Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester
Doctor of Philosophy Degree in Energy Technology, 2565
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | English |
| Published: |
Prince of Songkla University
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18048 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | English |
| id |
th-psu.2016-18048 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
English |
| topic |
high solid anaerobic digestion biogas cow manure |
| spellingShingle |
high solid anaerobic digestion biogas cow manure Burachat Sripitak Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester |
| description |
Doctor of Philosophy Degree in Energy Technology, 2565 |
| author2 |
Prawit Kongjan |
| author_facet |
Prawit Kongjan Burachat Sripitak |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
Burachat Sripitak |
| author_sort |
Burachat Sripitak |
| title |
Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester |
| title_short |
Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester |
| title_full |
Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester |
| title_fullStr |
Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester |
| title_full_unstemmed |
Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester |
| title_sort |
biogas production from small farm cow manure by high solid three-stage anaerobic digester |
| publisher |
Prince of Songkla University |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18048 |
| _version_ |
1764209947206221824 |
| spelling |
th-psu.2016-180482023-04-21T03:08:33Z Biogas Production from Small Farm Cow Manure by High Solid Three-Stage Anaerobic Digester การผลิตแก๊สชีวภาพจากมูลวัวของฟาร์มขนาดเล็กด้วยการย่อยสลายไว้อากาศสามขั้นตอนในสภาวะปริมาณของแข็งสูง Burachat Sripitak Prawit Kongjan คณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวิชาเทคโนโลยีพลังงาน Faculty of Engineering (Energy Technology) high solid anaerobic digestion biogas cow manure Doctor of Philosophy Degree in Energy Technology, 2565 High solid anaerobic digestion (HS-AD), a so-called semi-dry or dry anaerobic system is an alternatively potential option for substrate degradation under less water content. The solid-state anaerobic process is categorized into the semi-solid or high solid-state for having total solids between 10% and 20% in a system and solid-state for a system having total solids higher than 20%. This thesis aimed to study the three-stage high-solid anaerobic digestion (TSHS-AD) at ambient temperature with cow manure. Biomethane Potential was conducted at the various substrate to inoculum (S: I) ratios of 2:1, 4:1, and 6:1 on a volatile solid (VS) basis, each of which was conducted at different total solid concentrations (15%, 20%, and 30%). The highest cumulative methane of 343.97 mL-CH4·gVS-1 was achieved at 2:1-S: I ratio and 15 %TS. The first-order hydrolysis constant (kh) decreased, when the initial %TS and S: I ratio was increased. Consequently, methane production was correspondingly reduced. According to the modified Gompertz parameters, the maximum biogas production rate (Rmax), the time period for 90% of total biogas yield (T90), and the effective biogas production period (Tef) were increased, when the initial %TS and S: I ratio was decreased. Additionally, it was found that the lag phase () became shorter by using less initial % TS and S: I ratio. Meanwhile, TSHS-AD of three tanks in a row operated at S: I 2:1 and 15 %TS (20g-TS·L-1 reactor1(R1)) provide a maximum methane yield of 316.09 mL-CH4·gVS-1. The methane yield was increased by stepwise increasing initial manure concentrations from 5 g-TS·L-1-R1 up to 20 g-TS·L-1-R1. However, continuously increasing initial manure concentration to 25 g-TS·L-1-R1 and 30 g-TS·L-1-R1 could cause a decrease in methane production rate. Methane production from compact TSHS-AD of cow manure produces 309 mL-CH4.gVS-1, which is rather similar to methane yield obtained from 1-L TSHS-AD. The stage separation of TSHS-AD reduces inhibitors in the methanogenesis step. Moreover, it could create a full microbial function in each stage. Accumulation of VFA and semi-continuous feeding have considerable influence in enhancing anaerobic microbes involved in the biogas system. The annual income from biogas has the greatest impact on the investment attractiveness of TSHS-AD, according to the computation of the internal rate of return (IRR), Net present value (NPV), and the payback time (PB). The results obtained in this research could be potentially helpful to scale up the TSHS-AD system Bio-mass conversion to Energy and Chemicals unit (Bio-MEC), Research Grant from Graduate School, Prince of Songkla University, Thailand Research Fund through Energy Policy and Planning Office (EPPO), Ministry of Energy and National Research Council of Thailand (NRCT) (Grant No. N41D640040), Partially financial from TRF Senior Research Scholar (Grant No. RTA6280001). การผลิตก๊าซชีวภาพด้วยการย่อยสลายไร้อากาศในสภาวะปริมาณของแข็งสูงเป็นทางเลือกสำหรับการย่อยสลายแบบใช้น้ำในกระบวนการน้อยโดยจะมีสัดส่วนของของแข็ง 10-20 เปอร์เซ็นต์ งานวิจัยมีวัตถุประสงค์ศึกษาระบบการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยการย่อยสลายไร้อากาศสามขั้นตอนในสภาวะปริมาณของแข็งสูงที่อุณหภูมิตามสภาพแวดล้อมปกติ จากการศึกษาศักยภาพในการผลิตก๊าซชีวภาพแบบแบชระหว่างซับสเตรทมูลวัวกับหัวเชื้อจากมูลวัวผสมกันในอัตราส่วน 2:1 4:1 และ 6:1 (VS Basis) โดยแปรที่ 15, 20 และ 30 เปอร์เซนต์ของแข็งทั้งหมดพบว่าสูตรของซับสเตรทมูลวัวกับหัวเชื้อจากมูลวัวอัตราส่วน 2:1 (VS Basis) ที่ 15 เปอร์เซนต์ของแข็งทั้งหมดสามารถผลิตแก๊สมีเทนได้สูงสุดคือ 343.97 mL-CH4·gVS-1 สัมประสิทธิ์จลนพลศาสตร์ไฮโดรไลซิสลดลงเมื่อสัดส่วนของของแข็งและซับสเตรทเพิ่มขึ้นส่งผลให้การผลิตก๊าซมีเทนลดลง เมื่อนำข้อมูลก๊าซที่ได้ไปแทนค่าในสมการ Modified Gompertz Model พบว่าประสิทธิภาพการผลิตก๊าซมีเทนลดลงและระยะเวลาปรับในการผลิตมีเทนเพิ่มขึ้นเมื่อสัดส่วนของของแข็งและซับสเตรทเพิ่มขึ้น เมื่อนำอัตราผสมระหว่างซับสเตรทมูลวัวกับหัวเชื้อจากมูลวัวดังกล่าวไปใช้ทดสอบผลิตแก๊สชีวภาพด้วยระบบการผลิตแก๊สชีวภาพด้วยการย่อยสลายไร้อากาศสามขั้นตอนในสภาวะปริมาณของแข็งสูง ระบบดังกล่าวสามารถผลิตแก๊สมีเทนได้ 316.09 mL-CH4·gVS-1 ปริมาณก๊าซมีเทนที่ผลิตด้วยระบบนี้จะเพิ่มขึ้นที่ความเข้มข้นของซับสเตรทเริ่มต้นที่ 5 g-TS·L-1-R1 ถึง 20 g-TS·L-1-R1 แต่จะลดลงเมื่อความเข้มข้นของซับสเตรทเริ่มต้นที่ 25 g-TS·L-1-R1 และ 30 g-TS·L-1-R1 จากข้อมูลการวิเคราะห์กลุ่มเชื้อด้วยวิธี PCR-DGGE และทดสอบศักยภาพในการย่อยของจุลินทรีย์แสดงให้เห็นว่าระบบการผลิตแก๊สชีวภาพด้วยการย่อยสลายไร้อากาศสามขั้นตอนมีส่วนช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานของกลุ่มจุลินทรีย์แต่ละขั้นตอนและยังลดตัวยับยั้งกระบวนการผลิตแก๊สมีเทนในช่วงเมทาโนเจเนซิสอีกด้วย นอกจากนี้ยังพบว่าการสะสมของกรดไขมันที่ระเหยง่าย ปริมาณและความถี่ในการป้อนวัตถุดิบสำหรับกระบวนการผลิตแก๊สชีวภาพมีอิทธิพลอย่างมากในการเสริมสร้างจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนที่เกี่ยวข้องกับระบบก๊าซชีวภาพ เมื่อนำข้อมูลต้นทุนและรายได้จากกระบวยการผลิตแก๊สชีวภาพไปศึกษาอัตราผลตอบแทนภายใน มูลค่าปัจจุบันสุทธิและระยะเวลาคืนทุนพบว่าการผลิตแก๊สชีวภาพด้วยระบบการผลิตแก๊สชีวภาพด้วยการย่อยสลายไร้อากาศสามขั้นตอนในสภาวะปริมาณของแข็งสูงมีความน่าสนใจในการลงทุน ด้วยข้อมูลที่ได้จากงานวิจัยข้างต้นนี้สามารถสรุปได้ว่างานวิจัยนี้เป็นประโยชน์ต่อภาคอุตสาหกรรมการเกษตร โดยสามารถนำข้อมูลสภาวะการดำเนินงานผลิตแก๊สชีวภาพไปใช้ประกอบการออกแบบติดตั้งระบบถังปฏิกรณ์แบบแบทช์และ/หรือแบบป้อนกึ่งต่อเนื่องแบบสามขั้นตอนในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กได้ รวมทั้งยังช่วยในการปรับขยายกำลังการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยการย่อยสลายไร้อากาศสามขั้นตอนในสภาวะปริมาณของแข็งสูงอีกด้วย 2023-04-21T03:08:32Z 2023-04-21T03:08:32Z 2022 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18048 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf Prince of Songkla University |