بررسی آزمایشگاهی تأثیر روش تخلیه و فشار زیست گاز تولیدی بر فرایند هضم بی‌هوازی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شییمی،دانشکده علوم پایه، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاداسلامی، اسلام شهر، ایران

2 گروه انرژی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران، ایران

چکیده

فرایند هضم بی‌هوازی با تولید زیست­ گاز همراه است بنابراین فشار پارامتر مهم مؤثر بر فرایند خواهد بود. چگونگی تخلیه زیست­ گاز تولیدی روی نوع سامانه و نیز فشار عملیاتی تأثیرگذار است که هر دو بر فرایند هضم بی‌هوازی کیفیت و کمیت زیست­ گاز تولیدی اثر دارند. در این پژوهش تأثیر چگونگی تخلیه زیست­ گاز در مجموعه دستگاهی هضم بی‌هوازی مقیاس آزمایشگاهی روی فرایند تولید زیست ­گاز با رویکرد صنعتی به سه روش مورد بررسی قرارگرفت. در هر سه روش‌ پس از تزریق خوراک درون هاضم سامانه تحت خلاء نسبی حدود barg 1/0- به ازاء واحد ‌جرم خوراک قرارگرفت. روش‌ اول سامانه بسته روش دوم و سوم نسبت به خروج زیست­ گاز به ترتیب نیمه پیوسته و پیوسته لحاظ شد. سایر شرایط عملیاتی مانند دمای اختلاط، نوع و میزان خوراک برای هر سه روش‌ یکسان بود. برای خوراک و فراورده  هضم شده ترکیب نسبی رطوبت بخش خشک بخش آلی و خاکستر اندازه‌گیری و آنالیز عنصری  انجام شد. آنالیز زیست ­گاز تولیدی نیز برای اندازه‌گیری ترکیب نسبی متوسط زیست­ گاز انجام شد.  نتیجه­ های به­ دست آمده از آنالیز فراورده ها و اندازه‌‌گیری‌ها نشان می‌دهد که حجم بیوگاز تولیدی روش‌ سوم نسبت به روش‌های دوم و اول به ترتیب 64/9 % و 53/15 % افزایش داشته ‌است. این ارقام در مورد افزایش سهم حجم متان از کل زیست ­گاز تولیدی به ترتیب 22/2120 % و 31/21 %  اندازه‌گیری شد. مرحله ­های چهارگانه هضم بی‌هوازی در روش پیوسته در تعادل با یک­دیگر به­ طور یکنواخت انجام می‌شود. خروج تدریجی زیست­گاز تولیدی و فشار پایین سامانه شرایط فرایند را برای فعالیت­ های میکرو ارگانیسم‌ها بویژه متانزاها یکنواخت و مستعد می‌نماید. بنابراین روش تخلیه تدریجی و فشار پایین زیست ­گاز تولیدی ناشی از عدم انباشتگی آن درون مخزن هضم سامانه پیوسته  در خلال فرایند هضم بی‌هوازی بهترین نتیجه را از نظر حجم زیست­گاز و متان تولیدی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

