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Valorization of paper-mill sludge laden with 2-chlorotoluene using hydroxyapatite@biochar nanocomposite to enrich methanogenic community: A techno-economic approach
Biomass & Bioenergy ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-09-26 , DOI: 10.1016/j.biombioe.2024.107401 Rania M. Hafez, Ahmed Tawfik, Gamal K. Hassan, Magdy Kandil Zahran, Ahmed A. Younes, Aleksandra Ziembińska-Buczyńska, Filip Gamoń, Mahmoud Nasr
Biomass & Bioenergy ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-09-26 , DOI: 10.1016/j.biombioe.2024.107401 Rania M. Hafez, Ahmed Tawfik, Gamal K. Hassan, Magdy Kandil Zahran, Ahmed A. Younes, Aleksandra Ziembińska-Buczyńska, Filip Gamoń, Mahmoud Nasr
While several studies have investigated the anaerobic digestion of paper-mill sludge (PMS), this technology suffers from nutrient insufficiency, inhibition by aromatic compounds, and low bio-CH4 yield. Hence, PMS was anaerobically co-digested with chicken manure (CM) and supplemented by hydroxyapatite@biochar (HAP@BC) nanocomposite for enhancing 2-chlorotoluene degradation and enriching the methanogenic archaea. Multiple continuous stirred tank reactors (CSTRs) were operated at 12.6 h hydraulic retention time (HRT), using PMS (R1), CM (R2), PMS + CM (R3), PMS + CM+100 mg HAP/L (R4), and PMS + CM+100 mg HAP@BC/L (R5). The maximum bio-CH4 yield of 147.5 ± 9.1 mL/g COD and 2-chlorotoluene removal of 91.2 ± 6.8 % were obtained from R5, experiencing a sufficient C/N ratio of 14.7 and the highest activities of acidogenesis (42.0 %), acetogenesis (37.9 %), and methanogenesis (42.1 %). The abundances of Euryarchaeota , Bacteroidota , and Chloroflexi at the phylum level, and Pseudomonas , and Bacillus at the genus level could highly contribute to the dechlorination mechanism and acetate transformation into CH4 . This biomass-to-bioenergy project (10 m3 /d capacity) could benefit from pollution reduction, biogas recovery, and carbon credit, giving 5.6 yr payback-period, 3503 USD net present value, and 12.1 % internal rate of return. Because R5 exhibited an efficient techno-economic anaerobic biodegradation performance, future studies are required to optimize its HRT condition and HAP@BC dosage.
中文翻译:
使用羟基磷灰石@生物炭纳米复合材料对富含2-氯甲苯的造纸厂污泥进行增值以丰富产甲烷群落:一种技术经济方法
虽然有几项研究调查了造纸厂污泥 (PMS) 的厌氧消化,但该技术存在营养不足、芳香族化合物抑制以及生物 CH4 产量低等问题。因此,PMS与鸡粪(CM)进行厌氧共消化,并辅以羟基磷灰石@生物炭(HAP@BC)纳米复合材料,以增强2-氯甲苯降解并富集产甲烷古菌。多个连续搅拌釜反应器 (CSTR) 在 12.6 小时水力停留时间 (HRT) 下运行,使用 PMS (R1)、CM (R2)、PMS + CM (R3)、PMS + CM+100 mg HAP/L (R4) ,和 PMS + CM+100 mg HAP@BC/L (R5)。从 R5 获得了 147.5 ± 9.1 mL/g COD 的最大生物 CH4 产量和 91.2 ± 6.8 % 的 2-氯甲苯去除率,经历了 14.7 的足够 C/N 比和最高的产酸活性 (42.0 %)、产乙酸(37.9%)和产甲烷(42.1%)。门水平上的广古菌门、拟杆菌门和 Chloroflexi 的丰度,以及属水平上的假单胞菌属和芽孢杆菌的丰度,对脱氯机制和乙酸盐转化为 CH4 有很大贡献。该生物质转化为生物能源项目(产能为 10 立方米/天)可受益于污染减少、沼气回收和碳信用额,投资回收期为 5.6 年,净现值为 3503 美元,内部收益率为 12.1%。由于R5表现出高效的技术经济厌氧生物降解性能,未来的研究需要优化其HRT条件和HAP@BC剂量。
更新日期:2024-09-26
中文翻译:
使用羟基磷灰石@生物炭纳米复合材料对富含2-氯甲苯的造纸厂污泥进行增值以丰富产甲烷群落:一种技术经济方法
虽然有几项研究调查了造纸厂污泥 (PMS) 的厌氧消化,但该技术存在营养不足、芳香族化合物抑制以及生物 CH4 产量低等问题。因此,PMS与鸡粪(CM)进行厌氧共消化,并辅以羟基磷灰石@生物炭(HAP@BC)纳米复合材料,以增强2-氯甲苯降解并富集产甲烷古菌。多个连续搅拌釜反应器 (CSTR) 在 12.6 小时水力停留时间 (HRT) 下运行,使用 PMS (R1)、CM (R2)、PMS + CM (R3)、PMS + CM+100 mg HAP/L (R4) ,和 PMS + CM+100 mg HAP@BC/L (R5)。从 R5 获得了 147.5 ± 9.1 mL/g COD 的最大生物 CH4 产量和 91.2 ± 6.8 % 的 2-氯甲苯去除率,经历了 14.7 的足够 C/N 比和最高的产酸活性 (42.0 %)、产乙酸(37.9%)和产甲烷(42.1%)。门水平上的广古菌门、拟杆菌门和 Chloroflexi 的丰度,以及属水平上的假单胞菌属和芽孢杆菌的丰度,对脱氯机制和乙酸盐转化为 CH4 有很大贡献。该生物质转化为生物能源项目(产能为 10 立方米/天)可受益于污染减少、沼气回收和碳信用额,投资回收期为 5.6 年,净现值为 3503 美元,内部收益率为 12.1%。由于R5表现出高效的技术经济厌氧生物降解性能,未来的研究需要优化其HRT条件和HAP@BC剂量。