Anaerobic Digestion Of Animal Manure - A Case Study

Alternative Energy

 

Anaerobic Digestion of Biomass, posted in Biofuels, Waste Energy. 

Home  

News  

Events  

Remote Hybrid Helper  

Jobs  

Forums  

DIY 

Directory  

AEoogle!

 

Search  

 

Go!

    

Anaerobic Digestion of Biomass 

  

News » Energy | Biofuels | Environment | Hydrogen | Solar | Transportation | Wind 

Alternative Energy 

August 25th, 2008   

The generation and disposal of organic waste without adequate  treatment result in significant environmental pollution. Besides health  concerns for the people in the vicinity of disposal sites, degradation of  waste leads to uncontrolled release of greenhouse gases (GHGs) into  the atmosphere. Conventional means, like aeration, is energy intensive,  expensive and also generates a significant quantity of biological sludge. In this context,  anaerobic digestion offers potential energy savings and is a more stable process for medium  and high strength organic effluents. Waste ­to­Energy (WTE) plants, based on anaerobic  digestion of biomass, are highly efficient in harnessing the untapped renewable energy  potential of organic waste by converting the biodegradable fraction of the waste into high  calorific gases. Apart from treating the wastewater, the methane produced from the biogas  facilities can be recovered, with relative ease, for electricity generation and  industrial/domestic heating.  

 

  

AEoogle   Cleantech Blog   Energy Planet   Green Business  

News ­ Press ­ Events   Forums ­ Photos ­ DIY   Videos ­ Sitemap   About ­ Contact   Privacy Policy  

Latest News Energy News   Biofuel News   Environment News   Hydrogen News   Solar Power News   Transportation News   Wind Power News  

An Attractive Option for Renewable Power 

Investor Ideas   Over Unity   Peak Oil   PESWiki   more links >> 

Foot Powered  Generator from  Freeplay Energy 

Anaerobic digestion plants not only decrease GHGs emission but also reduce dependence  on fossil fuels for energy requirements. The anaerobic process has several advantages over  other methods of waste treatment. Most significantly, it is able to accommodate relatively  high rates of organic loading. With increasing use of anaerobic technology for treating  various process streams, it is expected that industries would become more economically  competitive because of their more judicious use of natural resources. Therefore, anaerobic  digestion technology is almost certainly assured of increased usage in the future.  

  

Do you think waste energy technologies are a good idea?  j  Yes   k l m n j  No   k l m n

  

Categories

n  Not Sure   j k l m    Vote      

 

View Results

Benefits of Anaerobic Digestion Anaerobic digestion provides a variety of benefits. These may be classified into three groups  viz. environmental, economic and energy benefits:  The environmental benefits include:   1. Elimination of malodorous compounds.  2. Reduction of pathogens.  3. Deactivation of weed seeds.  4. Production of sanitized compost.  5. Decrease in GHGs emission.  6. Reduced dependence on inorganic fertilizers by capture and reuse of nutrients.  7. Promotion of carbon sequestration  8. Beneficial reuse of recycled water  9. Protection of groundwater and surface water resources.  10. Improved social acceptance  Anaerobic digestion is advantageous in terms of energy in the following manner:  1. Anaerobic digestion is a net energy­producing process.  2. A biogas facility generates high­quality renewable fuel.  3. Surplus energy as electricity and heat is produced during anaerobic digestion of  biomass.  4. Anaerobic digestion reduces reliance on energy imports.  5. Such a facility contributes to decentralized, distributed power systems.  6. Biogas is a rich source of electricity, heat, and transportation fuel.  The economic benefits associated with a biomass­to­biogas facility are:  1. Anaerobic digestion transforms waste liabilities into new profit centers.  2. The time devoted to moving, handling and processing manure is minimized.  3. Anaerobic digestion adds value to negative value feedstock.  4. Income can be obtained from the processing of waste (tipping fees), sale of organic  fertilizer, carbon credits and sale of power.  5. Power tax credits may be obtained from each kWh of power produced.  6. A biomass­to­biogas facility reduces water consumption.  7. It reduces dependence on energy imports. 

