Effect of hyper-thermophilic anaerobic digestion on microbial health and biogas viability

Abstract

Anaerobic digestion (AD) is the decomposition of organic material by anaerobic bacteria. The process is often used to generate biogas, a renewable natural gas alternative, as well as digestate, a natural liquid fertilizer. AD is normally conducted in the mesophilic temper- ature range (35-38°C), the thermophilic range (50-56°C) is less common but still applied in industry. The process occurring beyond the thermophilic range is often dismissed as unstable and not a viable option for prolonged system health. The research denoted herein is conducted through side by side mini biogas reactors, the baseline being held at 52°C, while its counterpart is subjected to gradual temperature elevation beyond the thermophilic range until resting at 62°C or, the hyper-thermophilic range >60°C. Both systems are fed an equivalent organic load of co-digested feedstock comprised of grain, onion skins, dog food, and manure. The experiment is conducted over a period of 188 days. The result shows both reactors maintained prolonged survival of single stage hyper-thermophilic AD. Greater instability in immediate reactions was apparent, but maintaining stable biogas output and microbial health is possible. Careful monitoring of the system and its inhibitor concentrations are required, but this advent of stability indicates the potential for further research into differing feedstocks and further potential of AD in the hyper-thermophilic range.

Loftfirrt melting (LM) er niðurbrot lífræns efnis með bakteríum við loftfirrtar aðstæður. Ferl- ið er oft notað til að búa til lífgas, auk meltingarefna og náttúrulegs fljótandi áburðar. LM fer venjulega fram við svonefnd mesófíl hitastig (35-38°C), en einnig við svonefnt hitakært svið (50-56°C), þó slíkt sé sjaldgæfara. Hitastig hærra en það er yfirleitt talið ósjálfbært til lengri tíma vegna óstöðugleika í magni og samsetningu niðurbrots- og myndunarefna. Rannsóknirnar sem hér eru kynntar gengu út á að kanna loftfirrta meltingu við enn hærra hitastig, > 60°C með ofurhitakærum örverum. Við framkvæmdina voru tveir lífgasræktunar- klefar keyrðir við samskonar aðstæður við 52°C. Hitastig í öðrum klefanum var svo hækkað í áföngum í 62°C. Bæði kerfin voru fóðruð með samskonar lífrænum úrgangi sem samanstóð af korni, laukhýði, hundafóðri og áburði. Tilraunin stóð yfir í 188 daga. Niðurstöður gáfu til kynna að hægt væri að viðhalda stöðugri framleiðslu á lífgasi og örveruheilbrigði við hitastig yfir 60°C. Þó reyndist nauðsynlegt að fylgjast stöðugt með kerfinu og lítið mátti út af bregða til að framleiðslan dytti niður. Þörf er á umfangsmeiri rannsóknum til að skera frekar úr um fýsileika á framleiðslu með LM á ofur-hitakæru sviði (> 60°C)