Impact of cavitation destruction of cattle manure experiments on increasing methane yield in biogas and improving digestate quality in bioreactors under control system operating parameters

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.53894/ijirss.v8i6.10203
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study aims to evaluate the effectiveness of a pilot-scale Raw Material Processing Unit (RMPU) that integrates hydrodynamic cavitation (HC), grinding, and heating to enhance anaerobic digestion (AD) of cattle manure and improve digestate nutrient recovery. Cavitation dynamics were modeled using the Rayleigh–Plesset equation, Bernoulli’s principle, and mass/energy balances to identify optimal parameters (σ ≈ 0.42 at 0.4–0.5 bar). A PLC-based control system was developed for real-time regulation of pressure, flow, and temperature. Semi-industrial experiments at the “Akzhar” farm (Kazakhstan) evaluated biogas yield, methane content, and digestate nitrogen, phosphorus, and potassium (NPK) concentrations before and after pretreatment. The RMPU increased biogas yield by 27.5 % (417 vs. 327 mL/g COD), methane content by 5.5 % (64.7 % vs. 59.2 %), and digestate NPK availability by 38–43 %. The time to peak methanogenesis was reduced by 37.5 % (5 vs. 8 days). The process remained stable with consistent pH and volatile fatty acid levels.Model-guided HC pretreatment, combined with automated control, reliably enhances AD efficiency and digestate agronomic value under farm-scale conditions.The compact RMPU can be integrated into existing agricultural biogas plants without major redesign, improving energy efficiency, reducing digestion time, and producing nutrient-enriched digestate suitable for sustainable and organic farming systems.