Batteries   Biodiesel   Biofuels   Electric Cars   Ethanol   Economy   Environment   Events   Fuel Cells   Future Energy   Geothermal Energy   Human Power   Hybrid Cars   Hydro Power   Hydrogen Fuel   Industry   Inventions   Pedal Power    Politics   PhotoVoltaics   Public Transit   Solar Power   Tidal Power   Transportation   Waste Energy   Wave Power    Wind Farms   Wind Power   Wind Turbines  

8. Anaerobic digestion plants increases self­sufficiency. 

Feedstock for Anaerobic Digestion Plants A wide range of feedstock is available for anaerobic digesters. In addition to MSW, large  quantity of waste, in both solid and liquid forms, is generated by the industrial sector like  breweries, sugar mills, distilleries, food­processing industries, tanneries, and paper and pulp  industries. Out of the total pollution contributed by industrial sub­sectors, nearly 40% of the  total organic pollution is contributed by the food products industry alone. Food products and  agro­based industries together contribute 65% to 70% of the total industrial wastewater in  terms of organic load. Poultry waste has the highest per tonne energy potential of electricity  per tonne but livestock have the greatest potential for energy generation in the agricultural  sector.  Most small ­scale units such as tanneries, textile bleaching and dying, dairy,  slaughterhouses cannot afford effluent treatment plants of their own because of economies  of scale in pollution abatement. Recycling/recovery/re ­use of products from the wastes of  such small ­scale units by adopting suitable technology could be a viable proposition.  Generation of energy using anaerobic digestion process has proved to be economically  attractive in many such cases. The urban municipal waste (both solid and liquid) – industrial  waste coming from dairies, distilleries, pressmud, tanneries, pulp and paper, and food  processing industries, etc., agro­waste and biomass in different forms –  if treated properly,  has a tremendous potential for energy generation. Fig 1 lists the possible feedstock for  waste­to­energy plants based on anaerobic digestion of biomass.  Agricultural Origin  Livestock manure   Agricultural residues   Animal mortalities   Energy crops   Industrial Origin  Wastewater   Industrial sludges   Industrial by­products   Slaughterhouse waste   Spent beverages   Biosolids   Municipal Origin  Sewage sludge   Municipal solid waste   Food residuals  

Anaerobic Digestion of Livestock Manure The livestock industry is an important contributor to the economy of any country. More than  one billion tons of manure is produced annually by livestock in the United States. Animal  manure is a valuable source of nutrients and renewable energy. However, most of the  manure is collected in lagoons or left to decompose in the open which pose a significant  environmental hazard. The air pollutants emitted from manure include methane, nitrous  oxide, ammonia, hydrogen sulfide, volatile organic compounds and particulate matter, which  can cause serious environmental concerns and health problems.  Anaerobic digestion is a unique treatment solution for animal agriculture as it can deliver  positive benefits related to multiple issues, including renewable energy, water pollution, and  air emissions. Anaerobic digestion of animal manure is gaining popularity as a means to  protect the environment and to recycle materials efficiently into the farming systems.  Waste­to­Energy (WTE) plants, based on anaerobic digestion of biomass, are highly  efficient in harnessing the untapped renewable energy potential of organic waste by  converting the biodegradable fraction of the waste into high calorific gases.  Potential biogas yield from various animals  Animal ­ Biogas Yield/Ton Manure (ft3/ton/day)  Dairy ­ 920   Beef ­ 1148   Swine ­ 741   Poultry ­ 2266   The establishment of anaerobic digestion systems for livestock manure stabilization and  energy production has accelerated substantially in the past several years. There are more  than 111 digesters operating at commercial livestock facilities in the United States which  generated around 215 million kWh equivalent of useable energy. Besides generating  electricity (170 million kWh), biogas is used as boiler and domestic fuel. Many of the  projects that generate electricity also capture waste heat for various in­house requirements.  In the past, livestock waste was recovered and sold as a fertilizer or simply spread onto  agricultural land. The introduction of tighter environmental controls on odor and water  pollution means that some form of waste management is necessary, which provides further  incentives for biomass­to­energy conversion. 

