anaerobic digestion algae

8/7/2019 Anaerobic Digestion Algae

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ANAEROBIC DIGESTION OF ALGAEo r d e v e l o p m e n t o f t h e i n t e r f a c e c o n t r o l l e r f r o m w h i c h

f o a m c o n t r o l d e v i c e w a s a d a p t e d .SUMMARY

T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i o nf a n e l e c t r o n i c f o a m c o n t r o l l e r s u i t a b l e f o r u s e w i t hv e s s e l s . D e t a i l s a r e g i v e n o f a c o m p l e t ec o n t r o l s y s t e m m a k i n g u s e o f t h e e l e c t r o n i c c o n -f o r t h e c o n t r o l o f f e r m e n t a t i o n s o f t h e a e r o b i ci n w h i c h l a r g e q u a n t i t i e s o f a i r a r e d i s p e r s e d , a n d

a m o u n t s o f e l e c t r i c e n e r g y a r e d i s s i p a t e d .T h e e l e c t r o n i c f o a m c o n t r o l l e r o p e r a t e s a t l o w e l e c -v o l t a g e , a n d i s s i m p l e a n d e a s y t o c o n s t r u c t .a r e r e a d i l y a v a i l a b l e . T h e c o n t r o l l e r i s

w h e n f o a m i n t h e f e r m e n t o r t o u c h e s a n i n -e l e c t r o d e , a n d s m a l l i n c r e m e n t s o f a n t i f o a ma r e t h e n a d m i t t e d a s p e r m i t t e d b y a t i m e r .T h e c o n t r o l l e r may b e u se d f o r o t h e r p u r p o s e s , s u c hs l e v e l c o n t r o l , o r i n t e r f a c e c o n t r o l i n l i q u i d - l i q u i d

s y s t e m s . By i n c o r p o r a t i n g s e v e r a l s e n s i n g a n d a c t i -v a t i n g c i r c u i t s i n t o t h e c o n t r o l l e r , i t may b e u s e d t op e r f o r m s e v e r a l f u n c t i o n s s i m u l t a n e o u s l y .

REFERENCESE C H E V A R R I A , J . 1 9 5 5 Foam c o n t r o l i m p r o v e s f e r m e n t a -t i o n s . C h e m . E n g . , 6 2 , N o . 4 , 2 1 2 .EDWARDS, M. L . 1 9 4 6 Foam r e d u c e r . U . S . P a t e n t 2 , 4 0 1 , 4 6 9 ,

J u n e 4 .G O R D O N , W. 0 . AND V E L D H U I S , M. K . 1 9 5 3 C o n t r o l l i n g foami n s u b m e r g e d a n d a e r a t e d p r o p a g a t i o n o f m i c r o o r g a n i s m s .U . S . P a t e n t 2 , 6 3 5 , 0 7 0 , A p r i l 1 4 .H E R S H , R . E . , F R Y , E . M . , AND F E N S K E , M. R . 1 9 3 8 L i q u i d -l e v e l c o nt r o l a p p ar a t u s. I n d . E n g . C h e m . , 3 0 , 3 6 3 - 3 6 4 .HUMFELD, H . , A E S C H L I M A N N , E . , AND H O F F M A N , J . R . 1 9 5 2

F e r m e n t o r w i t h r o t a t i n g f o a m - b r e a k i n g vanes. U . S .P a t e n t 2 , 6 1 0 , 1 5 5 , S e p t . 9 .

NAUCLER, J . 0 . 1 9 4 8 D e f r o t h i n g a p p a r a t u s . U . S . P a t e n t2 , 4 4 6 , 7 1 7 , A u g u s t 1 0 .S T E F A N I A K , J . J . , G A I L E Y , F . B . , BROWN, C . S . , AND J O H N S O N ,M. J . 1 9 4 6 P i l o t - p l a n t e q u i p m e n t f o r s u b m e r g e d p r o d u c -

t i o n o f p e n i c i l l i n . I n d . E n g . C h e m . , 3 8 , 6 6 6 - 6 7 1 .

A n a e r o b i c D i g e s t i o n o f A l g a eC . G . G O L U E K E , W. J . O S W A L D AND H . B . GOTAAS

S a n i t a r y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h L a b o r a t o r y , D e p a r t m e n t o f E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y , C a l i f o r n i aR e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n S e p t e m b e r 4 , 1 9 5 6

S t a b i l i z a t i o n l a g o o n s , i n w h i c h s e c o n d a r y t r e a t m e n tf w a s t e w a t e r s i s a c c o m p l i s h e d t h r o u g h t h e c o m b i n e do f b a c t e r i a a n d a l g a e , are b e i n g u s e d e x t e n -e s p e c i a l l y as a s u b s t i t u t e f o r more c o m p l e xn d e x p e n s i v e m e t h o d s . I n t h e l a g o o n s , b a c t e r i a p r i -

d e c o m p o s e t h e o r g a n i c c o n s t i t u e n t s o f t h em a k i n g them a v a i l a b l e t o t h e a l g a e . The a l g a e ,

y way o f p h o t o s y n t h e s i s , r e l e a s e oxygen w h i c h , i ni s u s e d b y t h e b a c t e r i a t o o x i d i z e t h e w a s t e s .p h o t o s y n t h e s i s i s u t i l i z e d f o r o x y g e n a t i o nn w a s t e t r e a t m e n t , u l t i m a t e d i s p o s a l o f t h e a l g a l c e l l

p r o d u c e d s i m u l t a n e o u s l y w i t h oxygen, mayf u r t h e r p r o c e s s i n g .I n l o w - r a t e d e e p l a g o o n s in w h i c h t h e a p p r o x i m a t e

r a t e i s l e s s t h a n 3 0 l b o f 5 - d a y BOD perf t per d a y ( C a l d w e l l , 1 9 4 6 ; Van H u v e l i n and1 9 5 4 ) , t h e d i s p o s a l p r o b l e m i s e i t h e r m i n o r ors i n c e a l g a e are i n c o n c e n t r a t i o n s r a r e l y

2 0 mg per L . Many o f t h e a l g a e i n t h e s eare c o n s u m e d b y p l a n k t o n i c p h a g o t r o p h s s u c h

s D a p h n i a or C y c l o p s , or s l o w l y s e t t l e and become p a r tf t h e c o m p l e x a t t h e l a g o o n b o t t o m . Much o f t h i sm a t e r i a l i s c o n s u m e d b y C h i r o n o m a s l a r v a e ,f l o u r i s h i n r i c h o r g a n i c s e d i m e n t s when a s m a l lo f oxygen i s a v a i l a b l e ( K e l l e n , 1 9 5 6 ) . I n s e c -

t i o n s o f t h e p o n d b o t t o m w h e r e a n a e r o b i o s i s e x i s t s ,d i g e s t i o n o c c u r s a n d a l g a l c a r b o n i s c o n v e r t e d i n t oo r g a n i c a c i d s , c a r b o n d i o x i d e , a n d m e t h a n e . A l a r g ef r a c t i o n o f t h e - s u s p e n d e d a l g a e i s e n t r a i - n e d i n p o n dc u r r e n t s a n d i s d i s c h a r g e d i n t o t h e r e c e i v i n g s t r e a m s ,w h e r e t h e a l g a e s e r v e a s f o o d f o r a q u a t i c o r g a n i s m s .B e c a u s e o f t h e i r l o w s e t t l i n g v e l o c i t i e s , u n i c e l l u l a ra l g a e o r d i n a r i l y d o n o t s e t t l e i n s t r e a m s , a n d h e n c e d on o t i m m e d i a t e l y b e c o m e p a r t o f s t r e a m - b o t t o m d e -p o s i t s . N a t u r a l p r o c e s s e s t h u s s o l v e t h e p r o b l e m o fa l g a l d i s p o s a l i n l o w - r a t e p o n d s , e x c e s s c a r b o n , n i t r o g e n ,a n d e n e r g y b e i n g d i s p e r s e d i n t o t h e a t m o s p h e r e a n dw a t e r s .

