A bioaugmentation approach was used to enhance the performance of anaerobic digestion (AD) using cow manure (CM) as the substrate in a continuous system. To obtain the desirable microbial culture for bioaugmentation, a biochemical methane potential test (BMP) was used to evaluate three commonly used inocula namely (1) municipal solid waste (MSW), (2) wastewater treatment plant (WWTP), and (3) cow manure digester (CMMD) for their hydrolytic capacity. The highest lignocellulose removal (56% for cellulose and 50% for hemicellulose) and the most profusion of cellulolytic bacteria were obtained when CM was inoculated with CMMD. CMMD was thus used as the seed inoculum in a continuously operated reactor (Ra) with the fiber fraction of CM as the substrate to further enrich cellulolytic microbes. After 100 days (HRT: 30 days), the Bacteria fraction mainly contained Ruminofilibacter, norank_o_SBR1031, Treponema, Acetivibrio. Surprisingly, the Archaea fraction contained 97% ‘cellulolytic archaea’ norank_c_Bathyarchaeia (Phylum Bathyarchaeota). This enriched consortium was used in the bioaugmentation experiment. A positive effect of bioaugmentation was verified, with a substantial daily methane yield (DMY) enhancement (24.3%) obtained in the bioaugmented reactor (Rb) (179 mL CH4/gVS/d) than that of the control reactor (Rc) (144 mL CH4/gVS/d) (P < 0.05). Meanwhile, the effluent of Rb enjoyed an improved cellulose reduction (14.7%) than that of Rc, whereas the amount of hemicellulose remained similar in both reactors' effluent. When bioaugmentation stopped, its influence on the hydrolysis and methanogenesis sustained, reflected by an improved DMY (160 mL CH4/gVS/d) and lower cellulose content (53 mg/g TS) in Rb than those in Rc (DMY 144 mL/CH4/gVS/d and cellulose content 63 mg/g TS, respectively). The increased DMY of the continuous reactor seeded with a specifically enriched consortium able to degrade the fiber fraction in CM shows the feasibility of applying bioaugmentation in AD of CM.
LINK
Thermal disinfection is probably the oldest water treatment method ever used. Similarly to other disinfection processes, it targets the inactivation of pathogenic (micro)organisms present in water, wastewater and other media. In this work, a pilot-scale continuous-flow thermal disinfection system was investigated using highly contaminated hospital wastewater as influent without any pre-treatment step for turbidity removal. The results proved that the tested system can be used with influent turbidity as high as 100 NTU and still provide up to log 8 microbial inactivation. Further results have shown energy consumption comparable to other commercially available thermal disinfection systems and relatively low influence on the investigated physical–chemical parameters.
MULTIFILE
Kunstmest voor de velden en brandstof voor landbouwvoertuigen zijn belangrijke kostenposten voor de landbouw. Kunstmest en dieselbrandstof zijn energie-intensieve producten en daarmee ook een belangrijke bron van CO2 emissies vanuit de landbouw. Technologie voor hernieuwbare energie zoals zonne- en wind energie wordt steeds goedkoper waardoor het rendabeler wordt deze technologie ook te gebruiken. Terug leveren van geproduceerde hernieuwbare elektriciteit aan het elektriciteitsnet is echter niet altijd voordelig. De hernieuwbare energie moet hier concurreren met gesubsidieerde fossiele elektriciteit opgewekt met kolen, gas en kerncentrales. Kleinschalige decentrale productie op het boerenbedrijf van zowel kunstmest als transportbrandstof met behulp van hernieuwbare energie levert de boer en zijn omgeving direct voordeel op:Inkoopkosten voor deze producten worden lagerVermindert de CO2-emissie van de landbouw aanzienlijk, de carbo-footprint wordt verminderdRendement op hernieuwbare energie technologie wordt hogerAmmoniak (NH3) is zowel grondstof