese. Podani so predlogi za dodatne raziskave za doseganje tega cilja.

13.07.2012