I n h i g h - r a t e s h a l l o w l a g o o n s , s e w a g e may b e a p p l i e da t s e v e r a l t i m e s t h e r a t e u s e d i n l o w - r a t e l a g o o n s , a n dp h o t o s y n t h e s i s i s p r a c t i c a l l y t h e s o l e s o u r c e o f o x y g e nf o r a e r o b i c b i o l o g i c d e c o m p o s i t i o n o f w a s t e s . A l g a lc o n c e n t r a t i o n s f r e q u e n t l y r e a c h 4 0 0 mg p e r L . B e c a u s eo f t h e h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f a l g a e c h a r a c t e r i s t i c o ft h i s p r o c e s s , s u i t a b l e p r o v i s i o n must b e m a d e f o r t h eu l t i m a t e d i s p o s a l o f t h e a l g a l c r o p . I f p e r m i t t e d t os e t t l e , t h e a l g a e b e c o m e a p a r t o f t h e b o t t o m d e p o s i t sa n d u l t i m a t e l y d i e . T h e a l g a l d e b r i s t h e n u n d e r g o e sf e r m e n t a t i o n , a n d s u b s t a n c e s t o x i c t o a l g a e , s u c h a sH 2 S , a r e p r o d u c e d . I n a d d i t i o n , r i s i n g g a s r e s u l t i n g

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ANAEROBIC DIGESTION OF ALGAE

F I G . 1 . S c h e m a t i c d r a w i n g o f a c o m p l e t e d i g e s t e r u n i t , i n -l u d i n g i n l e t p o r t f o r f e e d i n g , o u t l e t p o r t f o r s a m p l i n g , anda s p l e n u m f o r c o l l e c t i n g gas. The p l e n u m c o n s i s t s o f twoo f L u c i t e , one t e l e s c o p i n g i n t o t h e o t h e r . A s o l u t i o n o fCI ( 1 p er c e n t ) a c t s as a s e a l t o p r e v e n t t h e escape o f gas.

c u l t u r e . Volume o f n u t r i e n t source a d d e dd a y was a d j u s t e d t o r e s u l t i n a d e t e n t i o n p e r i o df 3 0 d a y s ( t h a t i s , 3 6 7 ml o f n u t r i e n t source per d a y )n a l l e x p e r i m e n t s o t h e r t h a n t h o s e i n s e r i e s 4 i n w h i c h

p e r i o d was t h e v a r i a b l e t e s t e d . Raw s l u d g e ,as a source o f n u t r i e n t s , was o b t a i n e d f r o m t h esewage t r e a t m e n t p l a n t . A l g a l f e e d was o b t a i n e db y c e n t r i f u g i n g , or b y f l o c c u l a t i n g w i t h a l u m ,

f r o m o x y g e n a t i o n p o n d s o p e r a t e d f o r a l g a ls t u d i e s . Th e a l g a l c u l t u r e , c o n s i s t i n g p r i n c i p a l l yf S c e n e d e s m u s s p p . a n d C h l o r e l l a s p p . , u s u a l l y was con-t o a p a s t e h a v i n g 1 5 p er c e n t s o l i d s , a n d t h e n

w i t h w a t e r i n a W a r i n g B l e n d o r t o a s l u r r ya s o l i d s c o n t e n t o f 8 t o 9 per c e n t . T o t a l n i t r o g e no f t h e a l g a l s l u d g e v a r i e d f r o m 6 t o 8 per c e n tf t h e t o t a l s o l i d s . A p p r o x i m a t e l y 3 per c e n t o f t h ewas i n t h e f o r m o f a m m o n i a . A p p r o x i m a t e l yper c e n t o f t h e t o t a l s o l i d s i n t h e a l u m - f l o c c u l a t e d

f e e d was i n t h e f o r m o f a l u m i n u m . A n a l y s e s o f t h e

a l g a l f e e d i n d i c a t e d a v a r i a t i o n i n v o l a t i l e a c i d c o n t e n tf r o m 3 0 0 t o 6 0 0 mg p e r L .T o t a l v o l u m e o f g a s p r o d u c e d w a s d e t e r m i n e d p r i o rt o f e e d i n g . T h e g a s w a s a n a l y z e d b y m e a n s o f a F i s h e r

g a s a n a l y z e r . V o l a t i l e a c i d s w e r e e x t r a c t e d b y l i q u i d -l i q u i d e t h e r e x t r a c t i o n a n d a r e e x p r e s s e d a s a c e t i c a c i di n mg p e r L o f s l u d g e .I n s e r i e s 1 a n d 2 , e s t i m a t e s o f q u a l i t y o f d i g e s t e r p e r -f o r m a n c e w e r e b a s e d o n r a t e a n d e x t e n t o f d e s t r u c t i o no f v o l a t i l e m a t t e r , g a s p r o d u c e d p e r l b o f v o l a t i l em a t t e r i n t r o d u c e d , a n d n a t u r e o f t h e d i g e s t e d s l u d g e .B e c a u s e e x p e r i e n c e g a i n e d i n p r e v i o u s e x p e r i m e n t si n d i c a t e d i t s v a l i d i t y , d a i l y g a s p r o d u c t i o n a n d t h ev o l u m e o f g a s p r o d u c e d p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o -d u c e d w e r e u s e d a s i n d i c a t o r s o f a c t i v i t y i n s e r i e s 3 , 4 ,a n d 5 .

R E S U L T SRa w s e w a g e s l u d g e c o m p a r e d w i t h a l g a e a s a s o u r c e o fn u t r i e n t s . A s i s s h o w n i n t a b l e 1 , t h e v o l u m e o f g a s

p r o d u c e d p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r d e st r oy e d b y d i g e s t -e r s A ( r a w s l u d g e ) a n d B ( a l g a e ) w a s c o m p a r a b l e ,n a m e l y , 1 6 . 3 c u f t f o r A a n d 1 5 . 8 c u f t f o r B . G a s p r o -d u c t i o n p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d w a s q u i t ed i f f e r e n t , h o w e v e r , i n t h a t g a s p r o d u c t i o n b y B w a sc o n s i s t e n t l y 2 t o 4 c u f t l e s s t h a n t h a t p r o d u c e d b y A[ f i g u r e 2 ( 1 ) ] . T h i s d i f f e r e n c e i n g a s p r o d u c t i o n p e r l bTABLE 1 . D e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r a n d p r o d u c t i o n o f g a s a s a

r e s u l t o f a n a e r o b i c d i g e s t i o n u n d e r v a ri o u s c o nd i ti o nsP e r C e n t o f T o t a lG a s P r o d u c t i o n G a s P r o d u c t i o nD i g e s t e r ( A v e r a g e ) ( V o l u m e t r i c

A v e r a g e )

M a t e r i a l CO0 2 C H 4 H0.c a c ud a y s C % f t / l b f t / l b

1 3 0 Ra w s l u d g e 3 5 5 7 9 . 2 1 6 . 2 3 0 . 9 6 1 . 4 2 . 4 5 . 31 3 0 Ra w s l u d g e 3 5 6 0 9 . 9 1 6 . 3 3 1 . 3 6 2 . 5 2 . 1 4 . 11 3 0 A l g a e 3 5 3 6 . 4 6 . 1 1 5 . 8 3 1 . 9 6 0 . 9 1 . 0 6 . 21 3 0 A l g a e 3 5 4 3 . 1 7 . 0 1 6 . 1 3 2 . 3 6 1 . 3 0 . 9 5 . 52 3 0 A l g a e 3 5 4 4 . 3 6 . 4 1 4 . 4 3 2 . 3 6 2 . 4 2 . 2 3 . 12 3 0 A l g a e 5 0 5 4 . 0 8 . 0 1 5 . 0 3 2 . 3 6 2 . 1 2 . 3 3 . 33 3 0 A l g a e 5 0 7 . 9 3 2 . 4 6 2 . 1 1 . 6 3 . 83 3 0 A l g a e + a l u m 5 0 7 . 8 3 2 . 3 6 1 . 9 1 . 5 4 . 24 3 0 A l g a e + a l u m 5 0 8 . 14 2 2 A l g a e + a l u m 5 0 7 . 94 3 0 A l g a e + a l u m 5 3 8 . 34 1 1 A l g a e + a l u m 5 3 8 . 24 3 0 A l g a e + a l u m 5 3 8 . 24 7 A l g a e + a l u m 5 3 5 . 44 3 0 A l g a e + a l u m 5 3 8 . 54 3 . 3 A l g a e + a l u m 5 3 4 . 25 2 2 A l g a e + a l u m 5 3 8 . 45 2 2 A l g a e + a l u m 5 3 8 . 0

6I l t

1 . S A M P L I N G PORT 5GAS L I N E2 C E N T R I F U G A L PU MP ( 3 1 GPM) 6 . MANOMETER ( G R A D U A T E D T O O I L )3 . FEED I N L E T 7 PULLEY4 D I G E S T E R ( 2 0 L I T E R PYREX J A R ) 8.COUNTERWEIGHT

1 9 5 7 ] 4 9

I:1


4/9

C . G . GOLUEKE, W. J . OSWALD AND H . B . GOTAAS [ V O L . 5

1 4 l s 2 2 2 6 3 0 3 4 3 8 42 4 6 5 0 5 4 5 8DAYS AFTER SETTING UP DIGESTER UNDER THE CONDITIONS OF THE EXPERIMENTF I G . 2 . T h e e f f e c t o f n u t r i e n t s o u r c e ( 1 ) a n d t e m p e r a t u r e ( 2 ) o n g a s p r o d u c t i o n p e r p o u n d o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d

w9 -

Q 8 0t - l 04- J e o1 ^ 600z0o 40c nL i 2 0az00

L i0 -

0 8 1 6 2 4 32 40 8 1 6 2 4 32 40TIME I N DAYSF I G . 3 . E x t e n t o f d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r w h e n e i t h e r a raw sew a ge s l u d g e or an a l g a l s l u r r y i s u s e d as a source o f n u t r i e n t s .

