Anaerobic fermentation of organic solid wastes: Volatile fatty acid production and separation

Abstract

Organik içeriği yüksek evsel katı atıkların anaerobik fermentasyonu, yakma ve depolama gibi kitlesel bertaraf yöntemlerinden kaçınılırken, uçucu yağ asitleri (UYA) gibi değerli organik asitlerin üretiminde kullanılabilir. Bu çalışmada, organik içeriği yüksek evsel katı atıkların anaerobik fermentasyonu, süzülen yataklı reaktör (SYR) kullanarak, UYA üretim verimini değerlendirmek için incelenmiştir. Ayrıca, farklı sıcaklık ve uçurtma solüsyonu konsantrasyonlarında, gaz ve sıvı membran kontaktörler kullanılarak, sentetik UYA karışımından ve sızıntı suyundan UYA ayrımı araştırılmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, seyrelterek UYA ayrımıyla beraber sızıntı suyu geri devrinin, UYA üretim verimliliği ve UYA türleşmesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Valerik ve kaproik asitler gibi yüksek moleküler ağırlıklı UYA?lar, herhangi bir işletme sıcaklığında ve membran tipinde daha yüksek seçiciliklere ve kütle transfer katsayılarına sahipken, asetik ve propiyonik asitler gibi düşük moleküler ağırlıklı UYA?ların daha yüksek kütle akı değerlerine sahip oldukları gözlemlenmiştir. Gaz membranlar yerine sıvı membranlar kullanıldığında, asetik asit hariç her UYA için daha yüksek süzüntü akısı elde edilmiştir. Besleme solüsyonu olarak sentetik UYA karışımı yerine fermentasyon sıvısı kullanıldığında, daha düşük transfer verimlilikleri gözlemlenmiştir. Gaz ve sıvı membranlarla yapılan ayırma deneylerinin sonuçları, işletme sıcaklığının süzüntü akısını, membran seçiciliğini ve kütle transfer hızlarını arttırdığını göstermektedir.

Anaerobic fermentation of organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW) can be used for the production of valuable organic acids such as volatile fatty acids (VFAs) while the massive disposal methods such as incineration and landfill are avoided. In this study, anaerobic fermentation of OFMSW was investigated using a leach-bed reactor (LBR) to assess the VFA production efficiency. In addition, VFA separation from the synthetic VFA mix and leachate was investigated via the use of gas and liquid membrane contactors at different temperatures and stripping solution strengths. The results obtained in this study revealed that leachate recirculation along with VFA separation via dilution have a substantial effect on the VFA production efficiency and VFA speciation. It was observed that low-molecular weight VFAs such as acetic and propionic acids had higher mass flux values while high-molecular weight VFAs such as valeric and caproic acids had higher selectivity values and mass transfer coefficients at any operational temperature and membrane type. Higher permeation flux for each VFA, except acetic acid, was obtained when liquid membranes were used instead of gas membranes. Lower transfer efficiencies were observed when fermentation broth was used as a feed solution instead of synthetic VFA mix. The results of the separation assays with gas and liquid membranes shows that operational temperature enhances the permeation flux, membrane selectivity, and mass transfer rates.