High-pressure anaerobic digestion is an appealing concept since it can upgrade biogas directly within the reactor. However, the decline of pH caused by the dissolution of CO2 is the main barrier that prevents a good operating high-pressure anaerobic digestion process. Therefore, in this study, a high-pressure anaerobic digestion was studied to treat high alkalinity synthetic wastewater, which could not be treated in a normal-pressure anaerobic digester. In the high-pressure reactor, the pH value was 7.5 ~ 7.8, and the CH4 content reached 88% at 11 bar. Unlike its normal-pressure counterpart (2285 mg/L acetic acid), the high-pressure reactor ran steadily (without volatile fatty acids inhibition). Furthermore, the microbial community changed in the high-pressure reactor. Specifically, key microbial guilds (Syntrophus (11.2%), Methanosaeta concilii (50.9%), and Methanobrevibacter (26.8%)) were dominant in the high-pressure reactor at 11 bar, indicating their fundamental roles under high-pressure treating high alkalinity synthetic wastewater.
Nederland zit in een transitie naar de circulaire economie, een kringloopeconomie waarin zo veel mogelijk afval wordt omgezet in waardevolle producten. Het terugwinnen van grondstoffen en energie uit organische reststromen vormt één van de belangrijkste elementen van de circulaire economie.In het RAAK-MKB-project Re-Organise onderzocht de Hogeschool van Amsterdam, samen met Aeres Hogeschool Dronten, de kansen en knelpunten voor het decentraal verwerken van organisch afval. Aanleiding hiervoor waren de vragen over dit onderwerp die speelden bij meer dan tien bedrijven. Deze praktijkvragen leidden tot de centrale onderzoeksvraag: hoe kunnen organischereststromen decentraal worden verwerkt en benut door de inzet van nieuwe technische en organisatorische oplossingen, om zo meer economische en ecologische waarde te creëren?Twee stadslandbouwlocaties dienden als casestudie om praktijkgericht onderzoek te doen naar organische reststromen en businessmodellen. Daarnaast werden samen met bedrijven projecten uitgevoerd om de technieken voor de decentrale verwerking van organisch afval te optimaliseren.Het onderzoeksproject Re-Organise heeft de volgende concrete resultaten voor bedrijfsleven, beleidsmakers, onderzoekers en onderwijs opgeleverd:1. Een keuzekaart, waarmee bedrijven met organische reststromen inzicht krijgen in de verwerkingstechnieken die voor hen interessant zijn op basis van hun wensen en middelen.2. Factsheets die inzicht geven in de verwerkingsprocessen en de voor- en nadelen bij decentrale toepassing.3. Een serious game. Het spel ‘Handel in organische reststromen’ kan worden gebruikt om gezamenlijk oplossingen te creëren voor lokale benutting van organische reststromen.4. Datasets van reststromen en circulaire concepten voor stadslandbouwcases waarin technische mogelijkheden worden gecombineerd met de wensen en kansen in een gebied.5. Prototypes, randvoorwaarden en aanbevelingen voor verdere ontwikkeling van kleinschalige verwerkingsmethoden voor decentrale verwerking (technisch en organisatorisch).De belangrijkste conclusies van het onderzoek zijn:l Composteren, vergisten, wormencomposteren, insectenkweken, paddenstoelen kweken en biomeiler lijken geschikt te zijn (of binnen enkele jaren te worden) voor decentrale toepassing.l Een groot aantal reststromen wordt bij de onderzochte stadslandbouwgebieden nog afgevoerd en extern verwerkt. Uit het onderzoek bleken dit voornamelijk gft, gewasresten, snoeiafval, grasmaaisel, mest en bierbostel te zijn.l Het openbaar groen veroorzaakt in één van de grotere reststromen binnen de gebieden. Dit openbaar groen wordt vaak door externe partijen onderhouden en de reststromen worden door hen afgevoerd.l Gezamenlijke inzameling en verwerking van organische reststromen vindt in beide gebieden nog nauwelijks plaats. Dit heeft onder andere te maken met de benodigde expertise, afspraken omtrent eigenaarschap en verantwoordelijkheid, de benodigde investeringen en de complexiteit van de bestaande regelgeving.l De decentrale oplossingen worden toegepast op kleinere schaal dan in de ‘centrale’ inrichtingen.De decentrale oplossingen dienen echter vaak aan de regelgeving voor grootschalige verwerking te voldoen, waardoor kosten en tijdsinvestering voor vergunningen, registraties en controles vaak niet in verhouding zijn met de opbrengsten.l De ontwikkelde circulaire concepten zijn bij uitstek geschikt om de lokale samenwerking te concretiseren of te versterken. De samenwerking is echter dusdanig vernieuwend van aard dat er andere samenwerkingsafspraken moeten worden gemaakt. Deze hebben betrekking op de uitwisseling van zaken als afval, arbeid, kennis en producten, en van waarden als duurzaamheid,maatschappelijke betekenis en imagoverbetering.
