If a robust anaerobic digestion process could be shown to develop in a covered manure storage tank then In-Storage Psychrophilic Anaerobic Digestion (ISPAD) could be used as a treatment system for the liquid manure resulting from intensive pork production in the Canadian climate. The most critical issue influencing the success of ISPAD is the acclimation of the microbial community in the manure to the ambient (psychrophilic) conditions. To evaluate the effectiveness of an acclimated anaerobic digestion process, the kinetics of both carbohydrate and protein degradation must be defined, such that the extent of both methane and ammonia production in the system may be determined. Finally, the impact of treatment by ISPAD on the fertilizer value of manure must be assessed. To address these issues, the composition of manure samples from a full-scale ISPAD installation in Quebec was analyzed in the laboratory, the activity and effectiveness of the microbial community were assessed in batch cultures with various substrates at several temperatures, and finally the extent of ammonia volatilization from the manure was determined in wind tunnel simulations of land application.The results of these analyses indicated that the manure microbial community in an ISPAD installation did acclimate to its psychrophilic operating conditions. The assessed kinetics suggested that robust co-existing psychrophilic and mesophilic populations degraded carbohydrates, releasing 63 % of the manure's potential methane for use as fuel. In contrast, protein degradation remained mesophilic, though long retention of manure in the system compensated for the slow reaction rate, resulting in 65 % of manure proteins transformed to plant available ammonia/ammonium nitrogen (TAN), which was conserved in the ISPAD tank. Because ammonia volatilization following land application was only 53 % of that lost by conventionally stored manure, the ISPAD treated manure could supply up to 21 % more plant available TAN.It is therefore concluded that ISPAD can be an effective treatment system for swine manure in the Canadian climate, releasing methane for use as fuel and conserving nitrogen for use as fertilizer. / Si le lisier peut développer une population robuste de microbes anaérobies en entreposage sous une couverture étanche, le concept de Digestion-Anaérobie-Psychrophile-En-Stockage (DAPES) peut alors être un traitement efficace et abordable pour les effluents d'élevages intensifs de porcs soumis au climat canadien. L'acclimatation des communautés microbiennes anaérobies aux conditions psychrophiles est donc l'élément essentiel qui détermine le développement du traitement sous le concept de la DAPES. La cinétique microbienne de dégradation des hydrates de carbones et des protéines est un indice du niveau d'acclimatation psychrophile et du potentiel de production du bio-méthane et de la minéralisation de l'azote par la DAPES. Finalement, ces procédés ont un impact direct sur la valeur fertilisante du lisier à la sortie de la DAPES. Dans le but de mesurer cette acclimatation et ce potentiel de production de biogaz, des lisiers furent obtenus d'un système DAPES installé au Québec depuis trois ans, et ceux-ci furent caractérisés par analyses chimiques. L'activité microbienne de ces échantillons de lisiers DAPES fut aussi mesurée par des essais de culture en séries avec divers substrats et sous trois différentes températures, soit 8, 18 et 35 °C. Finalement, le potentiel de perte d'azote par la volatilisation de l'ammoniac lors des épandages au sol des lisiers DAPES fut aussi mesuré. Les résultats des ces travaux en laboratoire indiquent que les populations microbiennes anaérobies se sont effectivement acclimatées aux conditions psychrophiles. Les cinétiques microbiennes indiquent la présence de deux populations robustes, dont une psychrophile et l'autre mésophile, qui peuvent décomposer 63 % des hydrates de carbone. Cependant, la dégradation des protéines demeure mésophile, bien que la longue rétention du lisier dans le système contrebalance le taux moins élevé du processus. Par conséquence, 65 % des protéines sont transformées en azote ammoniacal (AA), conservé dans le réservoir. Suivant l'épandage sur terre agricole, la volatilisation de cet AA équivalait à seulement 53 % du même perdu après épandage d'un lisier extrait d'entreposage conventionnel. En conséquence, les cultures recevraient jusqu'à 21 % plus d'engrais azoté provenant de lisier DAPES. La recherche conclut alors que le procédé DAPES peut fournir un traitement efficace pour les lisiers de porcs sujets au climat canadien, produisant la méthane pour utilisation combustible, et conservant l'azote pour fertilisation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.96750 |
| Date | January 2011 |
| Creators | King, Susan |
| Contributors | Serge R Guiot (Supervisor2), Suzelle Barrington (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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