 [1] علیرضا نورپور، هادی افراسیابی، سید مجید داودی، "بررسی فرایند مدیریت پسماند در جهان و ایران"، مرکز مطالعات و برنامه‌ریزی شهر تهران، گزارش شماره 207، شهریور (1392).
[2] نوروزیان باغانی عباس، دهقانی سمیه، فرزادکیا مهدی، دلیخون مهدیه، امام جمعه محمد مهدی، بررسی مقایسه‌ای نرخ تولید و ترکیب پسماند جامد در شهر شیراز، مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی قزوین، (2)21: 56و57 (1396).
[3] عابدین زاده نیلوفر,، روانبخش مکرم، عابدی طوبی، ارزیابی اثرات زیست­ محیطی محل دفن بهداشتی – مهندسی پسماندهای شهری شهرستان سمنان،  فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط زیست، (2)15: 105تا117 (1392).
[4] احمد پوراحمد، رقیه حیدری، بررسی آلودگی‌های زیست‌محیطی در کشورهای جهان اسلام، فصلنامه پژوهش­های سیاسی جهان اسلام، (1) 6: 143تا170 (1395).
[5] Fahim F., Shayegan J., CO2 Measurement of Synthetic Biogas by Passing It Through Dilute NaOH Solution, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 39(3): 107-116 (2020).
[6] ثنایی مقدم، اکبر؛ محمدرضا آرین نژاد؛ مسعود علیزاده و علی نجفی، بررسی تولید انرژی از پسماند آلی شهری به روش هضم بی­ هوازی، همایش ملی تولید و بهره برداری از انرژی های نو سازگار با محیط زیست، کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات کرمان (1394).
[7] یوسفی لیلا، تأثیر اختلاط هضم‌شده با پسماندهای‌جامد‌آلی‌شهری در تولید زیست­گاز از طریق مجموعه دستگاهی هضم‌بی‌هوازی بسته تحت شرایط مزوفیلیک، نشریه شیمی سبز و فناوریهای پایدار، 3: 61تا69 (1399). 
[8] یوسفی لیلا، مطالعه و بررسی الزامات قانونی، فنی و اقتصادی کاربرد زیست­متان به­عنوان گاز طبیعی(مطالعه موردی آلمان)، ششمین کنگره ملی تحقیقات راهبردی درشیمی و مهندسی شیمی با تأکید بر فناوری های بومی ایران، انجمن فناوری های بومی ایران، تهران (1398).
[9] علیدادی حسین، اعتمادی مشهدی سمیه، نجف پور علی اصغر، محب راد بتول، مطالعه فرآیند تولید زیست­گاز با استفاده از مخلوط شیرابه زباله شهری و فضولات حیوانی، مجله تحقیقات سلامت در جامعه،  (۲) ۳: ۴۴تا۵۴ (1396).
[10] یوسفی لیلا ، " راهنمای زیست­گاز(دانش، تولید و کاربردها) بخش اول: منابع زیست­توده، فراورش خوراک و تولید زیست گاز"، انتشارات عطران (1397).
[11] یوسفی لیلا، مطالعه و بررسی تأثیر شاخص­های مهم عملیاتی بر طراحی و مهندسی واحدهای زیست­گاز، پنجمین کنفرانس بین المللی فناوری و مدیریت انرژی با رویکرد پیوند انرژی، آب و محیط زیست ، انجمن انرژی ایران، تهران (1397).
[12] Elisabeth Cazier, Eric Trably, Jean-Philippe Steyer, Renaud Escudié., Biomass Hydrolysis Inhibition at High Hydrogen Partial Pressure in Solid-State Anaerobic Digestion., Bioresource Technology, Elsevier, 190: 106-113. 10.1016/j.biortech.2015.04.055. Hal-01149953v2 (2015).
[13] CARMEN MATEESCU, Influence of the Hydrostatic Pressure on Biogas Production in Anaerobic Digesters, Romanian Biotechnological Letters, 21(5): 11941-11948 (2016).
[14] Y. CHEN, J. J. CHENG, K. S. Creamer, Inhibition of Anaerobic Digestion Process: A Review, Bioresource Technology, 99: 4044-4064 (2008).
[15] Teodorita Al Seadi et al., Biogas Handbook. Denmark: University of Shouthern Denmark, Esbjerg, (2008).
[16] G. Balachandar, Namita Khanna, and Debebrata Das, "Biohydrogen Production from Organic Waste by Dark Fermentation", Biohydrogen. Poland: Elsevier, 103-144 (2013).
[17] Faatihatur R. Silmi, M. Ramdlan Kirom, A. Qurthobi, “Analysis of the Influence of Internal Pressure Control to the Total GasProduction in Anaerobic Digester”, Engineering Physics International Conference, EPIC 2016, Procedia Engineering, 170: 467 - 472 (2017).
[18] Andreas Lemmer, Wolfgang Merkle, Katharina Baer, Frank Graf, Effects of High-Pressure Anaerobic Digestion up to 30 Bar on pH-Value, Production Kinetics and Specific Methane Yield, Energy 138: 659-667 (2017).  
[19] Shiplu Sarker, Jacob J. Lamb, Dag R. Hjelme and Kristian M. Lien, A Review of the Role of Critical Parameters in the Design and Operation of Biogas Production Plants, Appl. Sci., 9: 1915; doi:10.3390/app9091915 (2019).
[20] Petersson A., Wellinger A., Biogas Upgrading Technologies—Developments and Innovations. IEA Bioenergy, 20: 1–19 (2009).
[21] Vavilin V., Vasiliev V., Rytov S., Modelling of gas Pressure Effects on Anaerobic Digestion. Bioresour. Technol., 52(1): 25–32 (1995).
[22] Singh G., Jain V.K., Singh A., Effect of Temperature and Other Factors on Anaerobic Digestion Process, Responsible for Bio Gas Production., International Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 12(3): 637–657 (2017).
[23] Prajapati B.R., Sharma R.K., Amatya I.M., Effect of Reduced Gas Pressure on Yield of Biogas and other Physicochemical Parameters. Int. J. Energy. Environ. Eng. (2020).
[24]  Kasprzycka A., Kuna J., Methodical Aspects of Biogas Production in Small-Volume Bioreactors in Laboratory Investigations. Energies, 11(6): 1378 (2018).
[25] موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، “کمپوست -ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی”، استاندارد ملی ایران 10716، چاپ اول.
[26] موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، "روش آزمایش تعیین مقدار رطوبت خاک"، استاندارد ملی ایران 1677، چاپ سوم، آذرماه (1370).
[27] موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، "کمپوست-نمونه‌برداری و روش‌های آزمون فیزیکی و شیمیایی"، استاندارد ملی ایران 13320، چاپ اول.
[28] Monson K.D., Esteves S.R., Guwy A.J.,  Dinsdale R.M., Anaerobic Digestion of Biodegradable Municipal Wastes, A review, SERC, (2007).
[29] Agbede O.O., Aworanti O.A., Osuolale F.N., Adebayo A.O., Ogunleye O.O., Agarry S.E.,  Babatunde K.A, Anaerobic Conversion of Biodegradable Municipal Solid Waste to Biogas: A Review, Journal of Civil and Environmental Studies, 3(1): (2019). 
[30] David M. Himmelblau, James B. Riggs, “Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering”, fifth edition, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 07632, (1989).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار