and their industrial by-products (potato stillage and potato peels)
with pig manure. Sunflower seed hulls and chicken manure were
researched by Demirel et al. [19]. According to Parawira et al. [20],
the methane yield of the co-digestion of potato wastes with sugar
beet leaves was 31e62% higher than that of potato wastes alone.
Anaerobic co-digestion also improves the nutrient balance in the
biogas digester and improves fertilizer quality [19] and [21].
Effective biogas production requires optimal feedstock temperature,
composition, quantity and frequency of feedstock administration,
the presence of nutrients for microbial growth, optimal
stirring intensity, optimal pH (6.6e7.6 or 6.5e8.0) and safe toxin
levels, mainly heavy metal concentrations [15] and [22]. Selected
feedstock compounds, including ammonia, sulfur, selected aromatic
and phenolic compounds (e.g. chlorophenols) and halogenated
aliphatic compounds, strongly inhibit biogas production [23].
Biogas yield is also determined by the content of macroelements
and microelements responsible for methanogenesis and metabolic
processes during which enzymes decompose larger organic compounds
and contribute to the formation of smaller molecules [24].
The negative influence exerted by heavy metals is determined
not only by their concentrations in the substrate, but also by the pH
of fermenting biomass (at higher pH, fermentation in the presence
of high heavy metal concentrations is more effective), the presence
of heavy metal ions (zinc weakens cadmium's toxic effects) and
oxidation state (fermenting bacteria are more sensitive to Cr3þ than
Cr6þ compounds) [25e27].
Metal concentrations should not exceed the allowable standards,
and they should be monitored before digestion [28]. Toxic
substances such as cadmium, lead and phosphorus can inhibit
methane formation and reduce its efficiency. Selected elements,
including calcium, potassium, magnesium, iron, zinc, manganese,
copper and cobalt, speed up digestion, but their concentrations
cannot exceed the applicable standards [29]. Inhibitors can be
precipitated, neutralized and diluted. Other microelements can be
added to neutralize the adverse effects of inhibitors [30]. The above
processes were described by Talarowska et al. [31] who analyzed
carbon and metal concentrations in food wastes for biogas production
(methane formation). Other studies have demonstrated
that although methane-producing bacteria are deactivated by
toxins, they can survive for long periods of time in an unsupportive
environment, which does not affect their ability to biodegrade
organic compounds [32].
Feedstock preparation often involves maceration and the formation
of a suspension. A suspension is separated by hydrocyclone
fractionation, screening or floatation. Organic components are also
separated from metals and other undesirable substances by gravity
separation [33]. Toxic compounds inwastes that are used as organic
fertilizers can be assimilated by plants and accumulated in harmful
concentrations [34] and[35]. Toxin levels in soil andfertilizers should
be determined in viewof the strong correlations between metal ions
and organic compounds [36], nutrient concentrations in the substrate
[37] as well as the influence of synergistic and antagonistic
relationships between ions on the toxicity of minerals [38]. The
above problems have also been investigated by Jasiewicz et al. [39].
The objective of this study was to determine the concentrations
of heavy and light metal cations in food wastes and their influence
on the analyzed substrates' suitability for biogas production.
2. Materials
The following food processing wastes were analyzed:
- from the brewing industryebrewer's spent grain comprising
barley hulls from the malting process. Spent grainwas dried in a
laboratory dryer at 60 C and ground in a universal shredder
with 5 mm mesh size;
- from the fruit and vegetable processing industry e apple
pomace and strawberry pomace from a hydraulic press, strawberry
pomace from a drum filter, orange and grapefruit peel,
carrot pomace from a screw extruder and beetroot peels. The
wastes were dried in a laboratory dryer at 60 C and ground in a
universal shredder for 30 s;
- from the oil industry e rapeseed cake obtained by cold extraction
in a single-screw extruder with a 8 mm nozzle diameter, at
screwspeed of 40 rpm. Rapeseed cake did not require additional
pretreatment;
- from the potato industry e peels of potatoes cv. Irga and Verona
and potato pulp. The materials were dried and ground as
described above;
- from confectionery and fat industries e walnut and hazelnut
shells, which were ground in a ball mill for approximately 2 min.
