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Instrumentation and control of anaerobic digestion processes: a review and some research challenges

Authors :
Olivier Bernard
Eric Latrille
Christian Wolf
T. Ribeiro
Daniel Zitomer
Hugo Oscar Méndez-Acosta
José Ferrer
Victor Alcaraz-Gonzalez
Fabian Jacobi
Sofiane Mazhegrane
Daniel Gaida
Julie Jimenez
Alan J. Guwy
Richard M. Dinsdale
Giuliano C. Premier
Dennis Totzke
André Pauss
Francis Mairet
Ángel Robles
Gonzalo Ruiz-Filippi
Henri Spanjers
Aurora Seco
Jérôme Harmand
Jean-Philippe Steyer
Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement [Narbonne] (LBE)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Magnitude, Research and Development
CGG Veritas, Hugues
University of Cologne
Biological control of artificial ecosystems (BIOCORE)
Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)
Observatoire océanologique de Villefranche-sur-mer (OOVM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire océanologique de Villefranche-sur-mer (OOVM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Departamento de Ingenierıa Quimica-CUCEI (CUCEI)
Universidad Jesuita de Guadalajara (ITESO)
Department of Civil, Construction and Environmental Engineering [Milwaukee]
Marquette University [Milwaukee]
Applied Technologies
Applied Technologies, Inc.-Applied Technologies, Inc.
Centre d'Immunologie de Marseille - Luminy (CIML)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Molecular Hepatology, Department of Medicine II, Medical Faculty Mannheim, University of Heidelberg, Heidelberg, Germany
Sustainable Environment Research Centre
University of South Wales (USW)
Pontifical Catholic University of Valparaiso
University of Valencia
Institut Polytechnique LaSalle Beauvais
Transformation Intégrée de la Matière Renouvelable (TIMR)
Université de Technologie de Compiègne (UTC)
financial support of INRA, ANR Phycover (project ANR-14-CE04-0011) and ADEME for Inter-laboratory assay financial support
ANR-14-CE04-0011,Phycover,Durabilité des productions microalgales par recyclage du phosphore et de l'azote des eaux résiduaires : vers la station d'épuration du futur(2014)
Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM)
Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Automation and Industrial IT, Cologne University
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire océanologique de Villefranche-sur-mer (OOVM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire océanologique de Villefranche-sur-mer (OOVM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Civil, Construction and Environmental Engineering, Marquette University
Marquette University
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Reviews in Environmental Science and Bio/technology, Reviews in Environmental Science and Bio/technology, 2015, 14 (4), pp.615-648. ⟨10.1007/s11157-015-9382-6⟩, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, Springer Verlag, 2015, 14, pp.615-648. ⟨10.1007/s11157-015-9382-6⟩, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 14 (4), 2015, Reviews in Environmental Science and Bio/technology, Springer Verlag, 2015, 14 (4), pp.615-648. ⟨10.1007/s11157-015-9382-6⟩, RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia, instname
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

[EN] To enhance energy production from methane or resource recovery from digestate, anaerobic digestion processes require advanced instrumentation and control tools. Over the years, research on these topics has evolved and followed the main fields of application of anaerobic digestion processes: from municipal sewage sludge to liquid mainly industrial then municipal organic fraction of solid waste and agricultural residues. Time constants of the processes have also changed with respect to the treated waste from minutes or hours to weeks or months. Since fast closed loop control is needed for short time constant processes, human operator is now included in the loop when taking decisions to optimize anaerobic digestion plants dealing with complex solid waste over a long retention time. Control objectives have also moved from the regulation of key variables measured online to the prediction of overall process perfor- mance based on global off-line measurements to optimize the feeding of the processes. Additionally, the need for more accurate prediction of methane production and organic matter biodegradation has impacted the complexity of instrumentation and should include a more detailed characterization of the waste (e.g., biochemical fractions like proteins, lipids and carbohydrates)andtheirbioaccessibility andbiodegradability characteristics. However, even if in the literature several methodologies have been developed to determine biodegradability based on organic matter characterization, only a few papers deal with bioaccessibility assessment. In this review, we emphasize the high potential of some promising techniques, such as spectral analysis, and we discuss issues that could appear in the near future concerning control of AD processes.<br />The authors acknowledge the financial support of INRA (the French National Institute for Agricultural Research), the French National Research Agency (ANR) for the "Phycover" project (project ANR-14-CE04-0011) and ADEME for Inter-laboratory assay financial support.

Details

Language :
English
ISSN :
15691705 and 15729826
Database :
OpenAIRE
Journal :
Reviews in Environmental Science and Bio/technology, Reviews in Environmental Science and Bio/technology, 2015, 14 (4), pp.615-648. ⟨10.1007/s11157-015-9382-6⟩, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, Springer Verlag, 2015, 14, pp.615-648. ⟨10.1007/s11157-015-9382-6⟩, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 14 (4), 2015, Reviews in Environmental Science and Bio/technology, Springer Verlag, 2015, 14 (4), pp.615-648. ⟨10.1007/s11157-015-9382-6⟩, RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia, instname
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d88a7be7963d556d5892dc6f600cb96a
Full Text :
https://doi.org/10.1007/s11157-015-9382-6⟩