عنوان

مدل‌سازی و بهینه‌سازی بازده تولید بیوگاز در هضم بی‌هوازی پسماندهای آلی تحت پیش‌تیمار حرارتی با غلظت‌های مختلف

Number

پ۲۷۸۵۴

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مدل‌سازی و بهینه‌سازی بازده تولید بیوگاز در هضم بی‌هوازی پسماندهای آلی تحت پیش‌تیمار حرارتی با غلظت‌های مختلف

First Statement of Responsibility

سید مسعود کمالی

Name of Publisher, Distributor, etc.

کشاورزی

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۰

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۱۷ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسي مکانيزاسيون کشاورزي- انرژي در كشاورزي

Date of degree

۱۴۰۰/۱۱۲۷

Text of Note

اگرچه هضم بی‌هوازی به عنوان یکی از روش‌های مناسب پیش‌فرآوری پسماندهای آلی جامد شهری مطرح است، با این حال، با توجه به محدودیت‌های این فرآیند، همواره بهینه‌سازی هضم بی‌هوازی مورد توجه بوده است. از این‌رو روش‌های پیش‌فرآوری‌ مختلفی به منظور بهبود هضم بی‌هوازی و افزایش تولید متان مورد بررسی قرار گرفته‌اند. پیش‌فرآوری حرارتی از روش‌های موثر جهت حذف پاتوژن‌های موجود در مواد زائد آلی است. در عین حال این پیش فرآوری می‌تواند تاثیر بسزایی در بهبود هضم بی‌هوازی و تسریع هیدرولیز مواد داشته باشد. بنابراین، یافتن شرایط بهینه این پیش‌فرآوری برای دستیابی به بالاترین مقدار تولید بیوگاز و متان به لحاظ اقتصادی و تراز انرژی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. هدف از این تحقیق دستیابی به بهترین دما، زمان و غلظت جهت هضم مواد آلی موجود در پسماند شهری بوده و به این منظور در مرحله اول تعداد 15 آزمایش به روش سطح پاسخ باکس‌بنکن توسط نرم‌افزار Design Expert طراحی شد. سه عامل دما، زمان و غلظت محلول هر کدام در سه سطح همراه با سه نقطه مرکزی انتخاب شدند. نتایج آزمایشات مربوط به بیوگاز و متان نشان داد که متغیرهای دما، زمان و غلظت پارامترهای تاثیرگذار بوده‌اند که مقادیر بهینه آنها به منظور تولید بیشینه بیوگاز و متان به کمک الگوریتم ژنتیک حاصل شد. بر این اساس بهترین سطوح این متغیرها برای تولید بیوگاز 95 درجه سلسیوس، 104 دقیقه و غلظت 12 درصد و برای تولید متان 96 درجه سلسیوس ، 95 دقیقه و غلظت 12 درصد بوده‌اند. با توجه به مطلوبیت هضم خشک، در مرحله دوم، طرح فاکتوریل برای یافتن بهترین دما و زمان پیش‌فرآوری حرارتی برای هضم مواد آلی در غلظت 16% انجام شد. در این مرحله علاوه بر مقایسه میزان تولید متان، بهره انرژی مربوط به تیمارهای حرارتی نیز بررسی شد. هرچند تمامی پیش‌تیمارهای حرارتی منجر به افزایش تولید متان شدند با این وجود تراز انرژی ناشی از اعمال برخی از این پیش‌فرآوری‌ها مثبت نبوده‌اند. بهترین پیش‌فرآوری حرارتی به لحاظ تولید متان، دمای 90 درجه و زمان 120 دقیقه بوده که منجر به تولید 347 میلی‌لیتر متان به ازای هر گرم مواد جامد فرار موجود در مواد آلی شد که 34% بیش از تولید متان حاصل از هضم مواد آلی پیش‌فرآوری‌نشده (شاهد) بوده است. بهره خالص انرژی ناشی از اعمال این پیش فرآوری معادل kWh 26/57 به ازای هر تن پسماند آلی ارزیابی شد.

Text of Note

Although anaerobic digestion (AD) is regarded as one of the best methods to treat the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW), however, due to some restrictions, optimization of AD has long been considered. Therefore, various pretreatment methods have been studied to improve AD and enhance methane production. Thermal pretreatment is one of the most effective methods to eliminate pathogens in organic wastes. At the same time, this pretreatment can have a significant effect on improving AD and accelerating the hydrolysis of organic wastes. Therefore, finding the optimal conditions for this pretreatment to achieve the highest amount of biogas and methane is of great importance. The objective of this study was to achieve the best pretreatment temperature and time as well as digestate concentration. For this purpose, in the first stage, 15 expriments were designed using the Box-Behnken method. Three factors of pretreatment temperature, time and digestate concentration each at three levels were selected.The expriments results showed that the pretreatment temperature and time and concenteration were effective parameters that their optimal values to produce the maximum amount of biogas and methane were obtained using Genetic Algurithm (GA). The best levels of these variables were 95℃, 104 minutes and concentration of 12% for biogas and 96℃, 95 minutes and concentration of 12% for methane production.Due to the desirability of dry digestion, in the second experiment, a factorial design was performed to find the optimum thermal pretreatment temperature and time for AD of OFMSW at a concentration of 16%. In addition to comparing the amount of methane production, energy efficiency related to thermal pretreatments was also investigated. Although all thermal pretreatments increased methane production, the energy balance resulting from the application of some of these pretreatments were not positive. The best thermal pretreatment temperature and time for methane production was 90℃ and 120 minutes, resulted in the production of 346.66 mL of methane based on gram of volatile solids in organic wastes, which was 34% higher than the methane generated from untreated AD of untreated OFMSW. The Net Energy Gain (NEG) from the application of this pretreatment was equal to 57.26 kWh per ton of organic wastes.

Variant Title

Modelling and Optimization of Biogas Production Efficiency in Anaerobic Digestion of Thermally Pretreated Organic Waste with Different Concentrations

Entry Element

‏کمالی،

Part of Name Other than Entry Element

سید مسعود

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏‏عبدی،

Entry Element

ابراهیمی،

Entry Element

‏‏روحانی

Entry Element

عبداله پور،

Part of Name Other than Entry Element

رضا

Part of Name Other than Entry Element

سیروس

Part of Name Other than Entry Element

عباس

Part of Name Other than Entry Element

شمس‌اله

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز