ศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนจากมูลช้างโดยใช้หัวเชื้อกากตะกอนระบบผลิตก๊าซชีวภาพ
Biochemical Methane Potential from Elephant Dung Using Sludge Inocula of a Biogas Production System
Abstract
งานวิจัยนี้ศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนจากมูลช้างโดยใช้หัวเชื้อกากตะกอนจากระบบผลิตก๊าซชีวภาพ 3 ชนิด ได้แก่ กากตะกอนจากระบบผลิตก๊าซชีวภาพจากมูลโค (ADCM) กากตะกอนจากระบบผลิตก๊าซชีวภาพจากมูลสุกร (ADPM) และกากตะกอนจากระบบผลิตก๊าซชีวภาพจากเศษอาหาร (ADFW) ซึ่งอัตราส่วนวัตถุดิบต่อหัวเชื้อ (SIR) เท่ากับ 1 : 1, 1 : 2 และ 2 : 1 กรัมของแข็งระเหยที่ป้อนเข้า ควบคุมอุณหภูมิ 35 ±2 องศาเซลเซียส โดยงานวิจัยครั้งนี้พบว่า การผลิตก๊าซชีวภาพด้วยกระบวนการหมักแบบไร้อากาศที่ SIR เท่ากับ 2 : 1 มีความเหมาะที่สุด โดยวัตถุดิบมูลช้างร่วมกับหัวเชื้อ ADPM มีการผลิตก๊าซมีเทนสะสมที่มีค่าสูงเท่ากับ 775.91 นอร์มอลมิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยที่ป้อนเข้า และมีค่าความเข้มข้นของก๊าซมีเทนสูงถึง 57% ตามด้วย ADCM และ ADFW ที่สามารถผลิตก๊าซมีเทนสะสมได้ 430.32 นอร์มอลมิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยที่ป้อนเข้า และ 790.02 นอร์มอลมิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยที่ป้อนเข้าตามลำดับ มีค่าความเข้มข้นของก๊าซมีเทนสูงสุดถึง 48% และ 48.50% ตามลำดับ ในระยะเวลาการทดลอง 60 วัน ซึ่งผลของงานวิจัยนี้สามารถใช้เป็นแนวทางในการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัตถุดิบที่มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นลิกโนเซลลูโลสและเพิ่มศักยภาพในการย่อยสลายวัตถุดิบให้อยู่ในรูปแบบของก๊าซชีวภาพที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยังเป็นพลังงานที่ยั่งยืน
This research aims to study the biochemical methane potential of elephant dung by using 3 inocula including anaerobically digested cattle manure (ADCW), anaerobically digested pig manure (ADPM), and anaerobically digested food waste (ADFW), with different substrates to inoculum ratios (SIR) of 1 : 1, 1 : 2, and 2 : 1 gVSadded, controlled at a temperature of 35 ±2 °C. The results showed that the SIR of 2 : 1 was the most appropriate ratio for biogas production via anaerobic digestion. Using ADPM as inoculum indicated a high cumulative methane yield of 775.91 NmL/gVSadded with a methane content of 57%. Furthermore, ADCM and ADFW indicated the cumulative methane yields of 430.32 NmL/gVSadded and 790.02 NmL/gVSadded, respectively, the highest methane content of 48% and 48.50% were observed. During the 60 days of the experiment, the results of this research can serve as a guideline for biogas production from raw materials predominantly composed of lignocellulosic components, enhancing the potential for efficient decomposition of the substrate into environmentally friendly biogas and sustainable energy.
Keywords
[1] S. Laohachaiboon, “Conservation for whom? Elephant conservation and elephant conservationists in Thailand,” Southeast Asian Studies, 2010, pp. 74-95.
[2] S. Abdulsalam and M. Yusuf, “A kinetic study of biogas produced from cow and elephant dungs using the residual substrate concentration approach,” Chemical Engineering and Science, vol. 3, no. 1, pp. 7–11, 2015.
[3] A. Godfrey and C. Kongmuang. “Distribution, demography and basic husbandry of the Asian elephant in the tourism industry in northern Thailand,” Gajah, vol. 30, pp. 13–18, 2009.
[4] N. Kontogeorgopoulos, “The role of tourism in elephant welfare in northern Thailand,” Journal of Tourism, vol. 10, no. 2, pp. 1–19, 2009.
[5] C. Sawatdeenarunat, S. Saipa, and P. Suaisom, “Anaerobic digestion of elephant camp–derived wastes: methane potential, kinetic study, and biorefinery platform,” Biomass Conversion and Biorefinery, vol. 13, pp. 6175–6184, 2023.
[6] M. Brauera, B. Casadei, R. A. Harrington, R. Kovacs, and K. Sliwa, “Taking a stand against air pollution-The impact on cardiovascular disease: A joint opinion from the world heart federation, American College of Cardiology, American Heart Association, and the European Society of Cardiology,” Journal of the American College of Cardiology, vol. 77, pp. 1684–1688, 2021.
[7] R. D. Brook, S. Rajagopalan, C. A. Pope, J. R. Brook, A. Bhatnagar, A. V. Diez-Roux, and J. D. Kaufman, “Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: An update to the scientific statement from the American heart association,” Circulation, vol. 121, pp. 2331–2378, 2010.
[8] A. K. Malini and D. K. Narayanan, “Evaluation of biogas production potential from elephant dung,” International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 2, no. 4, pp. 1780–1784, 2015.
[9] C. Sawatdeenarunat, K. C. Surendra, D. Takara, H. Oechsner, and S. K. Khanal, “Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass: Challenges and opportunities,” Bioresource Technology, vol. 178, pp. 178–186, 2015.
[10] Q. Wang, L. Wang, and R. LI, “Renewable energy and economic growth revisited: The dual roles of resource dependence and anticorruption regulation,” Journal of Cleaner Production, vol. 337, Article no. 130514, 2020.
[11] N. Scarlat, J. F. Dallemand, and F. Fahl, “Biogas: Developments and perspectives in Europe,” Renewable Energy, vol. 129, pp. 457–472, 2018.
[12] C. Sawatdeenarunat, H. Nam, S. Adhikari, S. Sung, and S. K. Khanal, “Decentralized biorefinery for lignocellulosic biomass: integrating anaerobic digestion with thermochemical conversion,” Bioresource Technology, vol. 250, pp. 140–147, 2018.
[13] X. Ma, T. Jiang, J. Chang, Q. Tang, T. Luo, and Z. Cui, “Effect of substrate to inoculum ratio on biogas production and microbial community during hemi-solid-state batch anaerobic codigestion of rape straw and dairy manure,” Applied Biochemistry and Biotechnology, vol. 189, pp. 884–902, 2019.
[14] J. V. Mercado, K. Mitsuhiko, and K. Nakasaki, “Complexity of acclimatization substrate affects anaerobic digester microbial community response to organic load shocks,” Environmental Research, vol. 216, pp. 3, 2023.
[15] T. Rangseesuriyachai, J. Boonnorat, N. Glanpracha, W. Khetkorn, P. Thiamngoen, and K. Pinpatthanapong, “Anaerobic co-digestion of elephant dung and biological pretreated napier grass: Synergistic effect and kinetics of methane production,” SSRN, vol. 175, no. 4, Article no. 106849, 2023.
[16] K. Dhamodharan, V. Kumar, and A. S. Kalamdhad, “Effect of different livestock dungs as inoculum on food waste anaerobic digestion and its kinetics,” Bioresource Technology, vol. 180, pp. 237–241, 2015.
[17] VDI 4630, Fermentation of organic materials - characterisation of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests, 2004.
[18] APHA, Standard methods for the examination of water and wastewater, twenty-fir. American Public Health Association/ American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington, DC, 2005.
[19] L. E. Ripley, W. C. Boyle, and J. C. Converse, “Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes,” Water Environment Research, vol. 58, pp. 406–411, 1992.
[20] J. J. Lay, Y. Y. Li, and T. Noike, “Effect of moisture content and of chemical fermentation nature on methane characteristics solid wastes,” environmental systems and engineering management, vol. 1, no. 552, pp. 101–108, 1996.
[21] S. Dechrugsa, D. Kantachote, and S. Chaiprapat, “Effects of inoculum to substrate ratio, substrate mix ratio and inoculum source on batch codigestion of grass and pig manure,” Bioresource Technology, vol. 146, pp. 101–108, 2013.
[22] A. Thaemngoen, K. Saritpongteeraka, S. Y. Leu, C. Phuttaro, C. Sawatdeenarunat, and S. Chaiprapat, “Anaerobic digestion of Napier grass (Pennisetum purpureum) in two-phase dry digestion system versus wet digestion system,” Bioenergy Research, vol. 13, pp. 853–865, 2020.
[23] A. Abreu, J. Alves, M. Pereira, D. Sousa, and M. Alves, “Strategies to suppress hydrogenconsuming microorganisms affect macro and micro scale structure and microbiology of granular sludge,” Biotechnology and Bioengineering, vol. 108, no. 8, pp. 1766–1775, 2011.
[24] Y. C. Chen, “Effects of urbanization on municipal solid waste composition,” Waste Management, vol. 79, pp. 828–836, 2018.
[25] R. Chandra, H. Takeuchi, and T. Hasegawa, “Methane production from lignocellulosic agricultural crop wastes: A review in context to second generation of biofuel production,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, pp. 1462–1476, 2012.
[26] S. Abdulsalam and M. Yusuf, “A kinetic study of biogas produced from cow and elephant dungs using the residual substrate concentration approach,” Chemical Engineering Science, vol. 3, pp. 7–11, 2015.
[27] P. Stepień, K. Świechowski, M. Hnat, S. Kugler, S. S. Dabrowska, J. A. Koziel, P. Manczarski, and A. Białowiec, “Waste to carbon: biocoal from elephant dung as new cooking fuel,” Energies, vol. 12, no. 22, 2019.
[28] C. Sun, L. Guo, Y. Zheng, D. Yu, C. Jin, Y. Zhao, Z. Yao, M. Gao, and Z. She, “Effect of mixed primary and secondary sludge for two-stage anaerobic digestion (AD),” Bioresource Technology, vol. 343, Article no. 126160, 2022.
[29] S. Achinas, and G. J. W. Euverink, “Theoretical analysis of biogas potential prediction from agricultural waste,” Resource-Efficient Technologies. vol. 2, no. 3, pp. 143–147, 2016.
[30] G. Lui, R. Zhang, H. El-Mashad, and R. Dong, “Effect of feed to inoculum ratios on biogas yields of food and green wastes,” Bioresource Technology, vol. 100, pp. 5103–5108, 2009.
[31] P. Kaparaju and J. Rintala, “Mitigation of greenhouse gas emissions by adopting anaerobic digestion technology on dairy, sow and pig farms in Finland,” Renewable Energy, vol. 36, pp. 31–41, 2011.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2024.10.011
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all