5 0Z 1 2

I -

2 1 0w-JI 800m 6 6- Jww) 1 0000 ~ 81 D0 61 L IwLL00 U L .

- 0 - R a w s e w a g e s l u d g e t -- A l g a l s l u r r y

_ - RU N I n

I I I

RU N I_

I -

I -


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ANAEROBIC DIGESTION OF ALGAE2 . N i t r o g e n a n d ammonia c o n c e n t r a t i o n s c h a r a c t e r i s t i c

o f d i g e s t e d s l u d g e p r o d u c e d u n d e r v a r i ou s c o n d i ti o n sD i g e s t e r N i t r o g e n

A v e r a g e NH 4 A v e r a g e t o t a l NS e r i e s D e t e n - N u t r i e n t s o u r c e Temp P e r c e n t P e r c e n tt i o n ~ ~ ~ ~ ~ ~ M g o f t o t a l oftoaprofN peL s o l i d s

1 3 0 Raw s l u d g e 3 5 2 7 7 2 . 9 7 7 1 9 8 . 91 3 0 Raw s l u d g e 3 5 1 1 3 5 3 . 31 3 0 A l g a e 3 5 1 6 1 3 5 6 . 0 2 8 7 4 6 . 91 3 0 A l g a e 3 5 1 6 8 0 4 7 . 5 3 5 2 7 7 . 72 3 0 A l g a e 3 5 1 6 0 4 6 1 . 0 3 5 3 1 8 . 12 3 0 A l g a e 5 0 1 5 1 2 6 7 . 0 2 7 3 2 6 . 63 3 0 A l g a e 5 0 1 8 4 9 6 6 . 5 2 7 7 1 6 . 53 3 0 A l g a e + a l u m 5 0 1 7 5 9 6 9 . 0 2 5 3 9 6 . 34 3 0 A l g a e + a l u m 5 0 8 5 4 5 6 . 0 1 5 2 5 5 . 94 2 2 A l g a e + a l u m 5 0 1 0 0 1 5 5 . 5 1 8 0 4 6 . 14 3 0 A l g a e + a l u m 5 0 6 7 0 4 3 . 5 1 5 3 7 6 . 24 7 A l g a e + a l u m 5 0 1 9 7 8 5 2 . 0 3 8 1 7 6 . 5

f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d i s r e f l e c t e d i n t h e p e r c e n to f v o l a t i l e m a t t e r . A s s h o w n i n f i g u r e 3 ,o f r a w s l u d g e v o l a t i l e m a t t e r v a r i e d f r o m7 t o 6 0 p e r c e n t ; d e s t r u c t i o n o f a l g a l v o l a t i l e m a t t e r ,n t h e o t h e r h a n d , w a s n e v e r g r e a t e r t h a n 4 4 p e r c e n t ,n d d i d r e a c h a l o w o f 2 4 p e r c e n t . E x c e p t f o r h y d r o g e n ,h e c o m p o s i t i o n o f t h e g a s p r o d u c e d f r o m b o t h d i g e s t e r sa s m a r k e d l y s i m i l a r ( t a b l e 1 ) .N i t r o g e n d e t e r m i n a t i o n s m a d e o n b o t h s l u d g e st h a t t h e n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n i n s l u d g e f r o m( a l g a e ) w a s a s h i g h a s 7 . 7 p e r c e n t o f t h e t o t a l s o l i d s

s c o n t r a s t e d t o 3 . 3 p e r c e n t i n t h e s l u d g e f r o m A ( r a w( t a b l e 2 ) . V o l a t i l e a c i d c o n c e n t r a t i o n i n d i g e s t e r( r a w s l u d g e ) r a n g e d f r o m 3 5 1 t o 4 0 2 mg p e r L , w i t hH v a r y i n g f r o m 7 . 3 t o 7 . 6 . V o l a t i l e a c i d c o n c e n t r a t i o nn B v a r i e d f r o m a l o w o f 1 5 3 0 mg p e r L t o a h i g h o fmg p e r L . A c i d s p r o d u c e d i n b o t h d i g e s t e r s w e r e

b y p a p e r c h r o m a t o g r a p h y a n d w e r e f o u n do b e p r i n c i p a l l y a c e t i c a c i d , s o m e p r o p i o n i c a c i d , a n do f v a l e r i c a n d b u t y r i c a c i d s . T h e c a r b o n c o n t e n tf t h e s l u d g e f r o m b o t h d i g e s t e r s v a r i e d f r o m 3 0 t o 3 5e r c e n t o n t h e b a s i s o f d r y w e i g h t .A c o m p a r i s o n o f t h e p h y s i c a l n a t u r e o f d i g e s t e d

f r o m t h e t w o d i g e s t e r s s h o w e d t h a t s l u d g e f r o mp o s s e s s e d l e s s d e s i r a b l e c h a r a c t e r i s t i c s t h a n t h a tA . D i g e s t e d s e w a g e s l u d g e h a d t h e g r i t t y s e d i m e n tt o b e c h a r a c t e r i s t i c o f w e l l - d i g e s t e d s l u d g e ,

n d i t d e w a t e r e d r e a d i l y . D i g e s t e d a l g a e , o n t h e o t h e rw a s h i g h l y c o l l o i d a l a n d g e l a t i n o u s a n d d e w a t e r e dp o o r l y . S l u d g e f r o m d i g e s t e r A h a d a t a r r y o d o r ;i g e s t e d a l g a e h a d a n o d o r s i m i l a r t o t h a t o f f r e s h cow

a n u r e . M i c r o s c o p i c e x a m i n a t i o n o f t h e a l g a l s l u d g ea l a r g e p r o p o r t i o n o f m a t e r i a l a s c o n s i s t i n gf i n t a c t , g r e e n c e l l s , a l t h o u g h a t t e m p t s t o d e t e r m i n e

h e v i a b i l i t y o f s u c h c e l l s w e r e u n s u c c e s s f u l .T h e r m o p h i l i c a n d m e s o p h i l i c d i g e s t i o n o f a l g a e . A

p o s s i b l e e x p l a n a t i o n o f t h e p o o r p e r f o r m a n c e o f d i g e s t e rB ( a l g a e ) i n r e l a t i o n t o d i g e s t e r A ( r a w s l u d g e ) c o u l d b et h e f a i l u r e o f t h e a l g a l c e l l s t o d i e d e s p i t e t h e a d v e r s ec o n d i t i o n s m e t i n a d i g e s t e r . L i v i n g a l g a l c e l l s a r eknown t o r e s i s t b a c t e r i a l a t t a c k v e r y e f f e c t i v e l y . O n em e t h o d o f k i l l i n g t h e a l g a e w o u l d b e b y e x p o s i n g t h e mt o t h e r m o p h i l i c t e m p e r a t u r e s . A c c o r d i n g l y , a s e c o n ds e r i e s o f e x p e r i m e n t s w a s made i n w h i c h o n e d i g e s t e r( A ) w a s m a i n t a i n e d a t 3 5 C , a n d a s e c o n d ( B ) a t 5 0 C .G a s p r o d u c t i o n w a s u n i n t e r r u p t e d i n b o t h d i g e s t e r sd u r i n g t h e c o n d i t i o n i n g p e r i o d . When r e l a t i v e l y u n i -f o r m g a s p r o d u c t i o n i n d i c a t e d e q u i l i b r i u m , d a t a f o r t h et e s t w e r e g a t h e r e d .