A bioaugmentation approach was used to enhance the performance of anaerobic digestion (AD) using cow manure (CM) as the substrate in a continuous system. To obtain the desirable microbial culture for bioaugmentation, a biochemical methane potential test (BMP) was used to evaluate three commonly used inocula namely (1) municipal solid waste (MSW), (2) wastewater treatment plant (WWTP), and (3) cow manure digester (CMMD) for their hydrolytic capacity. The highest lignocellulose removal (56% for cellulose and 50% for hemicellulose) and the most profusion of cellulolytic bacteria were obtained when CM was inoculated with CMMD. CMMD was thus used as the seed inoculum in a continuously operated reactor (Ra) with the fiber fraction of CM as the substrate to further enrich cellulolytic microbes. After 100 days (HRT: 30 days), the Bacteria fraction mainly contained Ruminofilibacter, norank_o_SBR1031, Treponema, Acetivibrio. Surprisingly, the Archaea fraction contained 97% ‘cellulolytic archaea’ norank_c_Bathyarchaeia (Phylum Bathyarchaeota). This enriched consortium was used in the bioaugmentation experiment. A positive effect of bioaugmentation was verified, with a substantial daily methane yield (DMY) enhancement (24.3%) obtained in the bioaugmented reactor (Rb) (179 mL CH4/gVS/d) than that of the control reactor (Rc) (144 mL CH4/gVS/d) (P < 0.05). Meanwhile, the effluent of Rb enjoyed an improved cellulose reduction (14.7%) than that of Rc, whereas the amount of hemicellulose remained similar in both reactors' effluent. When bioaugmentation stopped, its influence on the hydrolysis and methanogenesis sustained, reflected by an improved DMY (160 mL CH4/gVS/d) and lower cellulose content (53 mg/g TS) in Rb than those in Rc (DMY 144 mL/CH4/gVS/d and cellulose content 63 mg/g TS, respectively). The increased DMY of the continuous reactor seeded with a specifically enriched consortium able to degrade the fiber fraction in CM shows the feasibility of applying bioaugmentation in AD of CM.
LINK
In het project ‘AgroCycle’ wordt onderzocht of een coöperatie van boerderijen zelfvoorzienend kunnen worden in energie en bemesting door het gebruiken van mest in organische afvalstromen voor de productie van energie, groene brandstof en groene meststoffen door middel anaerobe vergisting. In het project beogen de projectpartners de nutriëntenkringloop (van mest tot digestaat tot groene meststof) te koppelen aan een zelfvoorzienend energiesysteem (biomassa tot biogas tot groene brandstof voor de bewerking van het land) door de gecombineerde productie van biogas en groene meststoffen. De financiële haalbaarheid van een biovergister is sterk afhankelijk van het gebruik en de economische waarde van het digestaat. Met deze gecombineerde aanpak wordt zowel de haalbaarheid als de duurzaamheid (milieueffecten en CO2 - emissies) vergroot. Om de haalbaarheid van dit concept te onderzoeken wordt gebruik gemaakt van het bestaande model ‘BioGas simulator’ dat door de Hanzehogeschool Groningen ontwikkeld is om het technische proces van decentrale productie van biogas te kunnen simuleren.
Het stabiel operationeel houden van anaerobe vergisters van organische afvalstromen (bijvoorbeeld mest, voedselafval of zuiveringsslib) is een grote uitdaging. Veel vergisters draaien daardoor suboptimaal of staan zelfs helemaal stil, met economische schade voor de boer, leveranciers van biovergisters, als samenleving door minder omzetting van circulaire grondstoffen tot bijvoorbeeld vetzuren of methaan. Mechanistische modellen worden toegepast voor geautomatiseerde procesregeling, maar de onderliggende microbiële en fysisch chemische processen zijn dusdanig gecompliceerd dat de regeling weinig robuust is. Daarentegen kan kunstmatige intelligentie –en met name Artificial Neural Network (ANN)– systeemgedrag beschrijven zonder voorkennis van de in de bioreactor optredende mechanismen. ANN-modellen hebben met succes biogasproductie voorspeld en geoptimaliseerd met specifieke input- en outputparameters. Dit voorstel beoogt een Slimme Procesregeling voor Anaerobe VERgisters en geeft de aanzet tot een ANN-model dat in staat is om het vergistingsproces onder verschillende omstandigheden te voorspellen op basis van gegevens verkregen uit literatuuronderzoek en experimenten. Een vervolgproject kan dit uitbouwen naar een nauwkeuriger ANN-model dat een proactieve regelstrategie kan geven voor de vergisters in het werkveld van onder andere de projectpartners HoSt en Methaplanet. Vernieuwend is de kruisbestuiving tussen verwaarding van organische reststromen met kunstmatige intelligentie in een samenwerkingsverband tussen de Saxion-lectoraten Duurzame Energievoorziening, Ambient Intelligence, de UT-vakgroep Discrete Mathematics and Mathematical Programming, genoemde vergisterleveranciers en ToPerform. Dit moet leiden tot een betere benutting van organische reststromen door middel van vergisting. Het voorstel past daarom binnen het thema “Chemische processen en technologie”, van de GoChem-missie Duurzame Chemie. Beoogde projectresultaten zijn: 1. Een trainingsset van empirische data die procesparameters kan relateren aan procesfalen voor verschillende soorten organische reststromen; 2. Een opzet voor een ANN die met geleverde trainingsset de mogelijkheid voor een proactieve regelstrategie voor vergisters aantoont; 3. Een aanzet voor een vervolgproject om de ANN uit te werken tot een proactieve regelstrategie voor de mkb-partners in het werkveld.
