Anaerobic digestion of brewery spent grain in a semi-continuous bioreactor : inhibition by phenolic degradation products

Sežun, Mija (avtor), Grilc, Viktor (avtor), Zupančič, Gregor Drago (avtor), Marinšek-Logar, Romana (avtor)

In this study anaerobic digestion of selected lignocellulosic substrate, namely brewery spent (BSG), was studied. In order to facilitate anaerobic digestion several types of pretreatrment methods were tested such as: mechanical, chemical (alkali anc acid) and thermo-chemical. The anaerobic digestion experiments were carried out in asemi-continuous stirred bioreactors with the organic loading rates between 2.9 and 3.9 kgCODm-1d-1 (1.9 and 2.5 kgvss m-3d-1 respectively) and corresponding hydraulic retention times of 33-39 days. Biogas production and composition, pH, COD, TSS and VSS, short chain fatty acids and phenolic compounds were measured. A significant inhibition of biogas production occured, depending on the type of substrate pretreatment. There are indications that p-cresol is responsible for process inhibition when its concentration in the reaction mixture exceeds critical value between 115 and 240 mlL-1. Anaerobic digestion of chemically pretreated BSG (acid and alkali) and untreated-raw BSG was inhibited between the days 56 and 63 of the experiment, followed by thermo-chemically pretreated BSG on day 112 and mechanically pretreated BSG on day 126. Analyses of the substrates showed no phenolic compounds either in raw-untreated BSG or pretreated substrates, therefore the recorded p-cresol is an intermediate degradation product, responsible for process inhibition.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: mikrobiologija, biogorivo, bioplin, pivske tropine, gnojevka, biorazgradljivost, anaerobic digestion, brewery spent grain, inhibition
• Vrsta gradiva: Delo ni kategorizirano
• Tipologija: 1.01 - Izvirni znanstveni članek
• Organizacija: BF - Biotehniška fakulteta
• Založnik: =Slovenian Chemical Society
• Leto izida: 2011
• Št. strani: Str. 158-166
• Številčenje: Vol. 58, no. 1
• PID: 20.500.12556/RUL-55755
• UDK: 579
• ISSN pri članku: 1318-0207
• COBISS.SI-ID: 2833032
• Datum objave v RUL: 10.07.2015

SEŽUN, Mija, GRILC, Viktor, ZUPANČIČ, Gregor Drago in MARINŠEK-LOGAR, Romana, 2011, Anaerobic digestion of brewery spent grain in a semi-continuous bioreactor : inhibition by phenolic degradation products. Acta chimica slovenica [na spletu]. 2011. Vol. 58, no. 1, p. 158–166. [Dostopano 25 april 2025]. Pridobljeno s: http://www.dlib.si/details/URN:NBN:SI:doc-WOTRF1BQ

Gradivo je del revije

• Naslov: Acta chimica slovenica
• Skrajšan naslov: Acta chim. slov.
• Založnik: Slovensko kemijsko društvo, =Slovenian Chemical Society
• ISSN: 1318-0207
• COBISS.SI-ID: 14086149

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: inhibition by phenolic degradation products

Izvleček

Pivovarniške tropine so zaradi visokega bioplinskega potenciala izredno atraktivne za proces anaerobne razgradnje. Vendar pa so zaradi vsebnosti lignina težko biorazgradljive, ker nekateri produkti delujejo zaviralno na metanogene bakterije in arheje. Poskusi anaerobne razgradnje so se izvajali v polkontinuirnih pretočnih reaktorjih s popolnim premešanjem (CSTR) v mezofilnem območju (37 °C); delovni volumen reaktorjev je bil 30 litrov. Za inokulum smo uporabili sveže anaerobno metanogeno blato iz predelave prašičje gnojevke. Kot substrat smo uporabili pivovarniške tropine s 6,5 % s.s. lignina z velikostjo delcev 1-4 mm v kombinaciji s pivovarniško odpadno vodo (masno razmerje 1:2). Substrat je bil predhodno obdelan z naslednjimi tehnikami: mehanska, kemična (kisla in alkalna) in termo-kemična (kisla). V vzorcih, odvzetih iz biokemičnih reaktorjev enkrat tedensko, smo analizirali amonij, kratkoverižne maščobne kisline, kemijsko potrebo po kisiku in vsebnost aromatskih spojin. Dnevno se je izvajala meritev pH vrednosti in produkcija bioplina. Meritve produkcije bioplina so se izvajale online z merilcem pretoka bioplina ADM 2000. Opisana tehnika se je obnesla kot zelo učinkovita (povprečna proizvodnja bioplina 550 L/kg TSS), vendar pa so se po določenem času anaerobne razgradnje substrata pojavile težave z inhibicijo. Le-to pripisujemo sproščanju in kopičenju p-krezola in deloma fenola, vzporedno pa tudi ocetne in propionske kisline. Pri anaerobni razgradnji mehansko predobdelanega substrata smo zasledili pojav inhibicije pri koncentraciji p-krezola 236 mg/L, pri termo-kemičnem v mezofilnem območju pri koncentraciji 232 mg/L, pri termo-kemični v termofilnem območju pri koncentraciji 184 mg/L, pri kemični-alkalni pri koncentraciji 204 mg/L in pri kemični-kisli pri koncentraciji 115 mg/L. Ostali za inhibicijo potencialni parametri niso bili v kritičnem območju. Pri neobdelanem substratu je bil najverjetneje vzrok za inhibicijo preobremenjenost reaktorja, zaradi kopičenja nerazgrajenih velikih delcev. Na podlagi rezultatov lahko zaključimo,da je čas nastopa inhibicije produkcije bioplina iz pivovarniških tropin v CSTR reaktorju odvisen od vrste predobdelave substrata, ki vpliva na razgradnjo lignina. Noben tip predobdelave ni zagotovil stacionarnega obratovanja reaktorja v trajanju najmanj treh hidravličnih zadrževalnih časov, kar je običajni kriterij za te procese. Podani so predlogi za dodatne raziskave za doseganje tega cilja.