Important Factors to Consider

Important Factors to Consider The main factors that influence biogas production from livestock manure are pH and  temperature of the feedstock. It is well established that a biogas plant works optimally at  neutral pH level and mesophilic temperature of around 35o C. Carbon­nitrogen ratio of the  feed material is also an important factor and should be in the range of 20:1 to 30:1. Animal  manure has a carbon  ­ nitrogen ratio of 25:1 and is considered ideal for maximum gas  production. Solid concentration in the feed material is also crucial to ensure sufficient gas  production, as well as easy mixing and handling. Hydraulic retention time (HRT) is the most  important factor in determining the volume of the digester which in turn determines the cost  of the plant; the larger the retention period, higher the construction cost.  An emerging technological advance in anaerobic digestion that may lead to increased  biogas yields is the use of ultrasound to increase volatile solids conversion. This process  disintegrates solids in the influent, which increases surface area and, in turn, allows for  efficient digestion of biodegradable waste.  

Process Description of WTE Facility Based on  Livestock Manure The layout of a typical biogas facility using livestock manure as raw material is shown in Fig  3. The fresh animal manure is stored in a collection tank before its processing to the  homogenization tank which is equipped with a mixer to facilitate homogenization of the  waste stream. The uniformly mixed waste is passed through a macerator to obtain uniform  particle size of 5 ­10 mm and pumped into suitable ­capacity anaerobic digesters where  stabilization of organic waste takes place.  In anaerobic digestion, organic material is converted to biogas by a series of bacteria  groups into methane and carbon dioxide. The majority of commercially operating digesters  are plug flow and complete­mix reactors operating at mesophilic temperatures. The type of  digester used varies with the consistency and solids content of the feedstock, with capital  investment factors and with the primary purpose of digestion.  Biogas contain significant amount of hydrogen sulfide (H2S) gas which needs to be stripped  off due to its highly corrosive nature. The removal of H2S takes place in a biological  desulphurization unit in which a limited quantity of air is added to biogas in the presence of  specialized aerobic bacteria which oxidizes H2S into elemental sulfur.  Gas is dried and vented into a CHP unit to a generator to produce electricity and heat. The  size of the CHP system depends on the amount of biogas produced daily. The digested  substrate is passed through screw presses for de­watering and then subjected to solar  drying and conditioning to give high­quality organic fertilizer. The press water is treated in an  effluent treatment plant based on activated sludge process which consists of an aeration  tank and a secondary clarifier. The treated wastewater is recycled to meet in ­house plant  requirements. A chemical laboratory is necessary to continuously monitor important  environmental parameters such as BOD, COD, VFA, pH, ammonia, C:N ratio at different  locations for efficient and proper functioning of the process.  The continuous monitoring of the biogas plant is achieved by using a remote control system  such as Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system. This remote system  facilitates immediate feedback and adjustment, which can result in energy savings.  

Utilization of Biogas and Digestate An anaerobic digestion plant produces two outputs, biogas and digestate, both can be  further processed or utilised to produce secondary outputs. Biogas can be used for  producing electricity and heat, as a natural gas substitute and also a transportation fuel. A  combined heat and power plant system (CHP) not only generates power but also produces  heat for in­house requirements to maintain desired temperature level in the digester during  cold season. CHP systems cover a range of technologies but indicative energy outputs per  m3 of biogas are approximately 1.7 kWh electricity and 2.5kWh heat. The combined  production of electricity and heat is highly desirable because it displaces non ­renewable  energy demand elsewhere and therefore reduces the amount of carbon dioxide released into  the atmosphere.  In Sweden, the compressed biogas is used as a transportation fuel for cars and buses.  Biogas can also be upgraded and used in gas supply networks. The use of biogas in solid  oxide fuel cells is being researched.  The surplus heat energy generated may be utilized through a district heating network. Thus,  there is potential scope for biogas facilities in the proximity of new housing and development  areas, particularly if the waste management system could utilise kitchen and green waste  from the housing as a supplement to other feed stock.  Digestate can be further processed to produce liquor and a fibrous material. The fiber, which  can be processed into compost, is a bulky material with low levels of nutrients and can be  used as a soil conditioner or a low level fertilizer. A high proportion of the nutrients remain in  the liquor, which can be used as a liquid fertilizer.  

