Optimization of batch bio-H2 and methane production from raw cheese whey
Due to the renewed interest of finding new sources of green energy, biologically produced hydrogen (bio-H2) from biomass and mixed cultures is a promising alternative. Under anaerobic conditions, a wide range of food wastes can be used as substrates to generate bio-H2.
Raw Cheese Whey (RCW) represents an important waste for dairy industries due its high organic content and production rate (7-9 litres kg-1 of final product). Up to day, the options for whey valorisation as a food additive or for animal feed are not always feasible or economically viable. Thus, biogas production emerges as an alternative for its energetic valorisation. Nevertheless, the utilization of cheese whey as a unique substrate results in acidification problems and consequently, low methane production rates (90-180 NL CH4 kg-1 volatile solid-VS), even with pH adjustment. The combination of two-step anaerobic digestion process with separated bio-H2 and methane production represents one of the most promising alternatives to overcome this problem. This study primarily focused on optimising the main operational parameters (initial pHs, and substrate:inoculum ratios) for bio-H2 production (1st phase) by digestion of RCW, utilizing a digested Cow Manure Inoculum (CMI) in batch conditions. In this phase, all tests were performed without pH controlling or adjusting the pHs initially to different values (5.5, 6.0, 6.5 and 7.0). Alkalinity addition effect and different RCW:CMI ratios (50:50, 60:40, 65:35, 70:30, 80:20) were also evaluated. Secondly, the study tested the potential of the obtained digestates in the first phase for methane production in a 2nd phase. In this phase, the digestates were inoculated with fresh and pre-filtered digested CMI in 50:50 ratio in Volatile Solids basis to assure the methanogenic bacteria population, without adjusting the initial pH or adding alkalinity. All the tests were performed in stirred 500 mL bottles, by triplicate and under mesophilic conditions (37±3 °C) with continuous biogas production registration. Both bio-H2 and methane percentages in the biogas were analysed by Infra- Red equipment. The highest Specific Bio-H2 (SHP) and Methane (SMP) Production rates were obtained for an initial pH and RCW:CMI ratio of 6.5 and 65:35 respectively. Those values were 85.8 NL bio-H2 kg SV-1 and 166.9±2.3 NL CH4 kg VS-1. Cumulative bio-H2 data were also fitted to the Gompertz equation with a r2∼0.99. The lag phase before bio-H2 exponential production for the highest bio-H2 production (65:35, pH =6.5) was 3.8±0.1 hours. These findings could be on significance for further two-stage full-scale continuous systems design, in order to improve the viability of conventional anaerobic digestion plants and to offer a sustainable valorisation option for cheese whey effluents.
| Copyright: | © European Compost Network ECN e.V. | |
| Quelle: | Orbit 2012 (Juni 2012) | |
| Seiten: | 11 | |
| Preis inkl. MwSt.: | € 11,00 | |
| Autor: | Mikel Orive  Marta Cebrian | |
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