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Double stage dry-wet fermentation of unsorted municipal solid waste

Zweistufige Trocken-Nass-Fermentierung von unsortierten Siedlungsabfällen

  • Aim of the study In this thesis, the recovery of biogas from Unsorted Municipal Solid Waste with high methane content was investigated. Special attention was given to unsorted municipal solid waste since its management is posing a big challenge for solid waste management authorities especially in developing countries (e.g. Accra, Ghana). Common solid waste management practice in most of the communities involves having the entire components of the waste mixed together and deposited in bins or on a bare ground at locations within communities and subsequently hauled to the dumpsite by the waste authority. In a laboratory study, a simulated waste was developed representing the real waste situation in Accra, Ghana to leach out the biodegradable organic fraction and subsequent biogas recovery. Method of investigation In order to optimize the biodegradation of Unsorted Municipal Solid Waste, the double-stage anaerobic digester with optimum design capability and with both intra and inter liquid recirculation, and microaerophilic hydrolysisAim of the study In this thesis, the recovery of biogas from Unsorted Municipal Solid Waste with high methane content was investigated. Special attention was given to unsorted municipal solid waste since its management is posing a big challenge for solid waste management authorities especially in developing countries (e.g. Accra, Ghana). Common solid waste management practice in most of the communities involves having the entire components of the waste mixed together and deposited in bins or on a bare ground at locations within communities and subsequently hauled to the dumpsite by the waste authority. In a laboratory study, a simulated waste was developed representing the real waste situation in Accra, Ghana to leach out the biodegradable organic fraction and subsequent biogas recovery. Method of investigation In order to optimize the biodegradation of Unsorted Municipal Solid Waste, the double-stage anaerobic digester with optimum design capability and with both intra and inter liquid recirculation, and microaerophilic hydrolysis conditions was employed. In order to biomethanize the waste, the following hypotheses were tested: · Effect of water flow rate (dilutions) on the extent of hydrolysis/ liquefaction. · Solid retention time and biodegradation. · Temperature on the extent of hydrolysis. · Effect of preprocessed feeding material on hydrolysis and gas yield. Results and technical applicability The results indicate that the various conditions tested are effective in determining the biogas production from the Unsorted Municipal Solid Waste. Following several runs for the optimization process, volume and mass reduction of 30±19% and 42±13% was achieved respectively. Importantly, almost 42% of the organic total solids reduction with equivalent of methane yield of 232±66 l CH4/kg OTS was obtained. A concept is developed for the application of the double-stage digester for the biomethanization of Unsorted Municipal Solid Waste. This concept involves the appropriate optimum conditions required for the biodegradation process. Finally the potential of using Unsorted Municipal Solid Waste for commercial biogas production was emphasized.show moreshow less
  • Ziel der Studie In dieser Doktorarbeit wurde die Gewinnung von Biogas aus unsortierten Siedlungsabfällen mit einem hohen Methangehalt untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wurde den unsortierten Siedlungsabfällen gewidmet, da deren Entsorgung eine große Herausforderung für die Abfallentsorgungsunternehmen, insbesondere in den Entwicklungsländern (z.B. Accra, Ghana), darstellt. In den meisten Kommunen ist es bei der Feststoffabfallentsorgung üblich, dass alle Abfallkomponenten vermischt werden und in Abfallbehältern oder auf dem Boden an Standorten in den Kommunen gelagert werden, bis sie schließlich von den Entsorgungsunternehmen zur Deponie transportiert werden. In einer Laborstudie wurde ein simulierter Abfall entwickelt, der die reale Abfallsituation in Accra, Ghana, zur Auswaschung des biologisch abbaubaren organischen Anteils und der anschließenden Biogasgewinnung darstellt. Untersuchungsmethode Um den biologischen Abbau der unsortierten Siedlungsabfälle zu optimieren, wurde der zweistufige sauerstoffunabhängige FaulbehälterZiel der Studie In dieser Doktorarbeit wurde die Gewinnung von Biogas aus unsortierten Siedlungsabfällen mit einem hohen Methangehalt untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wurde den unsortierten Siedlungsabfällen gewidmet, da deren Entsorgung eine große Herausforderung für die Abfallentsorgungsunternehmen, insbesondere in den Entwicklungsländern (z.B. Accra, Ghana), darstellt. In den meisten Kommunen ist es bei der Feststoffabfallentsorgung üblich, dass alle Abfallkomponenten vermischt werden und in Abfallbehältern oder auf dem Boden an Standorten in den Kommunen gelagert werden, bis sie schließlich von den Entsorgungsunternehmen zur Deponie transportiert werden. In einer Laborstudie wurde ein simulierter Abfall entwickelt, der die reale Abfallsituation in Accra, Ghana, zur Auswaschung des biologisch abbaubaren organischen Anteils und der anschließenden Biogasgewinnung darstellt. Untersuchungsmethode Um den biologischen Abbau der unsortierten Siedlungsabfälle zu optimieren, wurde der zweistufige sauerstoffunabhängige Faulbehälter (Digestor) mit optimal ausgelegter Leistung und mit einer Rezirkulation der Flüssigkeit sowohl intern als auch extern eingesetzt und es wurden Hydrolyse-Bedingungen angewendet, bei denen wenig Sauerstoff benötigt wird (micro-aerophilic). Für eine Biomethanisierung des Abfalls wurden folgende Hypothesen getestet: • Auswirkung der Wasserdurchflussrate (Verwässerungseffekte) auf die Menge der Hydrolyse/Liquefaction • Verweilzeit der Feststoffe und biologischer Abbau • Temperatur auf den Umfang der Hydrolyse • Auswirkung des vorbehandelten zugeführten Materials auf die Hydrolyse und den Gasertrag Ergebnisse und technische Anwendung Die Ergebnisse zeigen, dass die verschiedenen getesteten Bedingungen effektiv bei der Untersuchung der Biogasproduktion aus unsortierten Siedlungsabfällen sind. Nach verschiedenen Durchläufen für den Optimierungsprozess wurde jeweils eine Volumen-und Massenreduzierung von 30±19% und 42±13% erreicht. Wichtig ist, dass fast 42% der Reduzierung der gesamten organischen Feststoffe mit dem Äquivalent der Methanausbeute von 232±66 l CH4/kg OTS erhalten wurde. Es wurde ein Konzept zur Anwendung des zweistufigen Faulbehälters für die Biomethanisierung von unsortierten Siedlungsabfällen entwickelt. Dieses Konzept beinhaltet die entsprechenden optimalen Bedingungen, die für den biologischen Abbauprozess erforderlich sind. Am Ende wurde die Möglichkeit der Verwendung unsortierter Siedlungsabfälle zur kommerziellen Biogasproduktion hervorgehoben.show moreshow less

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Metadaten
Author: Bernard Fei-Baffoe
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-245
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Spyra
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2006
Date of final exam:2006/07/17
Release Date:2006/10/12
Tag:Abfallentsorgung; Biogasproduktion; Siedlungsabfälle
Biogas; Double-stage digester; Fermentation; Unsorted municipal solid waste
GND Keyword:Siedlungsabfall; Fermentation; Biogasgewinning
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Abfallwirtschaft (ehemals)
Institution name at the time of publication:Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik (eBTU) / LS Abfallwirtschaft
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