The moisture content of stored food wastes ranged from 3.4 to
7.4%.
The analyzed food wastes were supplied by industrial plants in
Poland (spent grain, apple and strawberry pomace, potato peel and
potato pulp), they were produced in laboratories of the Warsaw
University of Life Sciences (rapeseed cake) and households (beetroot
peel, carrot pomace, nut shells, orange and grapefruit peel).
3. Methods
The content of heavy and light metals in the analyzed wastes
was determined by FAAS in the Thermo Solar M Atomic Absorption
Spectrometer. The analysis was performed on samples of approximately
1 g in three replications. The samples were combined with
7 ml of HNO3 (65% v/v) and 1 ml of H2O2 (30% v/v). The samples for
the determination of light metal concentrations were appropriately
diluted. The modifier was 2% LaCl3. Digestion was performed in a
microwave oven in a closed system (Milestone Start D microwave
oven; temperature program e temperature increase to 180 C
(500W) for 10 min, temperature maintenance at 180 C (500W) for
10 min, cooling for 20 min). Certified reference material (BCR-482,
IRMM) was used to validate the analytical measurements. Metal
standards supplied by GUM and Merck and reagents of minimum
analytical grade were used in the analysis.
The limits of quantification and expanded uncertainty for the
analyzed metals are presented in Tables 1 and 2.
4. Results and discussion
4.1. Heavy and light metal concentrations in plant wastes and
biogas production
The composition of processed materials has to be determined
during the design of various technological processes. The
maximum and minimum concentrations of selected compounds
vary in different rawmaterials, and they have to be determined due
to differences in the origin and the intended use of recycled wastes.
Heavy and light metal concentrations in the evaluated waste
samples are presented in Tables 3 and 4, and the content of light
metals in the analyzed samples e in Table 5. Mean values (X),
Table 1
Limit of quantification (LOQ) [mg kg1].
Pb Cd Cu Zn Ni Cr Na K Mg Ca
LOQ 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 0.2 0.2 2.5 2.5
and their industrial by-products (potato stillage and potato peels)
with pig manure. Sunflower seed hulls and chicken manure were
researched by Demirel et al. [19]. According to Parawira et al. [20],
the methane yield of the co-digestion of potato wastes with sugar
beet leaves was 31e62% higher than that of potato wastes alone.
Anaerobic co-digestion also improves the nutrient balance in the
biogas digester and improves fertilizer quality [19] and [21].
Effective biogas production requires optimal feedstock temperature,
composition, quantity and frequency of feedstock administration,
the presence of nutrients for microbial growth, optimal
stirring intensity, optimal pH (6.6e7.6 or 6.5e8.0) and safe toxin
levels, mainly heavy metal concentrations [15] and [22]. Selected
feedstock compounds, including ammonia, sulfur, selected aromatic
and phenolic compounds (e.g. chlorophenols) and halogenated
aliphatic compounds, strongly inhibit biogas production [23].
Biogas yield is also determined by the content of macroelements
and microelements responsible for methanogenesis and metabolic
processes during which enzymes decompose larger organic compounds
and contribute to the formation of smaller molecules [24].
The negative influence exerted by heavy metals is determined
not only by their concentrations in the substrate, but also by the pH
of fermenting biomass (at higher pH, fermentation in the presence
of high heavy metal concentrations is more effective), the presence
of heavy metal ions (zinc weakens cadmium's toxic effects) and
oxidation state (fermenting bacteria are more sensitive to Cr3þ than
Cr6þ compounds) [25e27].
Metal concentrations should not exceed the allowable standards,
and they should be monitored before digestion [28]. Toxic
substances such as cadmium, lead and phosphorus can inhibit
methane formation and reduce its efficiency. Selected elements,
including calcium, potassium, magnesium, iron, zinc, manganese,
copper and cobalt, speed up digestion, but their concentrations
cannot exceed the applicable standards [29]. Inhibitors can be
precipitated, neutralized and diluted. Other microelements can be
added to neutralize the adverse effects of inhibitors [30]. The above
processes were described by Talarowska et al. [31] who analyzed
carbon and metal concentrations in food wastes for biogas production
(methane formation). Other studies have demonstrated
that although methane-producing bacteria are deactivated by
toxins, they can survive for long periods of time in an unsupportive
environment, which does not affect their ability to biodegrade
organic compounds [32].
Feedstock preparation often involves maceration and the formation
of a suspension. A suspension is separated by hydrocyclone
fractionation, screening or floatation. Organic components are also
separated from metals and other undesirable substances by gravity
separation [33]. Toxic compounds inwastes that are used as organic
fertilizers can be assimilated by plants and accumulated in harmful
concentrations [34] and[35]. Toxin levels in soil andfertilizers should
be determined in viewof the strong correlations between metal ions
and organic compounds [36], nutrient concentrations in the substrate
[37] as well as the influence of synergistic and antagonistic
relationships between ions on the toxicity of minerals [38]. The
above problems have also been investigated by Jasiewicz et al. [39].
The objective of this study was to determine the concentrations
of heavy and light metal cations in food wastes and their influence
on the analyzed substrates' suitability for biogas production.
2. Materials
The following food processing wastes were analyzed:
- from the brewing industryebrewer's spent grain comprising
barley hulls from the malting process. Spent grainwas dried in a
laboratory dryer at 60 C and ground in a universal shredder
with 5 mm mesh size;
- from the fruit and vegetable processing industry e apple
pomace and strawberry pomace from a hydraulic press, strawberry
pomace from a drum filter, orange and grapefruit peel,
carrot pomace from a screw extruder and beetroot peels. The
wastes were dried in a laboratory dryer at 60 C and ground in a
universal shredder for 30 s;
- from the oil industry e rapeseed cake obtained by cold extraction
in a single-screw extruder with a 8 mm nozzle diameter, at
screwspeed of 40 rpm. Rapeseed cake did not require additional
pretreatment;
- from the potato industry e peels of potatoes cv. Irga and Verona
and potato pulp. The materials were dried and ground as
described above;
- from confectionery and fat industries e walnut and hazelnut
shells, which were ground in a ball mill for approximately 2 min.
The moisture content of stored food wastes ranged from 3.4 to
7.4%.
The analyzed food wastes were supplied by industrial plants in
Poland (spent grain, apple and strawberry pomace, potato peel and
potato pulp), they were produced in laboratories of the Warsaw
University of Life Sciences (rapeseed cake) and households (beetroot
peel, carrot pomace, nut shells, orange and grapefruit peel).
3. Methods
The content of heavy and light metals in the analyzed wastes
was determined by FAAS in the Thermo Solar M Atomic Absorption
Spectrometer. The analysis was performed on samples of approximately
1 g in three replications. The samples were combined with
7 ml of HNO3 (65% v/v) and 1 ml of H2O2 (30% v/v). The samples for
the determination of light metal concentrations were appropriately
diluted. The modifier was 2% LaCl3. Digestion was performed in a
microwave oven in a closed system (Milestone Start D microwave
oven; temperature program e temperature increase to 180 C
(500W) for 10 min, temperature maintenance at 180 C (500W) for
10 min, cooling for 20 min). Certified reference material (BCR-482,
IRMM) was used to validate the analytical measurements. Metal
standards supplied by GUM and Merck and reagents of minimum
analytical grade were used in the analysis.
The limits of quantification and expanded uncertainty for the
analyzed metals are presented in Tables 1 and 2.
4. Results and discussion
4.1. Heavy and light metal concentrations in plant wastes and
biogas production
The composition of processed materials has to be determined
during the design of various technological processes. The
maximum and minimum concentrations of selected compounds
vary in different rawmaterials, and they have to be determined due
to differences in the origin and the intended use of recycled wastes.
Heavy and light metal concentrations in the evaluated waste
samples are presented in Tables 3 and 4, and the content of light
metals in the analyzed samples e in Table 5. Mean values (X),
Table 1
Limit of quantification (LOQ) [mg kg1].
Pb Cd Cu Zn Ni Cr Na K Mg Ca
LOQ 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 0.2 0.2 2.5 2.5
การแปล กรุณารอสักครู่..
และผลพลอยได้จากอุตสาหกรรม ( stillage เปลือกมันฝรั่งและมันฝรั่ง )
กับมูลสุกร . เปลือกเมล็ดทานตะวัน และมูลไก่เป็น
วิจัยโดย demirel et al . [ 19 ] ตาม parawira et al . [ 20 ] ,
อัตราการผลิตก๊าซมีเทนของ บริษัทย่อยของเสียด้วยมันฝรั่งน้ำตาล
บีท ใบ 31e62 % สูงกว่ามันฝรั่งของเสียคนเดียว
ถัง Co การย่อยอาหารยังช่วยเพิ่มความสมดุลธาตุอาหารใน
ก๊าซชีวภาพ และเพิ่มปุ๋ยคุณภาพ [ 19 ] และ [ 21 ] .
การผลิตก๊าซชีวภาพที่มีประสิทธิภาพต้องอุณหภูมิวัตถุดิบที่ดีที่สุด
ส่วนประกอบ , ปริมาณและความถี่ของการกระจายการบริหาร
มีสารอาหารสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่เหมาะสม
กวน , ความเข้ม , pH ที่เหมาะสม ( 6.6e7.6 หรือ 6.5e8.0 ) และระดับสารพิษ
ปลอดภัย ปริมาณโลหะหนักส่วนใหญ่ [ 15 ] และ [ 22 ] เลือก
สารประกอบซัลเฟอร์ คัดสรรวัตถุดิบ ได้แก่ แอมโมเนียหอม และสารประกอบฟีนอล ( เช่น chlorophenols
) และปรากฎการณ์ชำนัน ขอยับยั้งการผลิตก๊าซชีวภาพ [ 23 ] .
ก๊าซชีวภาพผลผลิตยังกำหนดโดยเนื้อหาของแมคโคร ลีเมนท์
uncompound ช้าและรับผิดชอบกระบวนการเผาผลาญอาหารและเอนไซม์ย่อยสลายสารอินทรีย์ ซึ่งระหว่าง
ขนาดใหญ่และนำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลขนาดเล็ก [ 24 ] .
ลบอิทธิพลนั่นเอง โดยโลหะหนักจะถูกกำหนดโดยปริมาณของ
ไม่เพียง แต่ในแผ่น แต่ยังโดย M
ของการหมักชีวมวล ( ที่ระดับพีเอช หมักในการแสดง
ของปริมาณโลหะหนักสูงมีประสิทธิภาพมากขึ้น ) , การแสดง
ไอออนของโลหะหนัก ( สังกะสีอ่อนตัวพิษแคดเมียม ) และ
สถานะออกซิเดชัน ( หมักแบคทีเรียมีความไวþกว่า
cr6 þสารประกอบทางเคมี ) [ 25e27 ] .
ปริมาณโลหะไม่ควรเกินมาตรฐานอนุญาต ,
และพวกเขาควรจะตรวจสอบก่อนการย่อยอาหาร [ 28 ] สารพิษ
เช่น แคดเมียม ตะกั่ว และฟอสฟอรัส สามารถยับยั้งการเกิดก๊าซมีเทน
และลดประสิทธิภาพของ เลือกองค์ประกอบ
ได้แก่ แคลเซียม โพแทสเซียม แมกนีเซียม เหล็ก สังกะสีแมงกานีส , ทองแดงและโคบอลต์
ความเร็วการย่อยอาหาร แต่ความเข้มข้นเกินมาตรฐาน
ไม่สามารถใช้ได้ [ 29 ] โปรตีนสามารถ
ตกตะกอน , เป็นกลางและเจือจาง uncompound อื่นๆสามารถ
เพิ่มเพื่อแก้ผลกระทบของตัวยับยั้ง [ 30 ] ข้างบน
กระบวนการอธิบายโดย talarowska et al . [ 31 ]
ที่วิเคราะห์คาร์บอนและโลหะ ความเข้มข้นของของเสีย อาหารสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพ
( การสร้างมีเทน ) การศึกษาอื่น ๆได้แสดงให้เห็นถึง
แม้ว่าแบคทีเรียผลิตมีเทนจะถูกปิดโดย
สารพิษ , พวกเขาสามารถอยู่รอดได้นานในสิ่งแวดล้อม unsupportive
ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อความสามารถของ biodegrade
สารอินทรีย์ [ 32 ]การเตรียมวัตถุดิบมักจะเกี่ยวข้องกับยุ่ยและการพัฒนา
ของการระงับ ระงับแยกโดยการแยกไฮโดร
, การคัดกรองหรือการลอย . องค์ประกอบอินทรีย์ยังมี
แยกจากโลหะและสารไม่พึงประสงค์อื่น ๆ โดยแยกแรงโน้มถ่วง
[ 33 ] inwastes สารพิษที่ใช้เป็นปุ๋ยอินทรีย์
สามารถปรับตัวโดยพืชและสะสมอยู่ในอันตราย
ความเข้มข้น [ 34 ] และ [ 3 ] ระดับสารพิษในดิน ควร andfertilizers
ถูกกำหนดใน viewof ความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างไอออนโลหะและสารประกอบอินทรีย์
[ 36 ] , ความเข้มข้นของธาตุอาหารในพื้นผิว
[ 37 ] รวมทั้ง อิทธิพลและความสัมพันธ์ระหว่างที่ปฏิปักษ์
ไอออนที่มีต่อความเป็นพิษของแร่ธาตุ [ 38 ]
ปัญหาข้างต้นยังได้รับการสอบสวนโดย jasiewicz et al .[ 39 ] .
วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือ เพื่อศึกษาความเข้มข้นของไอออนโลหะหนักและเบา
ในของเสียอาหารและอิทธิพลของสถานภาพวิเคราะห์พื้นผิวสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพ .
2 วัสดุ
ต่อไปนี้อาหารแปรรูปขยะเป็นข้อมูล
- จากเบียร์ industryebrewer ใช้เวลาเมล็ดข้าวบาร์เลย์มอลต์ประกอบด้วย
เปลือกจากกระบวนการ ใช้เวลาใน grainwas
แห้งห้องปฏิบัติการอบที่ 60 องศาเซลเซียส และ พื้นดินใน
Shredder สากลด้วยตาข่ายขนาด 5 มม. ;
- จากผลไม้ และผักแปรรูป อุตสาหกรรมและแอปเปิ้ลและสตรอเบอร์รี่
กากกากจากกดไฮโดรลิก , สตรอเบอร์รี่
กากจากถังกรอง , เปลือกส้มและส้มโอ
กากจากแครอทและบีทรูทเครื่องอัดรีดสกรูเปลือก .
กากแห้งในห้องปฏิบัติการเครื่องเป่าที่ 60 C และพื้นดินใน
สากล Shredder 30 s ;
- E จากอุตสาหกรรมน้ำมัน rapeseed เค้กได้โดยการสกัดเย็น
ในเครื่องอัดรีดสกรูเดี่ยวกับหัวฉีด 8 มม. เส้นผ่าศูนย์กลางที่
screwspeed 40 รอบต่อนาที เค้กเมล็ดไม่ต้องทำเพิ่มเติม
;
- จากเปลือกมันฝรั่ง อุตสาหกรรมและพันธุ์มันฝรั่ง irga 2559
และเนื้อมันฝรั่ง วัสดุที่แห้งและบดละเอียดที่อธิบายข้างต้น
;- จากโรงงานลูกกวาดและไขมัน E วอลนัทและเฮเซลนัท
เปลือกหอยซึ่งเป็นสนามในบอลมิล ประมาณ 2 นาที
ความชื้นเก็บอาหารของเสียระหว่าง 3.4 7.4 %
.
วิเคราะห์อาหารของเสียถูกจัดโดยโรงงานอุตสาหกรรม
โปแลนด์ ( ใช้เวลาเมล็ดแอปเปิ้ลและสตรอเบอร์รี่กากเปลือกมันฝรั่ง
เนื้อและมันฝรั่ง ) พวกเขาถูกผลิตในห้องปฏิบัติการของวอร์ซอ
มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งชีวิต ( เค้ก rapeseed ) และครอบครัว ( บีทรูท
ปอกเปลือก แครอท กากถั่วเปลือกส้มและส้มโอปอกเปลือก ) .
3 วิธีการ
เนื้อหาหนักและโลหะแสงในวิเคราะห์ของเสีย
ถูกกำหนดโดย FAAS ในแสงอาทิตย์ร้อน M Atomic absorption
สเปกโตรมิเตอร์ ผลจากการวิเคราะห์ตัวอย่างประมาณ
1 G 3 ซ้ำ จำนวนรวมกับ
7 ml ของกรดดินประสิว ( 65 % v / v ) และ 1 มิลลิลิตรของ H2O2 ( 30 % v / v ) กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการหาปริมาณโลหะอ่อน
มีให้เจือจาง ส่วนที่ 2 % lacl3 . การย่อยได้ใน
เตาไมโครเวฟในระบบปิด ( ขั้นเริ่มต้น D ไมโครเวฟเตาอบอุณหภูมิโปรแกรม
; E เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ 180 C
( 500w ) 10 นาที ที่อุณหภูมิ 180 C ( 500w รักษา )
10 นาทีเย็นเป็นเวลา 20 นาที ) วัสดุอ้างอิงที่ได้รับการรับรอง ( bcr-482
, irmm ) ถูกใช้ในการตรวจสอบการวัดวิเคราะห์ โลหะ
มาตรฐานจัดโดยฝรั่ง และเมอร์ค และ สารเคมีเกรดวิเคราะห์ กลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการวิเคราะห์น้อย
.
ข้อจำกัดของปริมาณ และขยายไม่แน่นอน
วิเคราะห์โลหะที่นำเสนอในรูปของตารางที่ 1 และ 2
4 ผลและการอภิปราย
4.1 .ความเข้มข้นโลหะหนักและเบาของเสียและการผลิตก๊าซชีวภาพในโรงงาน
องค์ประกอบของวัสดุการประมวลผลจะต้องมีการกําหนด
ในระหว่างการออกแบบกระบวนการเทคโนโลยีต่าง ๆ
สูงสุดและความเข้มข้นต่ำสุดของคัดสรรสารประกอบ
แตกต่างกันในวัตถุดิบที่แตกต่างกัน และพวกเขาต้องได้รับการพิจารณาเนื่องจาก
ความแตกต่างในที่มาและวัตถุประสงค์การใช้ของเสียรีไซเคิล
ความเข้มข้นโลหะหนักและเบาในการประเมินของเสีย
ตัวอย่างจะนำเสนอในรูปของตารางที่ 3 และ 4 และเนื้อหาของโลหะแสงในการวิเคราะห์ตัวอย่าง
E ในตารางที่ 5 ค่าเฉลี่ย ( X )
โต๊ะ 1 ขีด จำกัด ของปริมาณ ( loq มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม ) [ 1 ] .
Cu Zn Pb ซีดีผม CR na K Mg Ca
loq 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 0.2 0.2 2.5 2.5
การแปล กรุณารอสักครู่..