Conclusions Anaerobic digestion of biomass offer two important benefits of environmentally safe waste  management and disposal, as well as the generation of clean electric power. The growing 

use of digestion technology as a method to dispose off livestock manure has greatly  reduced its environmental and economic impacts. Biomass ­to­biogas transformation  mitigates GHGs emission and harness the untapped potential of a variety of organic waste.  Anaerobic digestion technology affords greater water quality benefits than standard slurry  storage due to lower pollution potential. It also provides additional benefits in terms of  meeting the targets under the Kyoto Protocol and other environmental legislations.  The livestock industry is a vitally important contributor to the economy of any country,  regardless of the degree of industrialization. Animal manure is a valuable source of  renewable energy; additionally, it has soil enhancement properties. Anaerobic digestion is a  unique treatment solution for animal agriculture as it can deliver positive benefits related to  multiple issues,  including renewable energy, water pollution, and air emissions. Anaerobic  digestion of animal manure is gaining popularity as a means to protect the environment and  to produce clean energy. There is an urgent need to integrate the digester with manure  management systems for effective implementation of the anaerobic digestion technology to  address associated environmental concerns and to harness renewable energy potential of  livestock.  By Salman Zafar, Renewable Energy Expert 

Related posts: Energy from Pollution  Harvesting Hydrogen from Farm Waste  Renewable Energy Prison in Nevada  Ethanol from Cellulosic Biomass  Pyromex Waste to Energy Technology 

Subscribe by Email 2 Responses to “Anaerobic Digestion of  Biomass” 

Gail Feddern:  

1

September 1st, 2008 

Bio gas made from sewage and lawn, weeds, and tree trimmings is the answer. We  should not be wasting corn, which is so valuable as food and feed, on manufacturing  bio fuel. The whole corn ­bio fuel thing is a big fiasco, causing world famine and  economic strife. The real solution is always to take a problem (sewage pollution) and  flip it over to make it a viable solution (a new source of energy).  People should be  thinking “How can I turn this disadvantage into an advantage?” rather than trying to  dispose of it. Yes, find new uses for the unwanted bi­product. That is the proper way  to eliminate the problems of pollution without causing other, often greater, problems.  Ram Bux Singh in India invented the Bio Gas Digester back in the 60s. Villages in  China run their electric lights from crude bio gas technology, consisting of a pit dug  in the ground with a floating lid & pipe on it to collect the methane gas. Rudimentary  technology is there now; it’s usable as is, or we can refine it so every backyard has  a bio digester. The big question is WHY AREN’T WE DOING ANYTHING WITH IT  NOW????    GaltKnows:  

2

September 1st, 2008 

You’re absolutely RIGHT!!!! One American man is doing something about it. He is  teaching a workshop about how individuals can make their own biomass or trash  gasifier. Check it out in Treehugger.  http://www.treehugger.com/files/2008/08/build­do­it­yourself­biomass­ gasifier.php  Great article and the guy is showing people how to build one hands on. If people are  real and want to walk the walk instead of just talk green, then they should attend his  workshop.  T i c k e t s   a r e   a v a i l a b l e   a c c o r d i n g   t o   t r e e h u g g e r   b y   g o i n g   t o   VictoryGasworks.com   

Leave a Reply 

 

  

  Name (required)     Mail (required)     Website     Spam protection: Sum of 2 + 4 ?    

  c  Notify me of followup comments via e­mail   d e f g Submit Comment

   

Monday, August 25th, 2008 at 6:45 am.   Biofuels, Waste Energy .  You can follow any responses to this entry through the  comments feed . 

« African Solar Could Power all of Europe  Collecting Solar Energy from Asphalt Roads » 

Latest Forum Posts  AllanS on “Looking for a decent course in renewable energy ”  Will G on “Looking for a decent course in renewable energy ”  psimulus on “Helix Turbine”  psimulus on “Helix Turbine”  jesspatrick on “Solar Energy From Roads” 

Post new topic »

     Search  

Energy  

News  

Events  

Forums  

Photos  

Sitemap  

RSS Feeds  

Powered by Renewable Energy and AEoogle     

Links  

About  

Contact