A s i s s h o w n i n f i g u r e 4 , g a s p r o d u c t i o n a t 5 0 C w a su n i f o r m l y g r e a t e r t h a n a t 3 5 C . C o m p o s i t i o n o f g a s ,b o t h v o l u m e t r i c a l l y a n d g r a v i m e t r i c a l l y , w a s q u i t es i m i l a r a t b o t h t e m p e r a t u r e s ( t a b l e 1 ) . I n b o t h d i g e s t e r sC O 2 c o n s t i t u t e d a p p r o x i m a t e l y 3 0 p e r c e n t a n d C H 4a p p r o x i m a t e l y 6 2 p e r c e n t o f t h e v o l u m e o f g as p r o -d u c e d . D a i l y p r o d u c t i o n o f g a s p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e ri n t r o d u c e d a v e r a g e d 6 . 4 c u f t a t 3 5 C a n d 8 . 1 c u f t a t5 0 C ; b u t p r o d u c t i o n p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r d e s t r o y e dw a s c o m p a r a b l e , n a m e l y , 1 4 . 4 t o 1 5 . 0 c u f t [ f i g u r e 2( 2 ) a n d t a b l e 1 1 . D e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r w a s 5t o 1 0 p e r c e n t g r e a t e r a t t h e h i g h e r t e m p e r a t u r e .

N i t r o g e n c o n t e n t a v e r a g e d 8 . 1 p e r c e n t i n t h e s l u d g ep r o d u c e d a t 3 5 C a n d 6 . 6 p e r c e n t a t 5 0 C ( t a b l e 2 ) ;a m m o n i a c o n s t i t u t e d a p p r o x i m a t e l y 6 1 t o 6 7 p e r c e n to f t h e n i t r o g e n i n b o t h s l u d g e s . V o l a t i l e a c i d c o n c e n -

C c 8 0w

70w

600050z0D 40c n

30zww 2 0a.

I 0 8 1 6 24 32 40 48 56TIME I N DAYS

F I G . 4 . E x t e n t o f d e s t r u c t i o n o f v o la ti l e m a t t e r i n a d i g e s t e ro p e r a t i n g a t 3 5 an d a t 5 0 C . Each p o i n t i n t h e curves r e p r e s e n t st h e average p er c e n t d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e matter over a4 - d a y p e r i o d .

35 CA 5 0 C

5 1


6/9

C . G . GOLUEKE, W . J . OSWALD AND H . B . GOTAAS

Z 1 2

w1 C

J

_j

0

0 -a )

( - ) ( 2 )A , 1 0

06wwL L

4 1 8 2 2 2 6 30 3 43 DAYS AFTER S E T T I N G U P DIGESTER UNDERF I G . 5 . ( 1 ) E f f e c t o f a l u m o n d i g e s t e r a c t i v i t y a s e x p r e s s e d i nf e c t o f l o a d i n g on g a s p r o d u c t i o n .

t r a t i o n i n d i g e s t e r A ( 3 5 C ) v a r i e d f r o m 2 7 0 0 t o 4 0 8 0p p m ; a n d f r o m 1 2 5 0 t o 3 5 4 p p m i n d i g e s t e r B ( 5 0 C ) .G r o s s p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f s l u d g e f r o m b o t hd i g e s t e r s w e r e c o m p a r a b l e . T h e e m a n a t i o n o f a m m o n i af r o m t h e s t i r r e d s l u d g e s was s u f f i c i e n t l y g r e a t t o makeo n e ' s e y e s w a t e r . B o t h s l u d g e s w e r e a d u l l b r o w n i s hg r e e n i n c o l o r , a l t h o u g h t h a t f r o m B ( 5 0 C ) w a s d a r k e r .S l u d g e f r o m d i g e s t e r B s h o w e d s o m e i m p r o v e m e n t o v e rt h a t f r o m A w i t h r e s p e c t t o d e w a t e r a b i l i t y , a l t h o u g hb o t h a p p a r e n t l y h a d a h i g h c o l l o i d a l c o n t e n t . M i c r o -s c o p i c e x a m i n a t i o n r e v e a l e d i n t a c t c e l l s i n b o t h s l u d g e s .C e n t r i f u g e d p o n d a l g a e a n d a l u m - f l o c c u l a t e d a l g a ea s n u t r i e n t s o u r c e s . I n a s m u c h a s e x p e r i m e n t s now i np r o g r e s s h a v e d e m o n s t r a t e d t h a t a l u m f l o c c u l a t i o n i sa n e s s e n t i a l s t e p i n o n e o f t h e m o s t e c o n o m i c a l m e t h o d so f h a r v e s t i n g a l g a e , a s t u d y was made o n t h e e f f e c to f t h e a l u m i n u m f r a c t i o n o f f l o c c u l a t e d a l g a e o n t h ed y n a m i c s o f t h e d i g e s t i o n p r o c e s s a n d o n t h e p h y s i c a ln a t u r e o f t h e r e s u l t i n g s l u d g e .To s t a r t t h e t e s t , t h e c o n t e n t s o f d i g e s t e r B ( 5 0 C )i n t h e p r e c e d i n g e x p e r i m e n t w e r e d i v i d e d i n t o twoe q u a l v o l u m e s a n d i n t r o d u c e d i n t o s e p a r a t e d i g e s t e r s .T h e l i q u i d v o l u m e o f t h e d i g e s t e r s was i n c r e a s e d g r a d u -a l l y t o 1 1 L . D i g e s t e r A was f e d a l u m - f l o c c u l a t e d a l g a ea n d t h e s e c o n d d i g e s t e r ( B ) was f e d w i t h c e n t r i f u g e dp o n d a l g a e .G a s p r o d u c t i o n i n b o t h d i g e s t e r s was p r a c t i c a l l y

3 8 4 2 4 6 5 0 5 4THE CONDITIONS O F THE EXPERIMENTg a s p r o d u c e d p e r p o u n d o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d . ( 2 ) E f -

i d e n t i c a l , a s i s s h o w n i n f i g u r e 5 ( 1 ) , a n d w a s c o m p a r a b l et o t h a t o b t a i n e d a t 5 0 C i n t h e p r e c e d i n g e x p e r i m e n t .G a s p r o d u c t i o n p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e da v e r a g e d 7 . 9 c u f t i n A , a n d 7 . 8 i n B . C o m p o s i t i o n o fg a s w a s n o t a f f e c t e d b y t h e t y p e o f n u t r i e n t s o u r c e u s e d( t a b l e 1 ) . C o m p u t e d d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r w a sa l m o s t i d e n t i c a l i n b o t h d i g e s t e r s , a v e r a g i n g 4 8 t o 4 9p e r c e n t o f t h e v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d . N i t r o g e nc o n t e n t a n d t h e g e n e r a l n a t u r e o f t h e s l u d g e s e e m e d t ob e c o m p a r a b l e i n b o t h d i g e s t e r s ( t a b l e 2 ) .

I n a s m u c h a s t h e a l u m i n u m i n t h e f l o c c u l a t e d a l g a e h a dn o a p p a r e n t i n h i b i t o r y e f f e c t o n d i g e s t e r a c t i v i t y , a n da l g a e t h u s o b t a i n e d w e r e m o s t p l e n t i f u l , a l u m i n u m -f l o c c u l a t e d a l g a e w e r e u s e d a s t h e n u t r i e n t s o u r c e i n a l lo f t h e s u c c e e d i n g e x p e r i m e n t s .

D e t e n t i o n p e r i o d . T h e e f f e c t o f v a r i o u s d e t e n t i o np e r i o d s o n t h e d i g e s t i o n o f a l g a e w a s t h e s u b j e c t o f t h ef o u r t h s e r i e s o f e x p e r i m e n t s . D i g e s t e r A , w h i c h w a sm a i n t a i n e d o n a 3 0 - d a y d e t e n t i o n p e r i o d , s e r v e d a s ac o n t r o l t h r o u g h o u t t h e e x p e r i m e n t s . D i g e s t e r B w a ss u b j e c t e d t o f i v e d i f f e r e n t d e t e n t i o n p e r i o d s , v a r y i n gb e t w e e n 2 2 a n d 3 . 3 d a y s . I n a l l t h e t e s t s , l o a d i n g r e -m a i n e d c o n s t a n t . When t h e v o l u m e o f t h e d a i l y r a t i o no f n u t r i e n t s e x c e e d e d 5 0 0 m l , t h e l i q u i d w a s w a r m e dp r i o r t o i n t r o d u c t i o n i n t o t h e d i g e s t e r . I n t h e 7 . 0 - a n d3 . 3 - d a y d e t e n t i o n p e r i o d e x p e r i m e n t s , f e e d i n g a n dw i t h d r a w a l o f s l u d g e w e r e d o n e t w i c e d a i l y , o n e - t h i r d o f

5 2 [ V O L . 5


7/9

ANAEROBIC DIGESTION OF ALGAEw 1 6 . . .C0

- 1 4z

Wt - 1 2

- J 1 0- O A v g . 4 r u n s

> /eo4t A _ 0 ~ ~ ~ ~ ~0

z060 . ~ ~ ~L I ) 4

w ^ 2_

O D40

2 6 1 0 1 4 1 8 2 2 2 6 3 0DETENTION P E R I O D I N D A Y S

F I G . 6 . Th e e f f e c t o f l e n g t h o f d e t e n t i o n p e r i o d o n g a s p r o -d u c t i o n . E a c h p o i n t i n t h e c u r v e r e p r e s e n t s a n a v e r a g e v a l u ef o r t h e d a i l y g a s p r o d u c t i o n a t t h e d e t en t i o n p e ri o d i n d i c a t e d .t h e t o t a l v o l u m e a t 0 8 0 0 h r a n d t w o - t h i r d s a t 1 6 0 0 h r .T o t a l s o l i d s c o n c e n t r a t i o n o f t h e a l g a l f e e d v a r i e d f r o m5 . 9 p e r c e n t f o r t h e 3 0 - d a y d e t e n t i o n p e r i o d t o 0 . 6 6p e r c e n t f o r t h e 3 . 3 - da y d e t e n t i o n p e r i o d .