voor kunstmest als brandstof voor motoren. Ammoniak kan diesel voor meer dan 90% vervangen in bestaande dieselmotoren. Daarmee is ammoniak een uitstekende vervanger voor diesel in het landbouw en wegverkeer. Ammoniak is ook grondstof voor waterstof (H2) in waterstofmotoren. De technologie om ammoniak te maken is gebaseerd op het Haber-Bosch proces uit het begin van de vorige eeuw. Deze technologie vraagt veel energie voor het creëren van de hoge druk en de hoge temperaturen. Daarom is het voordelig het Haber-Bosch proces in grote installaties uit te voeren.Nieuwe brandstofcel-technologie maakt het mogelijk het Haber-Bosch proces (elektro-katalytisch) op kleine schaal uit te voeren. Het Kiemkracht concept Greenfertilizer onderzoekt de mogelijkheden van deze technologie voor ammoniak productie en benutting op het eigen boerenbedrijf.Het onderzoek is uitgevoerd door TU-Delft en Hanzehogeschool. Het doel was een opgeschaald ammonia elektrolyse synthese proces te ontwikkelen waar een eerste schaal-sprong gemaakt zou worden.Het elektrochemisch ammonia synthese proces is gebaseerd op zuurstofgeleidende elektroden, (proces figuur3. zie onder). Het voordeel van deze zuurstofgeleidende electroden boven proton geleidende electroden is dat er met omgevingslucht gewerkt kan worden in plaats van met stoom. Stoom maakt technologische ontwikkeling van het proces gecompliceerder. Experimenteel en theoretisch onderzoek van TU-Delft laat zien dat met deze elektroden ammonia te produceren is. TU-Delft heeft met zuurstof geleidende electroden ammonia productiesnelheden behaald van 1,84x 10-10 mol s-1 cm-2 bij 650oC. Deze snelheden zijn een factor 100-1000 hoger dan tot nu toe gerapporteerd in literatuur (Kyriakou et al 2017). Simulatie-studies van TU-Delft laten zien dat het ammonia synthese proces met een factor 100-1000 versneld kan worden door het proces onder druk te brengen bij een temperatuur van 400-500C. Op basis van deze simulaties is een ontwerp gemaakt en uitgevoerd voor een “hoge-druk electrolyse reactor”. Technische complicaties met deze hoge druk elektrolyse reactor maakte het onmogelijk betrouwbare resultaten te verkrijgen. Met name gas lekkages bij hoge temperaturen maakten het onmogelijk ammonia massabalansen op te stellen. Bovendien was ammonia productie niet aan te tonen. Hiermee zijn de simulatie voorspellingen niet bevestigd en blijft het onduidelijk of de onderliggende hypothesen correct zijn. De Hanzehogeschool heeft onderzoek uitgevoerd naar het concentreren van ammonia voor toepassing als vloeibare kunstmest. Uitgangspunt hierbij waren de ammonia productieniveau van de experimentele opzet en de voorspelde gesimuleerde opzet. Met de juiste technologie is het mogelijk de ammonia te concentreren voor verdere verwerking als kunstmest. Echter dit proces is economisch rendabel bij een ammonia concentratie in de uitstroom van de elektrolyse reactor die een factor 1000 hoger is dan tot nu toe is gemeten. Het feit dat de TU-Delft er niet in is geslaagd een kleine schaalsprong (factor 10) te maken met de drukreactor betekent dat commerciële toepassing van dit proces voorlopig nog niet aan de orde is. Achteraf gezien was het wellicht beter geweest de keuze te maken voor de proton geleidende electroden die bij lagere temperaturen werkzaam zijn, hier is een schaalsprong van een factor 100 ten opzichte van de recent gerapporteerde ammonia synthese snelheden. Een recente review door Kyriakou et al 2017 geeft als aanbeveling onderzoek te verrichten naar verbeterde elektrodematerialen en geleidende elektrolyten in de reactorcellen. Uiteindelijk zal het elektrochemisch ammonia synthese proces er komen vanwege de vele voordelen die het beidt. Processen moeten met een factor 100-1000 verbeterd worden eer het proces economisch rendabel is. Op dit moment is het nog niet te voospellen wanneer dit moment er is.
Phosphorus is an essential element for life, whether in the agricultural sector or in the chemical industry to make products such as flame retardants and batteries. Almost all the phosphorus we use are mined from phosphate rocks. Since Europe scarcely has any mine, we therefore depend on imported phosphate, which poses a risk of supply. To that effect, Europe has listed phosphate as one of its main critical raw materials. This creates a need for the search for alternative sources of phosphate such as wastewater, since most of the phosphate we use end up in our wastewater. Additionally, the direct discharge of wastewater with high concentration of phosphorus (typically > 50 ppb phosphorus) creates a range of environmental problems such as eutrophication . In this context, the Dutch start-up company, SusPhos, created a process to produce biobased flame retardants using phosphorus recovered from municipal wastewater. Flame retardants are often used in textiles, furniture, electronics, construction materials, to mention a few. They are important for safety reasons since they can help prevent or spread fires. Currently, almost all the phosphate flame retardants in the market are obtained from phosphate rocks, but SusPhos is changing this paradigm by being the first company to produce phosphate flame retardants from waste. The process developed by SusPhos to upcycle phosphate-rich streams to high-quality flame retardant can be considered to be in the TRL 5. The company seeks to move further to a TRL 7 via building and operating a demo-scale plant in 2021/2022. BioFlame proposes a collaboration between a SME (SusPhos), a ZZP (Willem Schipper Consultancy) and HBO institute group (Water Technology, NHL Stenden) to expand the available expertise and generate the necessary infrastructure to tackle this transition challenge.
Cell-based production processes in bioreactors and fermenters need to be carefully monitored due to the complexity of the biological systems and the growth processes of the cells. Critical parameters are identified and monitored over time to guarantee product quality and consistency and to minimize over-processing and batch rejections. Sensors are already available for monitoring parameters such as temperature, glucose, pH, and CO2, but not yet for low-concentration substances like proteins and nucleic acids (DNA). An interesting critical parameter to monitor is host cell DNA (HCD), as it is considered an impurity in the final product (downstream process) and its concentration indicates the cell status (upstream process). The Molecular Biosensing group at the Eindhoven University of Technology and Helia Biomonitoring are developing a sensor for continuous biomarker monitoring, based on Biosensing by Particle Motion. With this consortium, we want to explore whether the sensor is suitable for the continuous measurement of HCD. Therefore, we need to set-up a joint laboratory infrastructure to develop HCD assays. Knowledge of how cells respond to environmental changes and how this is reflected in the DNA concentration profile in the cell medium needs to be explored. This KIEM study will enable us to set the first steps towards continuous HCD sensing from cell culture conditions controlling cell production processes. It eventually generates input for machine learning to be able to automate processes in bioreactors and fermenters e.g. for the production of biopharmaceuticals. The project entails collaboration with new partners and will set a strong basis for subsequent research projects leading to scientific and economic growth, and will also contribute to the human capital agenda.
Aiming for a more sustainable future, biobased materials with improved performance are required. For biobased vinyl polymers, enhancing performance can be achieved by nanostructuring the material, i.e. through the use of well-defined (multi-)block, gradient, graft, comb, etc., copolymer made by controlled radical polymerization (CRP). Dispoltec has developed a new generation of alkoxyamines, which suppress termination and display enhanced end group stability compared to state-of-art CRP. Hence, these alkoxyamines are particularly suited to provide access to such biobased nanostructured materials. In order to produce alkoxyamines in a more environmentally benign and efficient manner, a photo-chemical step is beneficial for the final stage in their synthesis. Photo-flow chemistry as a process intensification technology is proposed, as flow chemistry inherently leads to more efficient reactions. In particular, photo-flow offers the benefit of significantly enhancing reactant concentrations and reducing batch times due to highly improved illumination. The aim of this project is to demonstrate at lab scale the feasibility of producing the new generation of alkoxy-amines via a photo-flow process under industrially relevant conditions regarding concentration, duration and efficiency. To this end, Zuyd University of Applied Sciences (Zuyd), CHemelot Innovation and Learning Labs (CHILL) and Dispoltec BV want to enter into a collaboration by combining the expertise of Dispoltec on alkoxyamines for CRP with those of Zuyd and CHILL on microreactor technology and flow chemistry. Improved access to these alkoxyamines is industrially relevant for initiator manufacturers, as well as producers of biobased vinyl polymers and end-users aiming to enhance performance through nanostructuring biobased materials. In addition, access in this manner is a clear demonstration for the high industrial potential of photo-flow chemistry as sustainable manufacturing tool. Further to that, students and professionals working together at CHILL will be trained in this emerging, industrially relevant and sustainable processing tool.
