Please use this identifier to cite or link to this item: http://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11887
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorMd. Zahangir Alam, Ph.Den_US
dc.contributor.advisorAzlin Suhaida Azmi, Ph.Den_US
dc.contributor.authorAbdallah, Daas Aseel Abdelrahimen_US
dc.date.accessioned2023-12-18T06:20:27Z-
dc.date.available2023-12-18T06:20:27Z-
dc.date.issued2023-
dc.identifier.urihttp://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11887-
dc.description.abstractHydrolysis has been identified as a rate-limiting stage in anaerobic-digestion. While it’s been widely used in biomethane production, biomethane only accounts for 50-60%. A Therefore, an integrated AD-MEC system was developed to increase the biomethane content using food waste. However, high electrode’s cost in the hybrid system poses an economical challenge to the market. Moreover, the microbial community plays a crucial role in the system, yet, minimal studies address the enhancement of microbial community and diversity. Hence, the characterization of food waste was performed in terms of carbohydrates, lipids, proteins, chemical oxygen demand, moisture content, solids, and volatile solids. The enzymatic hydrolysis of food waste was conducted to obtain the hydrolysate by one-factor-at-a-time (OFAT) through various factors including reaction time, temperature, enzyme loading, substrate concentration, and pH. The results showed that the optimum pH of 7, substrate concentration of 6%TS, the temperature of 50oC, and time of 16h gave the best release of reducing sugars. followed by the statistical optimization using faced centred central composite design (FCCCD) of selected factors, namely enzyme loading and substrate concentration,. The optimum conditions were enzyme loading of 6% (w/v) and a substrate concentration of 10% as the total solids (TS). Another pre-treatment, the acidic-enzymatic treatment using different concentrations of acids were performed. An acid concentration of 0.5% (v/v) showed the best hydrolysis effect achieving a value of 20 g/L reducing sugar,34.2% solids reduction, and 90 g/L soluble chemical oxygen demand (SCOD). However, the biogas production and free amino nitrogen release from acidic-enzymatic treated samples were lesser than only enzymatically treated samples. For MEC system, the effect of electrode modification using multiwall carbon nanotubes (MWCNT) and microbial growth into the electrodes was monitored using scanning electron microscope (SEM) images. The MWCNT growth was in-between the carbon felt fibres and the stainless steel mesh strands. The effectiveness of the electrodes was tested by inserting them into the hybrid system with glucose as the main substrate. Stainless steel mesh- modified cathode showed the highest biogas and methane production with a value of 14.4 ml CH4/g glucose. In addition, carbon-felt modified electrodes showed a maximum substrate degradation value of 93% and a current density of 4.5 mA/m2. The SEM imaging of the microbial growth on the electrodes showed that the microbes followed a different growth behaviour in modified and unmodified electrodes. In addition, MWCNT-modified Stainless steel mesh(SSTM) showed a potential hydrogenotrophic growth selectivity, unlike unmodified SSTM, which had a more syntrophic microbial community. Hybrid systems showed a higher hydrolysis efficiency especially modified systems, with a percentage of 39.4% by the 48th hour, followed by unmodified systems. The acidogenesis efficiency results showed that the hybrid systems were dominated by the acetic acid pathway, which is favourable in the hybrid system, unlike the conventional digester, which was dominated by a different pathway. Mixing the original inoculum obtained from a previous AD with cow manure has enhanced and increased the competitiveness of the microbial community. Thus, it was positively reflected on the biomethane production potential and rate, with a value of 38ml/g COD and 1.2 ml/h, respectively. In this study, we successfully enhanced the hydrolysis rate, improved the selectivity of microbes in the system, and introduced a set of commercially available electrodes. Our findings also provided compelling evidence that increasing microbial diversity significantly enhances the overall performance of the system.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2023en_US
dc.rightsOWNED BY IIUM
dc.subjectMEC-AD;Electrodes modification;Enzymatic hydrolysisen_US
dc.titleImproving methane productivity of foodwaste by enzymatic pretreatment and electrode modification in mec-ad hybrid systemen_US
dc.typeMaster Thesisen_US
dc.description.identityG2022116DaasAseelAbdelrahimAbdallahen_US
dc.description.identifierThesis : Improving methane productivity of foodwaste by enzymatic pretreatment and electrode modification in mec-ad hybrid system / by Daas Aseel Abdelrahim Abdallahen_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.programmeMaster of Science in Engineeringen_US
dc.description.abstractarabicتعد عملية الحلمأة من المراحل التي تحد من معدل الهضم اللاهوائي. على الرغم من استخدام الهضم اللاهوائي على نطاق واسع في إنتاج الميثان الحيوي ، إلا أن الميثان الحيوي يمثل فقط 50-60٪. من المنتج النهائي لذلك ، تم تطوير نظام هجين مكون من خلية التحليل الكهربائي الميكروبية والهضم اللاهوائي (MEC-AD) متكامل لزيادة محتوى الميثان الحيوي باستخدام نفايات الطعام. ومع ذلك ، فإن التكلفة العالية للأقطاب في النظام الهجين تشكل تحديًا اقتصاديًا للسوق. علاوة على ذلك ، يلعب المجتمع الميكروبي دورًا مهمًا في النظام ، ومع ذلك ، فإن عدد محدود من الدراسات يبحث في تعزيز وتنويع المجتمع الميكروبي. ومن ثم ، تم إجراء توصيف نفايات الطعام من حيث الكربوهيدرات ، والدهون ، والبروتينات ، والطلب الكيميائي للأكسجين ، ومحتوى الرطوبة ، والمواد الصلبة ، والمواد الصلبة المتطايرة. تم إجراء التحليل المائي الأنزيمي لمخلفات الطعام للحصول على التحلل المائي بواسطة عامل واحد في كل مرة (OFAT) من خلال عوامل مختلفة بما في ذلك وقت التفاعل ودرجة الحرارة وتركيز الإنزيم وتركيز الطعام ودرجة الحموضة. أظهرت النتائج أن درجة الحموضة الأمثل 7 ، وتركيز الطعام ٪ مواد صلبة ، ودرجة الحرارة 50 درجة مئوية ، والزمن 16 ساعة أعطت أفضل إطلاق للسكريات المختزلة. متبوعًا بالتحسين الإحصائي باستخدام التصميم المركب المركزي المركب (FCCCD) لعوامل مختارة ، ألا وهي تحميل الإنزيم وتركيز المواد الصلبة. كانت الظروف المثلى هي تحميل الإنزيم بنسبة 6٪ (وزن / حجم) وتركيز المواد الصلبة بنسبة 10٪ كمواد صلبة كلية (TS). تم إجراء معالجة مسبقة أخرى ، المعالجة الحمضية الأنزيمية باستخدام تركيزات مختلفة من الأحماض. أظهر تركيز حمض 0.5٪ (حجم / حجم) أفضل تأثير تحلل مائي محققًا قيمة 20 جم / لتر سكر مختزل ، 34.2٪ اختزال للمواد الصلبة ، و 90 جم / لتر طلب أكسجين كيميائي قابل للذوبان (SCOD). ومع ذلك ، كان إنتاج الغاز الحيوي وإطلاق النيتروجين الأميني الحر من العينات المعالجة بالإنزيم الحمضي أقل من العينات المعالجة بالإنزيم فقط. بالنسبة لنظام الهجين ، تمت مراقبة تأثير تعديل القطب باستخدام الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNT) والنمو الميكروبي في الأقطاب الكهربائية باستخدام صور المجهر الإلكتروني (SEM). كان نمو الانابيب النانوية بين ألياف شعر الكربون وخيوط شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ. تم اختبار فعالية الأقطاب الكهربائية عن طريق إدخالها في النظام الهجين مع الجلوكوز كالركيزة الرئيسية. أظهر الكاثود المعدل بشبكة الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى إنتاج للغاز الحيوي والميثان بقيمة 14.4 مل CH4 / جم جلوكوز. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الأقطاب الكهربائية المعدلة المصنوعة من الكربون حدًا أقصى لقيمة هضم المادة بنسبة 93 ٪ وكثافة كهربائية تبلغ 4.5 مللي أمبير / م 2. أظهر تصوير SEM للنمو الميكروبي على الأقطاب الكهربائية أن الميكروبات اتبعت سلوك نمو مختلف في الأقطاب الكهربائية المعدلة وغير المعدلة. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ (SSTM) المعدلة بواسطة MWCNT انتقائية محتملة للنمو ميكروبات منتجة للميثان ، على عكس SSTM غير المعدلة ، والتي كان لديها مجتمع ميكروبي أكثر تنوعا. أظهرت الأنظمة الهجينة كفاءة تحلل مائي أعلى خاصة الأنظمة المعدلة, بنسبة 39.4٪ بالساعة 48 تليها الأنظمة غير المعدلة. أظهرت نتائج كفاءة التولد الحمضي أن الأنظمة الهجينة سيطرت عليها مسار حمض الأسيتيك ، وهو مفضل في النظام الهجين ، على عكس الهاضم التقليدي ، الذي كان يسيطر عليه مسار مختلف. أدى خلط المجتمع الميكروبي الأصلي الذي تم الحصول عليه من هاضمة سابقة مع روث البقر إلى تعزيز وزيادة القدرة التنافسية للمجتمع الميكروبي. وبالتالي ، فقد انعكس إيجابًا على إمكانات ومعدل إنتاج الميثان الحيوي ، بقيمة 38 مل / جم COD و 1.2 مل / ساعة ، على التوالي. في هذه الدراسة ، نجحنا في تحسين معدل عملية الحلماة، وتحسين انتقائية الميكروبات في النظام ، وتقديم مجموعة من الأقطاب الكهربائية المتاحة تجاريًا. قدمت النتائج التي توصلنا إليها أيضًا أدلة دامغة على أن زيادة التنوع الميكروبي يعزز بشكل كبير الأداء العام للنظام.en_US
dc.description.nationalityJORDANen_US
dc.description.emailaseeldaas89@gmail.comen_US
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.myen_US
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2023.en_US
dc.description.physicaldescription1 online resource (xv, 100 leaves) ; color illustrations.en_US
item.openairetypeMaster Thesis-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:KOE Thesis
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
G2022116DaasAseelAbdelrahimAbdallah_24.pdf24 pages file3.15 MBAdobe PDFView/Open
G2022116DaasAseelAbdelrahimAbdallah_SEC.pdfFull text secured file17.41 MBAdobe PDFView/Open
G2022116DaasAseelAbdelrahimAbdallah_SEC_COPYRIGHT_DECLARATION.pdf
  Restricted Access
Copyright Declaration87.32 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
Show simple item record

Google ScholarTM

Check


Items in this repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated. Please give due acknowledgement and credits to the original authors and IIUM where applicable. No items shall be used for commercialization purposes except with written consent from the author.