Impact of height-to-diameter ratio on anaerobic digestion performance via stratified sludge bed analysis
Notice bibliographique
Résumé
Effective reactor geometry design is crucial for optimizing anaerobic digestion of organic municipal solid waste. However, most previous studies have focused on overall performance or particle-scale characteristics, and the influence of height-to-diameter (H:D) ratios on vertical stratification of metabolic activities and microbial communities in sludge beds remains poorly understood. This study evaluates two reactors with H:D ratios of 3:1 (R T ) and 1:1 (R S ) to investigate how geometric design (H:D ratios) influences methane production, hydrolysis kinetics, and microbial community structure. Both reactors demonstrated stable operation. The R S reactor achieved a significantly higher methane yield of 504 ± 16 mL CH 4 /g VS, which was approximately 14 % higher than that of R T (441 ± 26 mL CH 4 /g VS) at an OLR of 3.45 ± 0.17 g VS/L/d ( P < 0.05). Hydrogenotrophic methanogenesis predominated in both reactors, with R S maintaining robust activity levels between 410 ± 37 and 364 ± 40 mg CH 4 -COD/(g VSS·d), whereas R T exhibited a decline from 473 ± 24 to 278 ± 13 mg CH 4 -COD/(g VSS·d) along the sludge bed from top to bottom. Hydrolysis rate constants in R S were consistent at both the upper (R S _high: 0.18 ± 0.02 day −1 ) and lower (R S _low: 0.17 ± 0.05 day −1 ) sections. In contrast, R T showed significant stratification, with the highest rate at the top (0.22 ± 0.02 day −1 ), decreasing by over 50 % to 0.11 ± 0.02 day −1 in the lower and 0.09 ± 0.004 day −1 in the middle sections. Microbial community analysis revealed shifts in dominant species with changes in sludge bed depth, affecting overall process efficiency. Overall, these quantitative differences highlight that lower H:D ratios promoted more uniform activity and higher methane production under current conditions, emphasizing the importance of reactor geometry optimization for enhanced anaerobic digestion performance. These findings provide practical guidance for reactor design and contribute new understanding the impact of spatial variations shaped by reactor configuration, bridging the gap between microbial ecology and engineering applications. • Low H:D (1:1) gave 14 % higher methane yield via better substrate accessibility • High H:D (3:1) showed a 50 % drop in hydrolysis rates from top to bottom layers • H:D ratio drove shifts of microbial community structure along sludge depth • Optimizing H:D ratio can improve spatial balance and overall reactor performance
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».