Final-biogas report2 2008

UPEI Department of Engineering 





 550 University Avenue





 Charlottetown 





 PEI C1A 4P3 
Page
19 
of 55 
 
Digester Tank and Heating System 
Digesting this mixture of undiluted manure and straw could be done effectively in a plug flow 
rector tank. Plug flow systems are simple to build, require no complex internal parts, and can 
handle a widely varied mixture of manure and straw. They typically operate at mesophilic 
temperatures between 35-40C. The gas yield from these type of digesters may not be as high as 
more advanced digesters, but they are commonly used in farm installations. The retention time 
is comparatively long, but given the simplicity of plug flow digesters, this solution would be 
suitable for on-farm operation with little attention from the farmer. For a detailed description of 
different digesters see Appendix A. 
Tank Size 
Rough sizing of the digester is accomplished by multiplying the volumetric flow rate of manure 
by the desired substrate retention time. We have assumed that 50 kg/cow-day as a reasonable 
standard manure supply rate [9]. For a model 60 milking cow dairy farm, this means a manure 
rate of 3.1 m
3
per day having a minimal component of straw bedding.
The desired retention time is not absolute. It is a balance between yield and cost; both increase 
with digester capacity, but at different rates. Based on researched cases of mesophilic plug flow 
digesters, 20 days is a good target; it seems to be the most common design retention time for 
plug flow digesters, including the Haubenschild digester, and published operational retention 
times seldom differ by more than a few days. [30] .
In both dairy farms we studied, the manure storage building is a covered rectangular concrete 
tank. Locating the digester inside or adjacent to the existing manure storage structure makes use 
of the existing manure pipe, reduces construction costs, and provides added thermal insulation 
thanks to the enclosed roof. Using this 20-day as a guide, the approximate size of a digester tank 
for our example farm would be 75m
3
, or 2.5m wide by 2m deep by 15 m long (or 8ft wide by 
7ft deep by 50 feet long). A tank of this size could be accommodated inside of one of the 
existing manure storage barns on either SandyRae Farm or Pleasant Valley Farms with room to 
spare. 
Manure composition and co-substrate content can change the optimum retention time. The 
optimum retention time is influenced by organic loading rate, measured as the rate of volatile 
solids added to the digester per unit of digester capacity. For pure cow manure the 
recommended loading rate is 2.5-3.5 kg VS/m3-day and with the addition of co-substrates it is 5-
7 kg VS/m3-day [3]. Careful consideration should be given to the future plans of the farm in 
question when deciding on digester capacity. 

---

II.