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Title Page

ABSTRACT

Contents

Nomenclature 9

1. Introduction 10

1.1. Background of the Problem 10

1.2. Objectives of the thesis 11

2. Literature review 12

2.1. Biology of Water Hyacinth 12

2.1.1. Systematic and morphological description of hyacinth 12

2.1.2. The vegetative organs of Water Hyacinth 12

2.1.3. Chemical composition of Water Hyacinth 14

2.2. Origin, Distribution and Impact 15

2.2.1. Origin 15

2.2.2. Distribution 15

2.2.3. Impact 15

2.3. Use of plants in Renewable Energy 16

2.3.1. Anaerobic Digestion with Water Hyacinth 17

2.3.2. The parameters of Anaerobic Digestion 19

2.3.3. Pretreatments 22

2.3.4. Chemical pretreatments 24

2.4. Methanogenic potential test and calculation of the biogas production of substrate. 25

2.4.1. Principle 25

2.4.2. Buswell's formula 26

3. Materials and methods 27

3.1. Methods 27

3.1.1. Pretreatment Method 27

3.1.2. Preparation and conditioning of biomass 27

3.1.3. Neutralization of pre-treatments 30

3.1.4. Sealing Procedure 31

3.1.5. Sealing samples 31

3.2. Measurement of gas production. 32

3.3. Materials 34

4. RESULTS AND DISCUSSION 36

4.1. Results 36

4.1.1. Evolution of Volume of Biogas by time 36

4.1.2. Cumulated volume of Biogas 37

4.1.3. Evolution of Volume of Methane by time 37

4.1.4. Cumulated Methane's volume produced 38

4.2. Discussion 39

4.2.1. Evolution of Biogas's Volume by time 39

4.2.2. Cumulated volume of Biogas 41

4.2.3. Evolution of Methane yield 42

4.2.4. Cumulated Methane's volume produced 43

5. Conclusion 44

Recommendation 46

Limitations of the study 47

Reference 48

Summary in Korean 54

APPENDIX 57

List of Tables

Table 2.1. Chemical analysis of the dried biomass of the water hyacinth (Eicchornia crassipes) 14

Table 2.2. Thermal stage and Typical Retention Time 19

Table 3.3. concentrations of sulfuric acid 29

Table 3.4. Acid Neutralization Pretreatment 30

Table 3.5. Equipment use for the experiment 34

Table 6. Variation of Methane Yield with different pretreatment 39

Table 4.7. Daily volume of Gas and Pressure 58

Table 4.8. Cumulative Biogas production 65

Table 4.9. Cumulative Methane Production 66

List of Figures

Figure 2.1. Morphology of water hyacinth plants with stolons 13

Figure 2.2. the main process step of anaerobic digestion. 18

Figure 2.3. Relative growth rates of methanogens. 20

Figure 2.4. Relative biogas yields, depending on Temperature and retention time. 20

Figure 2.5. Diagram of effects of pretreatment on methane production measured by BMP tests 23

Figure 2.6. effect of Pretreatment on a lignocellulosic substrate 24

Figure 2.7. biogas production curve after addition of the substrate. 26

Figure 3.8. Water Hyacinth with roots 27

Figure 3.9. Water Hyacinth cleaned without roots 28

Figure 3.10. Water Hyacinth cut into 2 pieces for drying 28

Figure 3.11. Water Hyacinth sorted by size after sieving 29

Figure 3.12. Sealed Bottles of Serum test 32

Figure 3.13. Gas measurement Procedure 33

Figure 3.14. Gas Measurement after remove the gas with syringe 33

Figure 4.15. Curve of Evolution of Biogas volume produce by time 36

Figure 4.16. Curve of cumulated of Biogas's volume produce by time 37

Figure 4.17. Curve of Evolution of Methane's volume produced by time 38

Figure 4.18. Curve of cumulated Methane's volume produced by time 39

초록보기

 메탄의 합성을 포함한 재생에너지의 생산공정에 비 식용 식물을 도입하는 것은 현재 많은 주목을 받고 있다. Water hyacinth 라고도 불리우는 부레옥잠은 물옥잠과에 속하는 다년생 수생 외떡잎 식물이고 열대와 온난한 기후에 잘 적응하여 성장했다.

다양한 산처리를 통하여 35℃, 100ml 의 반응기에서 부레옥잠의 메탄 생산량을 비교하였다. 시들지 않은 부레옥잠을 50℃ 오븐에서 48 시간동안 건조하였다. 건조된 부레옥잠을 손으로 잘게 갈아서 2.36mm 와 4.25㎛ 사이즈의 체를 통하여 개별적으로 체로 쳐서 분리하였다. 중간 부분은 처리하여 개선 하였다. 전처리를 위해서 사용된 황산의 양은 0.1%, 1%, 1.5%이었고, 산처리를 하지 않은 대조군과 비교하여 각각 세번 수행되었다. 24 시간 전처리 후 황산을 10% 수산화 나트름 완충액으로 중화시켰다. 반응 혼합물의 조성은 기질 0.2g, 증류수로 희석한 산 20ml, 메탄생선균의 접종액 30ml, 수산화나트륨 5ml 그리고 물 5ml로 혼합된 총 60ml 에 무수탄산나트륨 0.03g 을 첨가하였다. 혼합물은 35℃ 의 배양기에서 30 일동안 배양하였다.

7 일간 배양한 메탄 생성 박테리아에 기초하여 관찰된 메탄의 생성은 이산화탄소와 메탄이 혼합되어 있는 가스로 알 수 있으며, 그 양은 3 개의 샘플 각각 179.3 ml, 179.9 ml, 180.1 ml 이다. 계속하여 실험이 진행중이며 아직은 완벽한 결과가 아니기 때문에, 현재 얻어진 결과는 부레옥잠 샘플의 메탄 생성이 산 전처리 적용으로 황산이 증가할 때 향상되었는지 여부를 판단 할 수 없다.

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