A s i s s h o w n i n f i g u r e 6 , l e n g t h o f d e t e n t i o n p e r i o d ,w i t h i n t h e r a n g e o f 3 0 t o 1 1 d a y s i n c l u s i v e , h a d l i t t l ee f f e c t o n v o l u m e o f g a s p r o d u c t i o n . A t a d e t e n t i o np e r i o d o f 7 d a y s , h o w e v e r , t h e d e c l i n e w a s r a p i d i n g a sp r o d u c t i o n p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d . P r o -d u c t i o n o f g a s b e c a m e a l m o s t n e g l i g i b l e d u r i n g t h e3 . 3 - d a y d e t e n t i o n p e r i o d . A c c o r d i n g t o d a t a l i s t e d i nt a b l e 2 , n o a p p a r e n t e f f e c t o n t h e n i t r o g e n c o m p o s i t i o no f d i g e s t e d s l u d g e c o u l d b e a t t r i b u t e d d i r e c t l y t o l e n g t ho f d e t e n t i o n p e r i o d w i t h i n t h e r a n g e 3 0 t o 7 d a y s i n -c l u s i v e . V o l a t i l e a c i d c o n c e n t r a t i o n n e v e r e x c e e d e d 1 2 0 0mg p e r L i n a n y o f t h e d i g e s t e r s , a n d u s u a l l y r a n g e df r o m 5 0 0 t o 8 0 0 mg p e r L . E x c e p t f o r t h e 3 . 3 - d ay p e r i o d ,p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e d i g e s t e d s l u d g e r e m a i n e dp r a c t i c a l l y t h e s a m e d e s p i t e e x t e n t o f d e t e n t i o n p e r i o d .D i g e s t e d s l u d g e p r o d u c e d i n t h e 3 . 3 - d a y d e t e n t i o np e r i o d h a d o n l y a m i l d a m m o n i a o d o r , w a s v e r y c o l -l o i d a l i n n a t u r e , a n d p r a c t i c a l l y i m p o s s i b l e t o d e w a t e r .

L o a d i n g s t u d i e s . Two l o a d i n g r a t e s w e r e s t u d i e d i nt h e f i f t h s e r i e s o f e x p e r i m e n t s : d i g e s t e r A r e c e i v e d 0 . 0 9l b o f v o l a t i l e m a t t e r p e r c u f t o f c u l t u r e v o l u m e p e r d a y ,a n d B r e c e i v e d 0 . 1 8 l b v o l a t i l e m a t t e r p e r c u f t p e r d a y .C u l t u r e s u s e d i n s e r i e s 4 w e r e p l a c e d i m m e d i a t e l y o n t h en e w s c h e d u l e a n d a d j u s t e d t o a 2 2 - d a y d e t e n t i o n p e r i o d .G a s p r o d u c t i o n f r o m d i g e s t e r A c o n t i n u e d u n a b a t e d .D i g e s t e r B s h o w e d i m m e d i a t e r e c o v e r y f r o m t h e s h o r td e t e n t i o n p e r i o d t o w h i c h i t h a d b e e n s u b j e c t e d i n t h e

p r e v i o u s s e r i e s , a n d w i t h i n 3 d a y s t h e v o l u m e o f g a sp r o d u c e d d a i l y w a s a l m o s t t w i c e t h a t f r o m A , a s w o u l db e e x p e c t e d b e c a u s e o f t h e i n c r e a s e d l o a d i n g . G a s p r o -d u c e d p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d , h o w e v e r ,w a s a l m o s t i d e n t i c a l a t b o t h l o a d i n g p r o g r a m s , a v e r a g -i n g 8 . 4 c u f t f o r d i g e s t e r A , a n d 8 . 0 c u f t f o r B [ f i g u r e 4( 2 ) ] . P h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f b o t h s l u d g e s w e r e a l -m o s t t h e s a m e w i t h r e s p e c t t o d a r k g r e e n c o l o r , a m -m o n i a , o d o r s , a n d p o o r d e w a t e r a b i l i t y .

D I s c U S S I O NT h e a n a e r o b i c d i g e s t i o n o f a l g a e a p p a r e n t l y p r o c e e d s

s l o w l y a t m e s o p h i l i c t e m p e r a t u r e s a n d t h e r e s u l t a n tb r e a k d o w n i s l e s s r a p i d s a n d c o m p l e t e t h a n t h a t o f r a ws e w a g e s l u d g e , o r a m i x t u r e o f r a w s l u d g e a n d a l g a e .A c c o r d i n g l y , p e r c e n t d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r w a so n l y a p p r o x i m a t e l y 6 0 t o 7 0 p e - r c e n t o f t h a t c h a r a c t e r -i s t i c o f r a w s l u d g e d i g e s t i o n . T h e l i m i t e d e x t e n t o fd e s t r u c t i o n w a s r e f l e c t e d i n t h e l o w y i e l d o f g as p er l bo f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d . T h e d i f f e r e n c e i n d i g e s t e ra c t i v i t y w a s n o t i c e a b l e p r i n c i p a l l y i n t h e e x t e n t a n dr a p i d i t y o f b r e a k d o w n , b e c a u s e y i e l d p e r c u f t o f v o l a t i l em a t t e r d e s t r o y e d , c o m p o s i t i o n o f g a s , a s w e l l a s n a t u r ea n d r e l a t i v e p r o p o r t i o n s o f i n d i v i d u a l v o l a t i l e a c i d s w e r ea l l s i m i l a r , a l t h o u g h t h e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h ed i g e s t e d s l u d g e s w e r e q u i t e d i f f e r e n t . I t i s p r o b a b l e t h a ti n a l g a e d i g e s t i o n , a n y d r a s t i c c h a n g e s i n t h e n a t u r e o ft h e p r o c e s s , a s c o m p a r e d t o raw s l u d g e f e r m e n t a t i o n ,w o u l d h a v e b e e n r e f l e c t e d b y e q u a l l y p r o n o u n c e dc h a n g e s i n t h e p r o d u c t s o f d i g e s t i o n , e i t h e r q u a l i t a t i v e l yo r q u a n t i t a t i v e l y , o r b o t h , a t l e a s t a f t e r t h e i n i t i a lb r e a k d o w n o f t h e i n t r o d u c e d f e e d .I t i s u n l i k e l y t h a t t h e p o o r p e r f o r m a n c e o f t h e d i -g e s t e r s c o n t a i n i n g a l g a e a n d o p e r a t i n g a t 3 5 C w a s d u et o a h i g h c o n c e n t r a t i o n o f v o l a t i l e a c i d . M o r e p r o b a b l y ,t h e h i g h a c i d c o n t e n t was a s y m p t o m o f a l o w r a t e o fa c t i v i t y r a t h e r t h a n a c a u s e o f p o o r d i g e s t e r p e r f o r m -a n c e . E x p e r i e n c e i n p r e v i o u s s t u d i e s o n d i g e s t i o n , i nw h i c h d i g e s t e r s w e r e g i v e n d o s e s o f l o w c ar b o n v o l a t i l ef a t t y a c i d s i n s u c h v o l u m e s a s t o r e s u l t i n a t o t a l v o l a t i l ea c i d s c o n c e n t r a t i o n a s h i g h a s 4 5 0 0 p p m , s h o w e d t h a ts u c h t r e a t m e n t b r i n g s a b o u t a n i n c r e a s e i n g a s p r o d u c -t i o n p r o p o r t i o n a t e t o t h e a c i d d o s a g e w h e n o t h e r c o n -d i t i o n s a r e m a i n t a i n e d a t a n o p t i m u m . V o l a t i l e a c i d sn o r m a l l y p r o d u c e d i n a n a c t i v e d i g e s t e r a r e n o t t o x i cp e r s e ; i n s t e a d , t h e y s e r v e a s n u t r i e n t s f o r many o f t h eb a c t e r i a i n v o l v e d i n t h e p r o c e s s . W i t h t h e e x c e p t i o n o ff o r m i c a c i d , w h i c h may b e t o x i c , a n y i n h i b i t i n g e f f e c t o fa h i g h c o n c e n t r a t i o n o f l o w - c a r b o n v o l a t i l e a c i d s w o u l db e i n d i r e c t , t h a t i s , a l o w e r i n g o f pH t o u n d e s i r a b l el e v e l s . T h e h i g h p H f o u n d i n t h e d i g e s t e r s s t u d i e d , h o w -e v e r , e l i m i n a t e s t h e l a t t e r p o s s i b i l i t y .A p o s s i b l e e x p l a n a t i o n o f t h e l i m i t e d b a c t e r i a l a c t i v -i t y i n t h e a l g a l d i g e s t e r s i s t h e h i g h a m m o n i a c o n t e n t o f

t h e c u l t u r e m e d i a . Ammonia c o u l d b e d e t r i m e n t a l ,e i t h e r a s a d i r e c t i n h i b i t i n g a g e n t f o r t h e b a c t e r i a

1 9 5 7 ] 5 3


8/9

C . G . GOLUEKE, W. J . OSWALD AND H . B . GOTAASi n v o l v e d ( S n e l l , 1 9 4 3 ) , o r b e c a u s e i t b r i n g s a b o u t a ni n c r e a s e i n t h e p H o f t h e s l u d g e t o a l e v e l a b o v e t h a tt o l e r a t e d b y m e t h a n e p r o d u c e r s . A l t h o u g h d i g e s t e rp e r f o r m a n c e i m p r o v e d i n t h e l a t e r e x p e r i m e n t s , w h i c hw e r e a l s o c h a r a c t e r i z e d b y a h i g h a m m o n i a c o n c e n t r a -t i o n , g a s p r o d u c t i o n a n d p e r c e n t v o l a t i l e m a t t e rd e s t r u c t i o n i n a l l t h e e x p e r i m e n t s i n v o l v i n g a l g a e a s t h es o u r c e o f n u t r i e n t s r e m a i n e d c o n s i s t e n t l y l o w e r t h a nt h a t e n c o u n t e r e d w h e n r a w s l u d g e w a s u s e d a s a n u t r i -e n t s o u r c e . I t s h o u l d b e n o t e d , h o w e v e r , t h a t p H l e v e l sw e r e a l w ay s l e s s t h a n 8 , t h e u p p e r l i m i t t o l e r a t e d b ym e t h a n e p r o d u c e r s ( B a r k e r , 1 9 4 9 ) .

T h e r e l a t i v e l y l o w r a t e o f v o l a t i l e m a t t e r d e s t r u c t i o na t 3 5 C a l s o may b e e x p l a i n e d b y t h e a b i l i t y o f a l g a e t os u r v i v e i n t h e d i g e s t e r d e s p i t e t h e a d v e rs e c o n d i t i o n se n c o u n t e r e d . L i v i n g a l g a e n o r m a l l y a r e i m m u n e t ob a c t e r i a l i n v a s i o n a n d a r e n o t , t h e r e f o r e , s u b j e c t t od e c o m p o s i t i o n . A s s u c h , t h e y a r e u n a v a i l a b l e a s a n u -t r i e n t s o u r c e t o t h e b a c t e r i a i n v o l v e d i n t h e d i g e s t i o np r o c e s s . A l t h o u g h t h e i r v i a b i l i t y c o u l d n o t b e d e m o n -s t r a t e d b y s u b c u l t u r i n g , e x a m i n a t i o n o f t h e s l u d g e d i dr e v e a l i n t a c t , g r e e n c e l l s a p p a r e n t l y i n g o o d c o n d i t i o n .T h e s e c e l l s c o u l d h a v e b e e n l i v i n g o r g a n i s m s w h i c hh a v e s u r v i v e d s i n c e t h e p r e v i o u s d a y ' s f e e d i n g ; a s s u c ht h e y w o u l d i l l u s t r a t e t h e r u g g e d n e s s o f t h e o r g a n i s m sa n d t h e i r r e s i s t a n c e t o d e s t r u c t i o n .

A n o t h e r p o s s i b i l i t y i s t h a t a l g a l c e l l w a l l s p e r s e mayb e h i g h l y r e s i s t a n t t o b a c t e r i a l a t t a c k , e v e n t h o u g h t h ec e l l i t s e l f i s n o l o n g e r l i v i n g , a n d t h u s d e c o m p o s i t i o n o fa l g a l c e l l s may b e c u r t a i l e d . R e s u l t s o f s t u d i e s o n t h ed i g e s t i o n o f g a r b a g e a n d s l u d g e m i x t u r e s a n d o f v e g e -t a b l e s a l o n e h a v e b e e n r e p o r t e d ' ( B a b b i t , 1 9 3 4 ; C a r -p e n t e r e t a l . , 1 9 3 6 ; C o h n , 1 9 4 6 ; H a z e l t i n e , 1 9 5 1 ; a n dR o s s , 1 9 5 4 ) . I n g e n e r a l , n o d i f f i c u l t y w a s e n c o u n t e r e d i nd i g e s t i n g t h e s e m a t e r i a l s . T o t a l g a s p r o d u c t i o n , a s w e l la s r a t e a n d p e r c e n t d e c o m p o s i t i o n , w e r e c o m p a r a b l e t ot h o s e c h a r a c t e r i s t i c o f raw s l u d g e d i g e s t i o n . P l a n tf r a g m e n t s p r e s e n t i n g a r b a g e , h o w e v e r , a r e t h e g r o u n dp o r t i o n s o f l a r g e r p l a n t s , a n d t h e r e f o r e a r e o p e n t ob a c t e r i a l i n v a s i o n ; a l g a e , o n t h e o t h e r h a n d , a l t h o u g hm i n u t e a n d s i n g l e - c e l l e d , a r e c o m p l e t e o r g a n i s m s i n t r o -d u c e d o n t o t h e d i g e s t e r i n t a c t , a n d c o n s e q u e n t l y a r eh i g h l y r e s i s t a n t t o b a c t e r i a l a t t a c k .

D i g e s t e d s l u d g e f r o m t h e r a w s e w a g e s l u d g e d i g e s t e r sa n d f r o m t h e a l g a e d i g e s t e r s d i f f e r e d m a r k e d l y . T h e r a ws l u d g e p r o d u c t h a d t h e t a r r y o d o r a n d g r i t t y n a t u r e o fw e l l - d i g e s t e d s l u d g e . I t d e w a t e r e d r e a d i l y . D i g e s t e da l g a e , o n t h e o t h e r h a n d , r e g a r d l e s s o f o p e r a t i n g c o n d i -t i o n s , a l w a y s h a d t h e o d o r o f cow m a n u r e e n c o u n t e r e di n g r e e n p a s t u r e s . T h e s l u d g e i t s e l f c o n t a i n e d v e r yl i t t l e g r a n u l a r o r f l o c c u l a n t m a t e r i a l a n d w a s h i g h l yc o l l o i d a l i n n a t u r e . B e c a u s e o f i t s h y d r o p h i l i c n a t u r e , i td e w a t e r e d s l o w l y . T h e s e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s p r o b -a b l y may b e e x p l a i n e d b y t h e n a t u r e o f t h e r a w m a t e r i a lu s e d a s a n u t r i e n t s o u r c e . T h e h i g h l y p r o t e i n a c e o u sc o m p o s i t i o n o f t h e a l g a l c e l l , t o g e t h e r w i t h i t s l a c k o f a

