chemical formula for organic waste is C6H 10
O4 (Shefali & Themelis 2002) Hydrolysis
reaction of organic fraction is represented by
following reaction:
C6H10O4 + 2H2O → C 6 H 12 O6 + 2H 2
(Ostrem & Themelis 2004)
Acitogenesis
This stage is facilitated by microorganisms
known as acid formers that transform the
products of the hydrolysis into simple organic
acids such as acetic, propionic and butyricacid
as well as ethanol, carbon dioxide and
hydrogen. . Acid forming stage comprises two
reactions, fermentation and the acetogenesis
reactions. During the fermentation the soluble
organic products of the hydrolysis are
transformed into simple organic compounds,
mostly volatile fatty acids such as propionic,
formic, butyric, valeric etc, ketones and
alcohols. Typical reactions occurring at this
stage are the following - Conversion of the
glucose to ethanol: - Conversion of the
glucose to propionate: (Ostrem & Themelis
2004) The acetogenesis is completed
through carbohydrate fermentation and results
in acetate, CO₂ and H₂, compounds that can
be utilized by the methanogens. The presence
of hydrogen is critical importance in
acetogenesis of compounds such as propionic
& butyric acid. These reactions can only
proceed if the concentration of H₂ is very low
(Ralph & Dong 2010). Thus the presence of
hydrogen scavenging bacteria is essential to
ensure the thermodynamic feasibility of this
reaction (Ostrem & Themelis 2004).
Important reactions during the acetogenesis
stage are as follow (Ostrem & Themelis 2004)
- Conversion of glucose to acetate:
- Conversion of ethanol to acetate.
- Conversion of propionate to acetate.
- Conversion of bicarbonate to acetate.
Methanogenesis.
Methanogenesis is a reaction facilitated by the
methanogenic microorganisms that convert
soluble mater into methane . Two thirds of the
total methane produced is derived converting
the acetic acid or by fermentation of alcohol
formed in the second stage such as methanol.
The other one third of the produced methane
is a result of the reduction of the carbon
dioxide by hydrogen. Considering that the
methane has high climate change potential the
goal is to find an alternative in order to lower
the environmental foot print of the organic
waste treatment. Therefore this stage is
avoided and instead of methane the
production of volatile fatty acids is targeted.
The reactions that occur during this stage are
as follows (Ostrem & Themelis 2004).
- Acetate conversion
2CH₃CH₂OH + CO₂ ↔ 2CH₃COOH + CH4
Followed by: CH₃COOH ↔ CH₄ + CO2
- Methanol conversion
CH₃OH + H₂ ↔ CH₄ + H₂O
- Carbon dioxide reduction by hydrogen
CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + H₂O
PARAMETERS AFFECTING THE
ANAEROBIC DIGESTION OF KITCHEN
WASTES
1- pH value
The pH value of the reacting material is a
pivotal factor in the AD of kitchen waste. The
importance of the pH is due to the fact that
methanogenic bacteria are very sensitive to
acidic conditions and their growth and
methane production are inhibited in acidic
environment. In batch reactors pH value is
closer dependent of the retention time and
loading rate. Different stages of the AD
process have different optimal pH values.
Also the pH value changes in response to the
biological transformations during different
stages of AD process. Production of organic
acids during the acetogenesis can lower the
pH below 5 what is lethal for methanogens
and cause decrease in the methanogens
population. Consequently this would lead to
acid accumulation, since the methanogens
are responsible for the consumption of the
formed acids, and digester failure. Constant
pH is crucial in the start-up phase because
fresh waste has to go first thru the stage of
hydrolysis and acidogenesis before any
methane can be formed, which will lower the
pH. In order to keep the value of pH on the
equilibrium buffer has to be added into the
system, such as calcium carbonate or lime.
2 -Composition of the kitchen waste
It is important to know the composition of the
kitchen waste in order to be able to predict
both the bio-methanization potential and most
efficient AD facility design. The biomethanization
potential of the waste depends
on the concentration of four main components:
proteins, lipids, carbohydrates, and cellulose.
This is due to different bio-chemical
characteristics of these components (Nerves
et al. 2007)
The highest methane yields have systems with
excess of lipids but with longest retention time.
The methanization of the reactors with excess
of cellulose and carbohydrates respectively.
