عنوان

شبیه‌سازی فرآیند تولید بیوگاز از هضم بی‌هوازی پسماندهای دامی با استفاده از مدل‮‭ADM۱‬,‮‭Simulation of Biogas Production from Anaerobic Digestion of Cow Manure using ADM۱‬

Number

‭۱۹۵۹۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

شبیه‌سازی فرآیند تولید بیوگاز از هضم بی‌هوازی پسماندهای دامی با استفاده از مدل‮‭ADM۱‬

Parallel Title Proper

‮‭Simulation of Biogas Production from Anaerobic Digestion of Cow Manure using ADM۱‬

First Statement of Responsibility

/نیما پوراکبر زهتابی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: کشاورزی

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۷‬

Name of Manufacturer

، میرزائی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۳۷‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مهندسی مکانیک بیوسیستم با گرایش انرژی‌های تجدیدپذیر

Date of degree

‮‭۱۳۹۷/۰۶/۱۷‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

یکی از اهم مشکلات امروز جهان که تمام کشورها دچار آن هستند، تامین انرژی برای انبوه جمعیتی است که روز به روز در حال رشد است .استفاده از منابع طبیعی غیرآلاینده تحت عنوان زیست توده برای استحصال انرژی، مورد توجه محققین و پژوهشگران عرصه انرژی‌های تجدیدپذیر بوده است .بیوگاز با محوریت متان یکی از منابع مهم انرژی در کشورهای پرجمعیت آسیایی بوده و هست .هرچند استحصال بیوگاز از برخی منابع به طور سنتی در آسیای شرقی مرسوم بوده است، لیکن شناخت عوامل موثر در افزایش بازدهی هاضم‌ها امری اجتناب‌ناپذیر می‌باشد .به همین منظور ارزان‌ترین و سریع‌ترین راه برای بهبود تولید بیوگاز با حجم متان بالا استفاده از مدلی مناسب و شبیه‌سازی آن است .هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی فرآیند تولید بیوگاز از پسماند دامی با استفاده از مدل ‮‭ADM۱‬ بود .برای این منظور، از هاضم ‮‭CSTR ۴/۰‬ مترمکعبی موجود در آزمایشگاه بازیافت و بیوانرژی دانشگاه تبریز که در مرحله ارزیابی قرار داشت، برای داده‌برداری استفاده شد .ترکیب پسماند دامی به عنوان سوبسترای مورد نظر از یک دام‌پروری محلی تهیه شد .قبل از بارگذاری نمونه‌هایی از پسماند برای شناسایی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی در نسبت‌های معین در ترکیب با آب مورد آزمایش قرار گرفتند تا مقدار اکسیژن شیمیایی مصرفی‮‭(COD)‬ ، کل مواد جامد‮‭(TS)‬ ، مواد جامد فرار ‮‭(VS)‬ و درصد خاکستر مشخص شود .سپس ‮‭۱۵۰‬ کیلوگرم پسماند دامی با ‮‭۳۰‬ کیلوگرم شکمبه به عنوان آغازگر فرآیند هضم بی‌هوازی، مخلوط شده و وارد هاضم شدند .دمای درون هاضم، هم‌زن و جداره‌ها با استفاده از ‮‭۹‬ حس‌گر دمایی در ‮‭۴۰‬ درجه سانتی‌گراد تعدیل شدند .با استفاده از ایجاد جریان گردشی آب توسط پمپ آب در جداره هاضم، عمل تنظیم دما تسریع شد .از حس‌گرهای ‮‭pH‬ برای تعیین مقدار اسیدیته محیط درون هاضم استفاده شد .برای جلوگیری از اختناق گازی درون لایه‌های سوبسترا و حذف گرادیان‌های دمایی در سطوح مختلف هاضم از هم‌زنی مکانیکی در هر شش ساعت به مدت پنج دقیقه با سرعت ‮‭۱۰۰‬ دور در دقیقه استفاده شد .داده‌ها توسط حس‌گرها ذخیره شدند .شبیه‌سازی در محیط سیمولینک نرم‌افزار ریاضی مهندسی متلب انجام گرفت ‮‭۳۵‬ .متغیر مدل در قالب ‮‭۳۵‬ معادله دیفرانسیل مرتبه اول و ضرایب سینتیکی درجه اول برای چهل روز محاسبه شدند .با عنایت به قلت ادوات آزمایشگاهی و هزینه بالای سنجش تک تک مواد دخیل در فرآیند هضم بی‌هوازی، صرفا مقادیر‮‭pH‬ ، فشار و حجم بیوگاز تولید شده که در عمل نیز اندازه‌گیری شدند، مورد مقایسه قرار گرفتند .طبق نتایج به دست آمده، به دلیل عدم افزودن مواد با خاصیت بازی به درون هاضم، نوسانات ‮‭pH‬ در طول ‮‭۴۰‬ روز مشهود بود که بر اثر کم‌بود میزان هم‌زنی نیز می‌تواند بوده باشد .نتایج شبیه‌سازی برای ‮‭pH‬ به جز افت شدید مربوط به مراحل هیدرولیز و اسیدسازی، سیر ثابتی را طی نمود .با عنایت به تخلیه روزانه محتوی هاضم و کاهش فشار درون آن، نوسان شدید فشار روزانه مشاهده شد .هرچند مدل بدون درنظر گرفتن تاثیرات فشار، صرفا پتانسیل فشار تولیدی را ارائه کرد که مقادیر فشار تجربی از نظر عددی با مقادیر شبیه‌سازی قابل توجیه بودند .قرابت معناداری بین حجم بیوگاز تولید شده و شبیه‌سازی مشاهده شد .هرچند که در حالت شبیه‌سازی، فرآیند زودتر از حالت عملی به اوج تولید رسید، لیکن از منظر آماری رابطه معناداری بین آن‌ها وجود داشت

