Rumen Sıvısının Aşı Olarak Kullanıldığı Büyükbaş Hayvan Dışkısı İle İşletilen Anaerobik Çürütücülerde Asidifikasyon Veriminin İncelenmesi

Abstract

Hayvan dışkısından biyogaz geri kazanımı anaerobik çürütücülerin en önemli uygulamalarından biridir. Bu sistemlerde yüksek selüloz ve lignin içeriği , hidroliz aşamasında hız kısıtlamasına sebep olmaktadır. Hidroliz ve asidifikasyon verimlerinin artırılması, biyometan üretimini önemli ölçüde artırmaktadır. Rumen bakterilerinin yüksek selülolitik aktiviteleri, büyükbaş hayvan dışkısı gibi lignoselülozik atıkların anaerobik çürütücülerdeki arıtımında bir avantaj oluşturmaktadır. Bu çalışmada, büyükbaş hayvan midesinden alınan rumen sıvısının aşı olarak kullanıldığı büyükbaş hayvan dışkısı ile işletilen anaerobik çürütücülerde, farklı oranlarda kullanılan aşının hidroliz ve asidifikasyon verimlerine etkisinin ortaya konması amaçlanmıştır. Uçucu yağ asidi (UYA) üretiminin en yüksek olduğu optimum karıştırma oranının tespit edilmesi amacıyla,  rumen sıvısı ile büyükbaş hayvan dışkısı farklı karıştırma oranlarında (%0, %10, %20, %30, %40, %50, %100) 100 mL’lik serum şişelerinde 4 paralelli olarak hazırlanmış ve 40 ^oC’de inkübe edilmiştir. Bununla birlikte, günlük olarak gaz ölçümleri manometre ile yapılmış, her 10 günde bir paralel şişelerden biri açılarak numune alınmış ve pH, toplam katı madde (TKM), toplam uçucu katı madde (TUKM), toplam Kjeldahl azotu (TKN) ve UYA (uçucu yağ asidi) miktarları tayin edilmiştir. Bu çalışmada en yüksek asidifikasyon verimi %40 rumen sıvısı içeren deney setinde (R5) elde edilmiştir. Deney setlerinde TUKM/TKM oranları %80-85 arasında değişirken, sadece rumen ile işletilen R7(%100) setinde bu oran %50 mertebesinde kalmıştır. En yüksek UYA üretimi 6700 mg asetik asit/L ile R5 (%40)’te elde edilmiştir. Rumen sıvısının aşı çamuru olarak kullanıldığı anaerobik sistemlerde, rumen sıvısının asidifikasyon verimi üzerine olumlu yönde etkisi olduğu  görülmüştür.

Keywords

• Anaerobik çürütücü,asidifikasyon,büyükbaş hayvan dışkısı,rumen sıvısı

Investigation The Acidification Yield Of Anaerobic Digesters Operating With Cattle Manure By Rumen Fluid

Abstract

Biogas production from animal manure is one of the most important applications of anaerobic digesters. High cellulose and lignin content of animal manure limit the hydrolysis phase. An enhancement in the yield of hydrolysis and acidification phases increases the biomethane production substantially. Rumen bacteria which reside in the digestive system of herbivores are indicated as an alternative solution to this case. In this study, it was aimed to investigate the effect of the rumen fluid taken from the digestive tract of cattle on the hydrolysis and acidification yields in the anaerobic digesters fed with animal manure. In order to detect the maximum volatile fatty acid production conditions, rumen fluid-cattle manure mixture were prepared at 7 different mixing ratios (0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 100 %) in 100 ml serum bottles with 4 replicates and were incubated at 40 oC. Biogas production was measured by manometer daily and samples were taken from parallel bottle every 10 days in order to measure pH, total solids (TS), total volatile solids (TVS), total Kjeldahl nitrogen (TKN) and VFA concentrations. In this study, the highest acidification rate was found in the set of R5 (included 40% of rumen fluid). In the experimental sets; TS/VS rates were found between 80-85%, but this rate was found as 50% in R7 (100%) which included only rumen fluid. Maximum VFA production was obtained in R5 (40%) as 6700 mg acetic acid/L. The results indicated that the using of rumen fluid as seed in anaerobic digesters had significant effect on acidification yield. 

