Anaerobic fermentation of dairy wastewater for biological hydrogen production

The objectives in this paper are meant to pave the way for future work on the co-digestion of agri-food waste, in the form of animal wastewater and food processing wastewater, so as to improve the utilization of dairy wastewater for hydrogen production as renewable bioenergy. In the longer term, the aim is to demonstrate the feasibility of cogeneration of power in the range of 0.5 to 2-3 kW via fuel cells that utilize the biohydrogen produced, with application on farm, or off-farm such as home appliances.

Intensive livestock and poultry production has generated excessively large volumes of manure, and managing manure more effectively is becoming more challenging for farmers. For dairy farming in the Lower Fraser Valley of British Columbia, manure will need to be stored for a prolonged period before land application. Anaerobic digestion for methane generation from mixed organic wastes is an established biological technology with many advantages and environmental benefits. Hydrogen is considered a viable alternative fuel and ‘energy carrier’ of the future, which would contribute towards achieving sustainability in the long term. It is desirable to investigate technologies that can modify the anaerobic digestion process to produce hydrogen biologically instead of producing it via methane reformation. Biohydrogen production from dairy wastewater as substrate was studied using an ASBR (Anaerobic Sequencing Batch Reactor) with a working volume of 6 L in a series of test that involved different hydraulic retention times (HRTs) under mesophilic temperature conditions. Seed sludge was obtained from a pilot-scale domestic wastewater treatment system for biological nutrients removal. For acclimatization, the reactor was operated for 48 d, with HRT of 15 d and organic loading rate (OLR) of 0.2 ± 0.1 kg /m3.d. Results indicated that methanogenesis was suppressed with manipulation of changes in HRT and OLR, but without pH control, or any pretreatment of seed sludge and the substrate. This operation strategy would provide the baseline data for improvements where necessary. At the shortest HRT of 0.25 d and highest OLR of 32 kg/m3.d, the maximum hydrogen content was found to be 45.1% and the hydrogen production rate was 0.08 L/L reactor.d. The observed yield is lower than that reported in the literature (with other carbohydrate-rich waste materials or agri-food waste materials as feedstock) to different extents. The opposite trends of H2 yield versus COD removal efficiency suggested that the amount of COD removed would not be the most appropriate parameter for normalizing biohydrogen yield data. When sucrose-rich synthetic wastewater was used as the substrate in another series of test, both maximum H2 content and hydrogen production rate were significantly improved, reaching 76.8% and 0.45 L/L reactor.d, respectively. Nevertheless, CO2 content in biogas remained high at 38.6%, suggesting that techniques to suppress CO2 formation during anaerobic fermentation need to be studied for further improvement in hydrogen yield.



Copyright: © European Compost Network ECN e.V.
Quelle: Orbit 2008 (Oktober 2008)
Seiten: 11
Preis inkl. MwSt.: € 11,00
Autor: S.G. Won
Dr. Anthony K Lau

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