c o m p l e x c e l l u l o s i c s t r u c t u r e , a l l t e n d t o g i v e r i s e t o ah i g h l y c o l l o i d a l s l u d g e r a t h e r t h a n a f l o c c u l a n t o rf i b r o u s m a t e r i a l e a s i l y s e p a r a t e d f r o m w a t e r . T h e h i g hn i t r o g e n c o n t e n t o f t h e a l g a l f e e d a l s o c o n t r i b u t e d t o t h ef o r m a t i o n o f a d i g e s t e d s l u d g e h a v i n g a l o w c a r b o n :n i t r o g e n r a t i o , n a m e l y , 1 : 5 .I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t a l g a e w e r e d i g e s t e d s o m e -w h a t m o r e r e a d i l y a t t h e r m o p h i l i c t e m p e r a t u r e s ( 5 0 t o5 5 C ) , a s w a s s h o w n b y t h e c o n s i s t e n t l y g r e a t e r g a sp r o d u c t i o n p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d a n de x t e n t o f d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r . T h i s i s n o tn e c e s s a r i l y t h e c a s e f o r r a w , s l u d g e d i g e s t i o n . P r o b a b l y ,a l g a e d i e r a p i d l y a t t h e s e t e m p e r a t u r e s , o r p e r h a p s t h eh e a t m a k e s t h e c e l l w a l l s m o r e p e r v i o u s t o b a c t e r i a la t t a c k . I t i s p r o b l e m a t i c w h e t h e r o r n o t t h e i m p r o v e -m e n t c a n b e e x p l a i n e d s o l e l y b y t h e b e n e f i c i a l e f f e c t o fi n c r e a s e d t e m p e r a t u r e o n t h e d i g e s t i o n p r o c e s s i t s e l f .P r e v i o u s e x p e r i e n c e a n d t h e w o r k o f o t h e r s ( H e u k e l e k -i a n , 1 9 3 3 ; G a r b e r , 1 9 5 4 ) h a v e s h o w n n o g r e a t d i f f e r e n c ei n e f f i c i e n c y o f d i g e s t i o n o f r a w s l u d g e a t e i t h e r m e s o -p h i l i c o r t h e r m o p h i l i c t e m p e r a t u r e s w i t h i n t h e r a n g e3 5 t o 6 0 C i n c l u s i v e . D e s p i t e t h e i m p r o v e m e n t a t 5 0 C ,c u f t o f g a s p r o d u c e d p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e dn e v e r e q u a l l e d t h a t o b t a in e d w i t h r a w s e w a g e s l u d g e .

A l u m , a p p a r e n t l y , i s a m e r e d i l u t a n t a n d h a s n e i t h e ra d et ri m e n t al n o r a b e n e f i c i a l e f f e c t o n t h e m i c r o -o r g a n i s m s f u n c t i o n i n g i n t h e d i g e s t i o n p r o c e s s . T h i sf a c t i s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t b e c a u s e t h e g r e a t e r p a r t o fa l g a e u s e d i n d i g e s t e r i n s t a l l a t i o n s w i l l b e o b t a i n e dt h r o u g h a l u m f l o c c u l a t i o n u n t i l s o m e o t h e r s a t i s f a c t o r ym e t h o d o f h a r v e s t i n g i s d e v e l o p e d . T h e u s e o f a l u mf l o c c u l a t e d f e e d a l s o h a d n o e f f e c t o n t h e p h y s i c a lq u a l i t y o f t h e d i g e s t e r s l u d g e .

F o r d i g e s t i n g a l g a e , s h o r t d e t e n t i o n p e r i o d s i n v o l v i n gh i g h l y d i l u t e f e e d a r e d e s i r a b l e b e c a u s e o f t h e e x p e n s e o fd e w a t e r i n g a l g a l c o n c e n t r a t e s t o t h e d e g r e e r e q u i r e d f o re c o n o m i c d r y i n g . O u r e x p e r i m e n t s s h o w t h a t a l g a e c a nb e d i g e s t e d s u c c e s s f u l l y a t d e t e n t i o n p e r i o d s a s b r i e f a s1 1 d a y s , u s i n g f e e d h a v i n g a t o t a l s o l i d s c o n t e n t a s l o wa s 1 . 9 2 p e r c e n t . A t d e t e n t i o n p e r i o d s o f l e s s t h a n 1 1d a y s , t h e v o l u m e o f c u l t u r e r e m o v e d e a c h d a y p r o b a b l yd e p l e t e s t h e t o t a l b a c t e r i a l p o p u l a t i o n t o s u c h a n e x t e n tt h a t a n i n s u f f i c i e n t n u m b e r o f o r g a n i s m s a r e a v a i l a b l ef o r b r e a k i n g d o w n t h e i n c o m i n g o r g a n i c m a t e r i a l . M o r e -o v e r , i n v e r y s h o r t d e t e n t i o n p e r i o d s t h e a d d i t i o n o f al a r g e v o l u m e o f new m a t e r i a l e a c h d a y may c a u s e as u d d e n c h a n g e i n e n v i r o n m e n t , s u f f i c i e n t l y g r e a t t ot e m p o r a r i l y i n h i b i t b a c t e r i a l a c t i v i t i e s . T h e r e s u l t s o fe x p e r i m e n t s d e s c r i b e d i n t h i s p a p e r , a s w e l l a s t h ee x p e r i e n c e o f o t h e r s who h a v e m a d e s t u d i e s o n r a ws l u d g e d i g e s t i o n , i n d i c a t e t h a t d e t e n t i o n p e r i o d s c a n b em a d e much s h o r t e r t h a n t h e t r a d i t i o n a l 2 0 - t o 3 0 - d a yp e r i o d w i t h o u t a d v e r s e l y a f f e c t i n g t h e d i g e s t i o n p r o c e s s( S c h l e n z e , 1 9 4 4 , 1 9 5 1 ; F u l l e n , 1 9 5 3 ; M o r g a n , 1 9 5 4 ) . I tmay b e p o s s i b l e t o d i g e s t a l g a e a t d e t e n t i o n p e r i o d s a ss h o r t a s a d a y o r t w o t h r o u g h t h e u s e o f a d i g e s t e r

5 4 [ V O L . 5


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ANAEROBIC DIGESTION OF ALGAEe s p e c i a l l y d e s i g n e d f o r c o n t i n u a l f ee d i n g a n d m i x i n g .S u c h a p r o c e d u r e w o u l d e l i m i n a t e t h e s h o c k t o t h ed i g e s t i v e p r o c e s s w h i c h i n e v i t a b l y r e s u l t s w h e n l a r g ev o l u m e s o f n u t r i e n t s a r e i n t r o d u c e d i n t o t h e d i g e s t e r s ,a n d e q u a l l y l a r g e a m o u n t s o f s l u d g e a r e w i t h d r a w n , a sh a p p e n s when f e e d i n g i s d o n e o n l y o n c e o r t w i c e a d a y .

A s i s i n d i c a t e d b y t h e i d e n t i c a l p e r f o r m a n c e o f t h ed i g e s t e r s a t l o a d i n g s o f 0 . 0 9 a n d 0 . 1 8 l b p e r c u f t p e rd a y , i n d i g e s t i n g a l g a e , l o a d i n g s i n e x c e s s o f 0 . 1 8 l b p e rc u f t p e r d a y may b e u s e d . J u d g i n g f r o m t h e r e s u l t so b t a i n e d i n t h e a l g a l d i g e s t i o n s t u d i e s , i t i s v e r y l i k e l yt h a t s u c h l o a d i n g s c a n b e s u c c e s s f u l l y d u p l i c a t e d o n al a r g e s c a l e o p e r a t i o n . I n f a c t , d i g e s t e r s u t i l i z i n g a l g a e a st h e n u t r i e n t s o u r c e w it h st a n d s h o c k l o a d s g r e a t l y i ne x c e s s o f t h o s e w h i c h w o u l d c o m p l e t e l y s t o p a l l a c t i v i t yi n d i g e s t e r s u t i l i z i n g r a w s l u d g e . B e c a u s e o f t h e i n -c r e a s e d o r g a n i c y i e l d p e r u n i t v o l u m e o f r a w s e w a g ew h e n a l g a e i s g r o w n o n s e w a g e , a n d b e c a u s e o f t h el o w e r r a t e o f d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r , t h e a b i l i t yt o d i g e s t l a r g e d o s e s o f r a w m a t e r i a l i s i m p o r t a n t i fr e q u i r e d d i g e s t e r c a p a c i t y i s t o b e k e p t a t a r e a s o n a b l ev o l u m e i n a l g a e d i g e s t i o n . I n a s m u c h a s t h e a v e r a g el o a d i n g r a t e f o r d i g e s t e r s u s i n g r a w s e w a g e s l u d g ev a r i e s f r o m 0 . 0 5 t o 0 . 1 1 l b p e r c u f t p e r d a y , a n d a sa l g a e c a n b e r e a d i l y d i g e s t e d a t l o a d i n g s o f 0 . 1 8 l b p e rc u f t p e r d a y , a d o p t i o n o f p h o t o sy n t h e t ic o x y g e n a t i o nw i t h a l g a e r e m o v a l f o r s e c o n d a r y t r e a t m e n t o f s e w a g ew o u l d n o t r e q u i r e d i g e s t e r c a p a c i t y g r e a t e r t h a n t h a ta l r e a d y a v a i l a b l e i n m o s t p r i m a r y t r e a t m e n t p l a n t s .

I n g e n e r a l , i t may b e s a i d t h a t t h e s e e x p e r i m e n t sf u r n i s h e v i d e n c e f o r b e l i e v i n g t h a t a l g a e c a n b e r e a d i l yd i g e s t e d , a l b e i t w i t h a s o m e w h a t l o w e r g a s p r o d u c t i o np e r l b o f i n t r o d u c e d v o l a t i l e m a t t e r t h a n i s p o s s i b l ew h e n r a w s l u d g e o r a m i x t u r e o f r a w s l u d g e a n d a l g a ea r e u s e d a s s u b s t r a t e s .

R a t e o f d e c o m p o s i t i o n , l o a d i n g c a p a c i t y , d e t e n t i o np e r i o d , a n d h i g h l o a d i n g t o l e r a n c e a l l c o n t r i b u t e t omake p o s s i b l e t h e u s e o f p r e s e n t d i g e s t e r e q u i p m e n tw i t h o u t m a j o r a l t e r a t i o n s .

SUMMARYA c o m p a r i s o n was made o f t h e v a l u e o f raw s e w a g es l u d g e a n d o f g r e e n a l g a e a s s o u r c e s o f n u t r i e n t i na n a e r o b i c d i g e s t i o n . A d d i t i o n a l s t u d i e s i n v o l v e d a

d e t e r m i n a t i o n o f t h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r e , a l u m i n t h ea l g a l f e e d , d e t e n t i o n p e r i o d , a n d l o a d i n g o n d i g e s t e rp e r f o r m a n c e .A l t h o u g h p e r c e n t d e s t r u c t i o n o f v o l a t i l e m a t t e r a n d

g a s p r o d u c t i o n p e r l b o f v o l a t i l e m a t t e r i n t r o d u c e d wass o m e w h a t l e s s t h a n w i t h raw s e w a g e s l u d g e , g r e e n a l g a eg r o w n o n d o m e s t i c s e w a g e a n d s e p a r a t e d e i t h e r b yc e n t r i f u g a t i o n o r b y c o a g u l a t i o n w i t h f i l t e r a l u m d i g e s tr e a d i l y w h e n p l a c e d u n d e r t h e p r o p e r e n v i r o n m e n t a la n d o p e r a t i n g c o n d i t i o n s . B e s t d i g e s t e r p e r f o r m a n c e i s

o b t a i n e d a t 5 0 C w i t h a d e t e n t i o n p e r i o d o f 1 1 t o 3 0d a y s . T h e maximum p e r m i s s i b l e l o a d i n g r a t e w a s n o td e t e r m i n e d , b u t i t i s g r e a t e r t h a n 0 . 1 8 l b o f v o l a t i l em a t t e r p e r c u f t o f c u l t u r e v o l u m e p e r d a y . U n d e r n o r -m a l c o n d i t i o n s , e a c h p o u n d o f a l g a l v o l a t i l e m a t t e ri n t r o d u c e d i n t o a d i g e s t e r w i l l y i e l d a p p r o x i m a t e l y 8c u f t o f g a s , o f w h i c h a p p r o x i m a t e l y 2 . 5 c u f t w i l l b eC 0 2 ; 5 . 0 c u f t , m e t h a n e ; 0 . 5 c u f t , h y d r o g e n , n i t r o g e n ,a n d o t h e r g a s e s .

I n g e n e r a l , d i g e s t i o n o f a l g a e i s c h a r a c t e r i z e d b y at o l e r a n c e o f s u d d e n a n d w i d e v a r i a t i o n s i n t h e e n v i r o n -m e n t a l c o n d i t i o n s u n d e r w h i c h t h e p r o c e ss i s o p e r a t i n g .

REFERENCESB A B B I T , H . E . 1 9 3 4 D i s p o s a l o f g a r b a g e w i t h s e w a g e s l u d g e .

S e w a g e W o r k s J . , 6 , 1 1 0 3 - 1 1 0 8 .B A R K E R , H . A . 1 9 4 9 L e m e t a b o l i s m e d e s g a z p a r l e s b a c t e r i e sa n a e r o b i e s , A n n . i n s t . P a s t e u r , 7 7 , 3 6 1 .C A L D W E L L , D . H . 1 9 4 6 S e w a g e o x i d a t i o n p o n d s - p e r f o r m -a n c e , o p e r a t i o n , a n d d e s i g n . S e w a g e W o r k s J . , 1 8 , 3 , 4 3 3 .C A R P E N T E R , L . , R O G E L , A . C . , AND G R A B O I S , B . 1 9 3 6 Th ed i s p o s a l o f g a r b a g e i n t h e s e w e r a g e s y s t e m . S e w a g eWorks J . , 8 , 7 2 8 - 7 4 1 .

C O H N , M. M. 1 9 4 6 E f f e c t o f f o o d w a s t e s on s e w e r s a n ds e w a g e t r e a t m e n t . S e w a g e W o r k s J . , 1 8 , 4 7 7 - 4 8 3 .

F I N K , H . , S C H L I E , I . , AND H E R O L D , E . 1 9 5 4 t b e r d i e E i w e i s s -q u a l i t i i t e i n z e l l i g e r G r u n a l g e n und i h r e B e z i e h u n g z u ra l i m e n t a r e n l e b e r n e k r o s e d e r R a t t e . N a t u r w i s s e n s c h a f -t e n , 4 1 , 1 6 9 - 1 7 1 .F U L L E N , W . J . 1 9 5 3 A n a e r o b i c d i g e s t i o n o f p a c k i n g p l a n tw a s t e s . S e w a g e a n d I n d . W a s t e s , 2 6 , 5 7 6 - 5 8 5 .G A R B E R , W . P . 1 9 5 4 P l a n t s c a l e s t u d i e s o f t h e r m o p h i l i cd i g e s t i o n a t L o s A n g e l e s . S e w a g e a n d I n d . W a s t e s , 2 6 ,1 2 0 2 - 1 2 1 6 .G O T A A S , H . B . AND O S W A L D , W. J . 1 9 5 4 P h o t o s y n t h e t i cr e c l a m a t i o n o f o r g a n i c w a s t e s . S c i . M o n t h l y , 7 9 , 6 ,3 6 8 - 3 7 8 .

H A Z E L T I N E , T . R . 1 9 5 1 A d d i t i o n o f g a r b a g e t o s e w a g e .W a t e r & S e w a g e W o r k s , 8 6 , 4 R 1 5 1 .H E U K E L E K I A N , H . 1 9 3 3 D i g e s t i o n o f s o l i d s b e t w e e n t h et h e r m o p h i l i c a n d n o n t h e r m o p h i l i c r a n g e . S e w a g e W o r k sJ . , 5 , 7 5 7 - 7 6 2 .K E L L E N , W . R . 1 9 5 6 An e c o l o g i c a l s t u d y o f i n s e c t s i n o x i d a -t i o n p o n d s . T h e s i s s u b m i t t e d i n p a r t i a l f u l f i l l m e n t f o r aP h . D . d e g r e e , D e p a r t m e n t o f E n t o m o l o g y , U n i v e r s i t y o fC a l i f o r n i a , B e r k e l e y .M O R G A N , P . F . 1 9 5 4 S t u d i e s o f a c c e l e r a t e d d i g e s t i o n o fs e w a g e s l u d g e . S e w a g e a n d I n d . W a s t e s , 2 6 , 4 6 2 - 4 7 8 .O S W A L D , W . J . AND G O T A A S , H . B . 1 9 5 5 P h o t o s y n t h e s i s i ns e w a g e t r e a t m e n t . P r o c . Am. S o c . C i v i l E n g r s . , 8 1 s e p a -r a t e n o . 6 8 6 , 1 - 3 4 .

R o s s , W. E . 1 9 5 4 Dual d i s p o s a l o f g a r b a g e a n d s e w a g e a tR i c h m o n d , I n d i a n a . S e w a g e a n d I n d . W a s t e s , 2 6 , 1 4 0 - 1 4 8 .S C H L E N Z E , H . E . 1 9 4 4 C o n t r o l l e d g a r b a g e d i g e s t i o n . J .W e s t e r n S o c . E n g r s . , 4 9 , 3 . 2 7 3 .S C H L E N Z E , H . E . 1 9 5 1 What y o u s h o u l d know a b o u t s l u d g ed i g e s t i o n . P u b l i c W o r k s , 8 2 , 1 0 , 6 7 .S N E L L , J . R . 1 9 4 3 A n a e r o b i c d i g e s t i o n . I I I . A n a e r o b i cd i g e s t i o n o f u n d i l u t e d human e x c r e t a . S e w a g e W o r k s J . ,1 5 , 6 7 9 - 7 0 1 .VAN H U V E L I N , W . AND S V O R E , J . H . 1 9 5 4 S e w a g e l a g o o n s i n

N o r t h D a k o t a . S e w a g e a n d I n d . W a s t e s , 2 6 , 7 7 1 - 7 7 6 .

1 9 5 7 ] 5 5

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