Keywords

• Anaerobic digester,asidification,cattle manure,ruminal fluid

References

1. Akyol.C., Ozbayram E.G., Ince. O., Kleinsteuber.S.,and Ince.B 2015. Anaerobic Co-Digestion of Cow Manure and Barley: Effect of Cow Manure to Barley Ratio on Methane Production and Digestion Stability. Environmental Progress & Sustainable Energy, DOI 10.1002/ep.12250.
2. Akyol Ç., Ince O., Ince B., Türker G., 2014. Acidification of Non-medicated and Oxytetracycline-medicated Cattle Manures During Anaerobic Digestion. Environmental Technology 35: 2373-2379.
3. APHA. Standard methods for the examination of water and wastewater. 20th ed. Washington, DC: American Public Health Association; 1999.
4. Bayane A and Guiot R.S, Animal digestive strategies versus anaerobic digestion bioprocesses for biogas production from lignocellulosic biomass, Rev Environ Sci Biotechnol (2011); 10: 43–62.
5. Budiyono., Widiasa I.N., Johari S., Sunarso., 2010. The Kinetic of Biogas Production Rate from Cattle Manure in Batch Mode. International Journal of Chemical and Biological Engineering 3:1.
6. Budiyono., Johari S., Widiasa I.N., Sunarso., 2014. Increasing Biogas Production Rate from Cattle Manure Using Rumen Fluid as Inoculums. International Journal of Science and Engineering 6(1): 31-38.
7. Castillo, R.T., Luengo, P.L., and Alvarez J.M., 1995. Temperature effect on anaerobic of bedding manure in a one phase system at different inoculums concentration, Agriculture,Ecosystems and Environment,54, pp.55-66.
8. Cooney M., Maynard N., Cannizzaro, C., & Benemann,J. 2007. Two-phase anaerobic digestion for productionof hydrogen-methane mixtures, Bioresource Technology,98, 2641–2651.

9. Dennis E.O, 2015 Effect of Inoculums on Biogas Yield, IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC) Volume 8, Issue 2 Ver. I. , PP 05-08.
10. Forsberg CW, Cheng KJ, White BA., 1997.
11. Polysaccharide degradation in the rumen and large intestine. Mackie, R.I. ve White, B.A. Gastrointestinal Microbiology. Chapman & Hall, New York, 319-379.
12. (Kitap İçinde Bölüm)
13. Foster-Cameiro, T. 2008.Influence of total solid and inoculum contents on performance of anaerobic reactors treating food waste. Bioresource Technology 99(15): 6994-7002
14. Holm-Nielsen JB., Al Seadi T., Oleskowicz-Popiel P., 2009. The Future of Anaerobic Digestion and Biogas Utilization. Bioresource Technology 100: 5478-5484.
15. Kübler H., Schertler C., Three-Phase Anaerobic Digestion of Organic Wastes. Water Science and Technology 30(12): 367-374, 1994.
16. Nopharatana, A., P. C. Pullammanappallil, W. P. Clarke. Kinetics and dynamic modeling of batch anaerobic digestion of municipal solid waste in a stirred reactor, Waste Management, 27: 595–603,2007.
17. Quintero M, Castro L and Ortiz C, Guzmán C and Escalante H, Enhancement of starting up anaerobic digestion of lignocellulosic substrate: fique’s bagasse as an example, Bioresource Techn ; 108: 8–13, 2012.
18. Yilmaz V. and Demirer GN., Enhancing the performance of anaero-bic digestion of dairy manure through phase-separation.Clean36:760–766, 2008.