The lowest rates of the hydrolysis are with an
excess of lipids and cellulose, indicating that
when these components are in excess, a
อินทรีย์เคมีสูตรคือ C6H 10O4 (Shefali & Themelis 2002) ไฮโตรไลซ์แสดงปฏิกิริยาของเศษอินทรีย์ด้วยปฏิกิริยาต่อไปนี้:C6H10O4 + 2H2O → C 6 H 12 O6 + 2H 2(Ostrem & Themelis 2004)Acitogenesisขั้นตอนนี้คืออาศัยจุลินทรีย์ว่าเป็นกรด formers ที่แปลงนี้ผลิตภัณฑ์ไฮโตรไลซ์เข้าง่ายอินทรีย์กรดอะซิติก propionic และ butyricacidและเอทานอล ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจน . ประกอบด้วยกรดขึ้นขั้นสองปฏิกิริยา หมัก และการ acetogenesisปฏิกิริยาการ ระหว่างการหมักละลายน้ำได้สินค้าเกษตรอินทรีย์ของไฮโตรไลซ์เปลี่ยนเป็นสารอินทรีย์อย่างง่ายส่วนใหญ่ระเหยกรดไขมันเช่น propionicvaleric formic, butyric ฯลฯ คีโตน และalcohols โดยทั่วไปปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนี้ขั้นตอนมีดังต่อไปนี้ - การแปลงกลูโคสกับเอทานอล: -แปลงกลูโคสการ propionate: (Ostrem และ Themelis2004) การ acetogenesis เสร็จผ่านการหมักคาร์โบไฮเดรตและผลลัพธ์ใน acetate, CO₂ และ H₂ สารประกอบที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ โดย methanogens สถานะการออนไลน์ของไฮโดรเจนมีความสำคัญสำคัญของสารประกอบเช่น propionic acetogenesisและกรด butyric ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถต่อไปถ้าความเข้มข้นของ H₂ ต่ำมาก(ราล์ฟและดง 2010) ดังนั้นสถานะของไฮโดรเจน scavenging แบคทีเรียเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์นี้ปฏิกิริยา (Ostrem & Themelis 2004)ปฏิกิริยาที่สำคัญในระหว่างการ acetogenesisขั้นตอนมีดังนี้ (Ostrem & Themelis 2004)-แปลงกลูโคส acetate:-การแปลงของเอทานอลเพื่อ acetate-แปลง propionate acetate-แปลงไบคาร์บอเนต acetateMethanogenesisMethanogenesis เป็นปฏิกิริยาที่อาศัยการจุลินทรีย์ methanogenic ที่แปลงmater ละลายเป็นมีเทน สองในสามของการแปลงผลิตมีเทนรวมมากรดอะซิติกหรือ โดยการหมักแอลกอฮอล์เกิดขึ้นในขั้นสองเช่นเมทานอลที่อื่น ๆ หนึ่งในสามของมีเทนผลิตผลของการลดลงของคาร์บอนไดออกไซด์ โดยไฮโดรเจน พิจารณาที่จะมีเทนมีโอกาสเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศสูงเป้าหมายคือหาทางเลือกเพื่อลดพิมพ์เท้าสิ่งแวดล้อมของการเกษตรอินทรีย์เสียรักษา ดังนั้น ขั้นตอนนี้เป็นหลีกเลี่ยง และมีเทนแทนเป้าหมายผลิตกรดไขมันระเหยเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนนี้ได้ดังนี้ (Ostrem & Themelis 2004)-แปลง acetate2CH₃CH₂OH + CO₂ ↔ 2CH₃COOH CH4ตามด้วย: CH₃COOH ↔ CH₄ + CO2-แปลงเมทานอลCH₃OH H₂ ↔ CH₄ + H₂O-ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลง โดยไฮโดรเจนCO₂ 4H₂ ↔ CH₄ + H₂Oพารามิเตอร์ที่มีผลต่อการไม่ใช้ย่อยอาหารอาหารเสียค่า 1 pHค่า pH ของวัสดุปฏิกิริยาการตัวแปรในโฆษณาของอาหารเสีย ที่มีความสำคัญของ pH เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าmethanogenic bacteria are very sensitive toacidic conditions and their growth andmethane production are inhibited in acidicenvironment. In batch reactors pH value iscloser dependent of the retention time andloading rate. Different stages of the ADprocess have different optimal pH values.Also the pH value changes in response to thebiological transformations during differentstages of AD process. Production of organicacids during the acetogenesis can lower thepH below 5 what is lethal for methanogensand cause decrease in the methanogenspopulation. Consequently this would lead toacid accumulation, since the methanogensare responsible for the consumption of theformed acids, and digester failure. ConstantpH is crucial in the start-up phase becausefresh waste has to go first thru the stage ofhydrolysis and acidogenesis before anymethane can be formed, which will lower thepH. In order to keep the value of pH on theequilibrium buffer has to be added into thesystem, such as calcium carbonate or lime.2 -Composition of the kitchen wasteIt is important to know the composition of thekitchen waste in order to be able to predictboth the bio-methanization potential and mostefficient AD facility design. The biomethanizationpotential of the waste dependson the concentration of four main components:proteins, lipids, carbohydrates, and cellulose.This is due to different bio-chemicalcharacteristics of these components (Nerveset al. 2007)The highest methane yields have systems withexcess of lipids but with longest retention time.The methanization of the reactors with excessof cellulose and carbohydrates respectively.The lowest rates of the hydrolysis are with anexcess of lipids and cellulose, indicating thatwhen these components are in excess, a
การแปล กรุณารอสักครู่..