Text of Note

Nowadays one of the most important problems which all countries are involved is the provision of energy for the vast population that is increasing daily. Use of sustainable natural resources to generate energy is extremely considered by scholars and researchers of renewable energy stage. Biogas including methane was and is one of the main utilized energies in Asia. Although customary methods to produce biogas are common in East Asia, Realizing the effective factors on its productivity is undeniable. Using a proper model to simulate the process of biogas production is a swift and low-priced way to amend biogas production to make high volume of methane. The aim of this research was to simulate the process of biogas production using ADM1. To serve our purpose, A CSTR digester with 0.4 m3 located in Recycle & Bioenergy Laboratory of university of Tabriz was selected to gather data when it was in evaluation stage. Cow manure provided from a local dairy was used as a substrate. Before starting the practice, some samples of manure extracted and mixed with known proportion of water to determine the physical and chemical traits as well as chemical oxygen demand (COD), Total solid (TS), Volatile Solid (VS) and the amount of ash. Then for loading the digester 150 kg of manure blended into 30 kg of starter (cattle rumen). Digester was equipped to 9 temperature sensors located inside, thorough the walls and agitators trunk which adjusted the temperature on 313 K. pH censors were used to determine the acidic atmosphere of reactor. A mechanical agitator was used per six hours for 5 min to restrain the process from gas confinement and temperature variation in different layers of substrate. Gathered data by sensors were stored on a module board. Simulation was implemented in Simulink section of MATLAB. 35 variables fitted 35 differential equations and first order kinetic coefficient rates merged with prohibition factors were calculated for 40 days. By regarding the lack of laboratory equipment and limited budget, not all parameters were measured but pH, pressure and produced biogas volume. pH empirical data had severe fluctuation during 40 days. It may have been cause by lack of additive alkaline substances. Lack of sufficient mix, on the other hand, could be cause of pH rapid variation. In simulation results for pH, its decline was obvious only at the first stages of process due to the beginning of Hydrolysis and Acidogenesis steps. Afterward the curve was stable till to the end. The gas content of digester was unloaded per day to preserve the digesters safity. This action caused an enormous reduction of pressure on a day that was out of the prediction of the model. Consequently, a vast difference was seen between the pressure of digester and simulated result, though they were displaying same amount of gas pressure. Finaly, a significant relation was between the empirical gas volume data and simulated results for it. Although gas volume in simulation reached to the summit point earlier than empirical data

Parallel Title

‮‭Simulation of Biogas Production from Anaerobic Digestion of Cow Manure using ADM۱‬

پوراکبر زهتابی، نیما

Nima, Pourakbar Zehtabi

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی