Design and construction of a replicated composting system at laboratory scale: technical characteristics and first homogeneity test

Composting is one of the most popular methods to treat those organic wastes which could be transformed into an useful compost.

Due to this, the number of scientific and technical studies about composting is increasing every year. However, on most of those works only the initial and final products are analysed, due to the impossibility of taking homogeneous samples from the composting matrix without disturbing it, especially on closed composting systems like bioreactors. This work shows the technical and operational characteristics of a laboratory scale composting system composed of replicated bioreactors, designed with the aim of allowing destructive sampling through the process, thus obtaining useful data without disturbing the composting matrix or process. The results obtained with the first on-load trials are also show.
The system consist of 12 identical bioreactors, 30 litres capacity each one. All of them are connected to a ventilation system equipped with 24 electrovalves to control which bioreactor will be ventilated. A single air compressor, fitted with a 100 litres tank, supply a constant amount of air to this system, being controlled the air flow by an analog electrovalve and a mass flow meter. The control and monitoring of all the system is made by a Siemens Microbox 340, connected by Profibus to the input / output modules. This control system registers all the data from the sensors (temperature, oxygen, carbon dioxide, ammonia and air flow from each bioreactor), and controls all the electrovalves. The control program allows to fix a constant air flow rate, which will be maintained during all the composting process if ventilation is activated, regulated by a PID control of the analog electrovalve. The ventilation will be activated automatically if the set points for the maximum temperature or the minimum oxygen concentration are achieved (those set points are determined by the operator). A queue control system has been programmed to organize the order and way of ventilating the bioreactors connected to the system.
The on-load trials were developed with fishery sludge mixed with 1 cm bulking agent obtained from garden wastes, on a 1:2 ratio (sludge : bulking volume). 10 kg of mixture was loaded into each bioreactor, setting as control parameters a maximum temperature of 55ºC, minimum oxygen concentration of 5% and 30 litres per minute of air flow. The trial started with 12 biorreactors. 3 biorreactors were logged off from the system and sampled at several key moments of the composting process: mesophilic – termophilic interphase (45ºC), termophilic phase (55ºC) and final mesophilic phase (35ºC). The material inside each bioreactor was homogenizated and analysed by triplicate for total weight, water content, organic matter, pH, electric conductivity, ammonia and nitrate.
The temperature and oxygen uptake evolution was homogeneous for all the bioreactors, reaching all of them the thermophilic phase during the first 30 hours of the trial. The queue control system worked as expected, not being detected any bioreactor which suffered thermic or oxygen process inhibition due to being not ventilated when needed. Due to the sludge used, a high level of ammonia, which caused high electric conductivity values, was detected. The standard deviation detected for all the measured parameters were small, and all of them evolved within the limits considered correct for the composting process.
Both the continuous measured parameters and the results obtained from the matrix analysis of bioreactors logged off at the same time shows an homogeneity enough to consider them as “replicates”. For this reason, this composting system allow to sample in a destructive way during the composting process.



Copyright: © European Compost Network ECN e.V.
Quelle: Orbit 2008 (Oktober 2008)
Seiten: 6
Preis inkl. MwSt.: € 6,00
Autor: Domingo Pérez
I. Villar
S. Mato
I. Armesto
J.C. García

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