J 2020

Advances in nutrient management make it possible to accelerate biogas production and thus improve the economy of food waste processing

MAROUŠEK, Josef, Otakar STRUNECKÝ, Ladislav KOLÁŘ, Marek VOCHOZKA, Marek KOPECKÝ et. al.

Základní údaje

Originální název

Advances in nutrient management make it possible to accelerate biogas production and thus improve the economy of food waste processing

Název česky

Pokrok v hospodaření s živinami umožňuje urychlit produkci bioplynu a tím zlepšit ekonomiku zpracování potravinového odpadu

Autoři

MAROUŠEK, Josef (203 Česká republika, garant, domácí), Otakar STRUNECKÝ (703 Slovensko, domácí), Ladislav KOLÁŘ (203 Česká republika, domácí), Marek VOCHOZKA (203 Česká republika, domácí), Marek KOPECKÝ (203 Česká republika), Anna MAROUŠKOVÁ (268 Gruzie, domácí), Jana BATT (203 Česká republika), Milos POLIAK (703 Slovensko), Miloslav SOCH (203 Česká republika), Petr BARTOŠ (203 Česká republika), Tomáš KLIEŠTIK (703 Slovensko, domácí), Martin FILIP (203 Česká republika), Petr KONVALINKA (203 Česká republika), Jan MOUDRÝ (203 Česká republika), Jiří PETERKA, Karel SUCHÝ (203 Česká republika), Tomáš ZOUBEK (203 Česká republika) a Edmond CERA (203 Česká republika)

Vydání

ENERGY SOURCES PART A-RECOVERY UTILIZATION AND ENVIRONMENTAL EFFECTS, Philadelphia, Taylor and Francis Inc. 2020, 1556-7036

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

20800 2.8 Environmental biotechnology

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Kód RIV

RIV/75081431:_____/20:00001981

Organizační jednotka

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích

UT WoS

000545375100001

Klíčová slova česky

Bioplyn; anaerobní fermentace; obnovení energie; biohospodářství; řízení procesu

Klíčová slova anglicky

Biogas; anaerobic fermentation; energy recovery; bioeconomy; process management

Štítky

Změněno: 14. 4. 2021 08:07, Mgr. Milada Šanderová

Anotace

V originále

Foodwaste (hereinafter, FW) is the most voluminous solid waste and its amount is growing rapidly all over the world. The turning of FW into biogas via anaerobic fermentation is widely recognized as an environmentally responsible and economically reasonable option. Based on the knowledge obtained from agricultural biogas stations, the current methods of FW fermentation management are based on balancing the ratio of total carbon and nitrogen. However, it was repeatedly and independently reported that the stability of this process is low, resulting in many concessions in terms of prolonged hydraulic retention time or reduced biogas yield. Hence, biochemical as well as economic performance of the process is balanced by mixing of FW with agricultural residues. FW samples of various origin were collected and biochemically analyzed. The data indicate that FW originating from homes and luxury restaurants tends to be lignocellulose-based, whereas the levels of crude fiber (25% up to 27%) are higher than those from agricultural feedstock (18%). In contrast, FW from school canteens and inexpensive restaurants tends to be starch-based with high levels of amyloids (21% up to 23%) and fat (5% up to 7%). A novel method better reflecting the bioavailability of carbon and nitrogen to anaerobic consortia is proposed. It is demonstrated that the previous optimization methods could somehow reflect the availability of nutrients in agricultural feedstock, as carbonaceous and nitrogen sources are relatively equally biodegradable. Nevertheless, the biodegradability of FW is considerably different, which is why higher amounts of proteins and lipids lead to increased levels of ammonia and sulfide, resulting in an inhibitory effect on the metabolism of anaerobic consortia. Optimizing the anaerobic fermentation of FW by the new method outperforms the previous technique and makes it possible to process FW more intensively, or, more precisely, with higher profitability and lower proportion of ballast agricultural feedstock.

Česky

Potravinový odpad (dále jen FW) je nejobjemnějším pevným odpadem a jeho množství rychle roste po celém světě. Přeměna FW na bioplyn pomocí anaerobní fermentace je široce uznávána jako ekologicky odpovědná a ekonomicky přijatelná volba. Na základě poznatků získaných ze zemědělských bioplynových stanic jsou současné metody řízení fermentace FW založeny na vyvážení poměru celkového uhlíku a dusíku. Opakovaně a nezávisle však bylo hlášeno, že stabilita tohoto procesu je nízká, což má za následek mnoho ústupků, pokud jde o prodlouženou hydraulickou retenční dobu nebo snížený výtěžek bioplynu. Biochemická i ekonomická výkonnost procesu je tedy vyvážena smícháním FW se zemědělskými zbytky. Byly odebrány vzorky FW různého původu a biochemicky analyzovány. Údaje naznačují, že FW pocházející z domácností a luxusních restaurací má tendenci být na bázi lignocelulózy, zatímco hladiny surové vlákniny (25% až 27%) jsou vyšší než hladiny v zemědělských surovinách (18%). Naproti tomu FW ze školních jídelen a levných restaurací má tendenci být na bázi škrobu s vysokým obsahem amyloidů (21% až 23%) a tuku (5% až 7%). Je navržena nová metoda, která lépe odráží biologickou dostupnost uhlíku a dusíku pro anaerobní konsorcia. Je prokázáno, že předchozí optimalizační metody by mohly nějak odrážet dostupnost živin v zemědělských surovinách, protože zdroje uhlíku a dusíku jsou relativně stejně biologicky odbouratelné. Biologická odbouratelnost FW je nicméně značně odlišná, a proto vyšší množství proteinů a lipidů vede ke zvýšeným hladinám amoniaku a sulfidu, což má za následek inhibiční účinek na metabolismus anaerobních konsorcií. Optimalizace anaerobní fermentace FW novou metodou překonává předchozí techniku a umožňuje zpracovávat FW intenzivněji, přesněji s vyšší ziskovostí a nižším podílem balastní zemědělské suroviny.