liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Improving methane production using hydrodynamic cavitation as pre-treatment
Linköping University, Department of Thematic Studies, Tema Environmental Change.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Förbättrad methanproduktion med hydrodynamisk kavitation som förbehandling (Swedish)
Abstract [en]

To develop anaerobic digestion (AD), innovative solutions to increase methane yields in existing AD processes are needed. In particular, the adoption of low energy pre-treatments to enhance biomass biodegradability is needed to provide efficient digestion processes increasing profitability. To obtain these features, hydrodynamic cavitation has been evaluated as an innovative solutions for AD of waste activated sludge (WAS), food waste (FW), macro algae and grass, in comparison with steam explosion (high energy pre-treatment). The effect of these two pre-treatments on the substrates, e.g. particle size distribution, soluble chemical oxygen demand (sCOD), biochemical methane potential (BMP) and biodegradability rate, have been evaluated. After two minutes of hydrodynamic cavitation (8 bar), the mean fine particle size decreased from 489- 1344 nm to 277- 381 nm (≤77% reduction) depending of the biomasses. Similar impacts were observed after ten minutes of steam explosion (210 °C, 30 bar) with a reduction in particle size between 40% and 70% for all the substrates treated.  In terms of BMP value, hydrodynamic cavitation caused significant increment only within the A. nodosum showing a post treatment increment of 44% compared to the untreated value, while similar values were obtained before and after treatment within the other tested substrates. In contrast, steam explosion allowed an increment for all treated samples, A. nodosum (+86%), grass (14%) and S. latissima (4%). However, greater impacts where observed with hydrodynamic cavitation than steam explosion when comparing the kinetic constant K. Overall, hydrodynamic cavitation appeared an efficient pre-treatment for AD capable to compete with the traditional steam explosion in terms om kinetics and providing a more efficient energy balance (+14%) as well as methane yield for A. nodosum.

Abstract [sv]

Det behövs innovativa lösningar för att utveckla anaerob rötning i syfte att öka metangasutbytet från biogassubstrat. Beroende på substratets egenskaper, kan förbehandling möjliggöra sönderdelning av bakterieflockar, uppbrytning av cellväggar, elimination av inhiberande ämnen och frigörelse av intracellulära organiska ämnen, som alla kan leda till en förbättring av den biologiska nedbrytningen i rötningen. För att uppnå detta har den lågenergikrävande förebehandlingsmetoden hydrodynamisk kavitation prövats på biologiskt slam, matavfall, makroalger respektive gräs, i jämförelse med ångexplosion. Effekten på substraten av dessa två förbehandlingar har uppmäts genom att undersöka distribution av partikelstorlek, löst organiskt kol (sCOD), biometan potential (BMP) och nedbrytningshastigheten. Efter 2 minuters hydrodynamisk kavitation (8 bar) minskade partikelstorleken från 489- 1344 nm till 277- 281 nm (≤77 % reduktion) för de olika biomassorna. Liknande påverkan observerades efter tio minuters ångexplosion (210 °C, 30 bar) med en partikelstorlekreducering mellan 40 och 70 % för alla behandlade substrat. Efter behandling med hydrodynamisk kavitation, i jämförelse med obehandlad biomassa, ökade metanproduktionens hastighetskonstant (K) för matavfall (+65%), makroalgen S. latissima (+3%), gräs (+16 %) samtidigt som den minskade för A. nodosum (-17 %). Förbehandlingen med ångexplosion ökade hastighetskonstanten för S. latissima (+50 %) och A. nodosum (+65 %) medan den minskade för gräs (-37 %), i jämförelse med obehandlad biomassa. Vad gäller BMP värden, orsakade hydrodynamisk kavitation små variationer där endast A. nodosum visade en ökning efter behandling (+44 %) i jämförelse med obehandlad biomassa. Biomassa förbehandlade med ångexplosion visade en ökning för A .nodosum (+86 %), gräs (14 %) och S. latissima (4 %). Sammantaget visar hydrodynamisk kavitation potential som en effektiv behandling före rötning och kapabel att konkurrera med den traditionella ångexplosionen gällande kinetik och energibalans (+14%) samt metanutbytet för A. nodosum.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 51 p.
Keyword [en]
Hydrodynamic cavitation, steam explosion, anaerobic digestion, hydrolysis, bmp, particle size distribution, methane, particle size reduction, food waste, sludge, grass, biogas, energy, renewable energy, Scandinavian biogas fuels AB, Scandinavian biogas, cavitation, biogas production, biomethane potential, Linköping university
Keyword [sv]
Hydrodynamisk kavitation, kavitation, ångexplosion, rötning, anaerob rötning, hydrolys, BMP, partikelstorlekreducering, biometanpotential, biogas, metan, metangas, alger, saccharina latissima, ascophyllum nodosum, gräs, matavfall, avloppsslam, förnybar energi, Linköpings universitet, examensarbete biogas, examensarbete kavitation
National Category
Bioprocess Technology Bioenergy Other Environmental Biotechnology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-128783OAI: oai:DiVA.org:liu-128783DiVA: diva2:931858
External cooperation
Scandinavian Biogas Fuels AB
Subject / course
Biotechnology
Presentation
2015-11-27, D31, D-huset, Linköping, 15:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-05-31 Created: 2016-05-30 Last updated: 2016-05-31Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5591 kB)499 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5591 kBChecksum SHA-512
2dc0230af3494118baa09288b23922110cd806498238d0d9c1f54457836464e7774b51aa86a98aee551f27035fd14ec18fa9c3c93c44c14366156611f7a038a9
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Abrahamsson, Louise
By organisation
Tema Environmental Change
Bioprocess TechnologyBioenergyOther Environmental Biotechnology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 499 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 921 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf