بخشی از مقاله
چکیده
یکی از چالشهای عمده در تمام مناطق جهان، فراهم کردن انرژی برای آینده است. بر این اساس منابع انرژی تجدید پذیر مانند بیوگاز باید توسعه یابد. یکی از منابع اصلی برای تولید بیوگاز، زیست توده است. به دلیل محدودیتهای موجود در دستیابی به انواع زیستتوده، بستر مورد استفاده برای تولید بیوگاز باید به دقت انتخاب شود. در این پژوهش پس از ساخت یک هاضم نوع پیستونی - پلاگ فلو - پیوسته با حجم تقریبی 3600 لیتر در دو دوره مجزا میزان تولید بیوگاز و متان برای دو نوع خوراک مختلف شامل ترکیب کود گاوی و آب با نسبت 1:1، کود گاوی وآب و روغن رستوران با نسبت 8 درصد اندازهگیری شد. خوراکدهی به هاضم به صورت یک روز درمیان انجام شد و در هر مرتبه خوراکدهی، به همان مقدار مواد از هاضم خارج شد. در هر مرتبه خوراکدهی و تخلیه، از مواد ورودی به هاضم و مواد خروجی از آن یک نمونه برای اندازهگیری پارامترهای اسیدیته و مقدار بار آلی - COD - گرفته شد. همچنین مقدار گاز تولید شده در هر مرتبه تخلیه هاضم، توسط کنتور اندازهگیری حجم گاز، اندازه گیری و ثبت شد. نتایج نشان داد کمترین حجم گاز تولیدی و مقدار متان برای ترکیب کود و آب بدست آمد همچنین میانگین مقدار گاز متان تولید شده از ترکیب کود گاوی و آب، کود با روغن رستوران با غلظت 8 درصد به ترتیب برابر 22/2و78/44 لیتر به ازای هر کیلوگرم بار آلی وارد شده به هاضم بدست آمد.
کلمات کلیدی: بیوگاز، هاضم پلاگ فلو پیوسته، متان .
مقدمه
منابع انرژی از مهمترین عوامل و عناصر توسعه پایدار است. داشتن انرژی مناسب عمده ترین عامل اقتصادی جوامع صنعتی پس از نیروی انسانی است، زیرا انرژی یک نیاز اساسی برای استمرار توسعه اقتصادی، رفاه اجتماعی، بهبود کیفیت زندگی و امنیت جامعه است. در گذشته، مسائل سیاسی یا اقتصادی مناطق مختلف، توسعه انرژی زیستی را به وجود آوردند. نخستین عاملان توسعه انرژی زیستی به طور خاص شامل دستورالعمل هایی برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای ناشی از استفادهاز سوخت های فسیلی، سیاست هایی برای افزایش راندمان انرژی و کاهش نگرانی های امنیتی بوده است - . - Anonymous, 2015 در بین تمام منابع متعارف انرژی، بیوگاز یک منبع پاک و تجدید پذیر است که می تواند به روش های مختلفی تولید شود. یک روش برای تولید آن، تخمیر و تجزیه بی هوازی مواد آلی توسط باکتری های بی هوازی است. در کشورهای اروپایی از روش هضم بی هوازی برای بازیافت و تصفیه زباله ها استفاده شده است . - Monnet, 2003 - فرآیند هضم بی هوازی برای تصفیه بسیاری از انواع پسابها و پسماندها، از قبیل پسماند مواد خوراکی - Tritt and Schuchardt, 1992 - ، پسماندهای میوه و سبزیجات - غلامی، - 1391، پسماندهای خانگی - Nosrati - et al., 2004، پسماند کشاورزی - Blanc et al., 1992 - و مواد آلی موجود در ضایعات جامد شهری - Bolzonella et - al., 2005 بهکار میرود. پیش بینی میشود بیوگاز حاصل از هضم بی هوازی پساب صنایع، کود گاوی و دیگر ترکیبات آلی حدود 25 درصد از بیوانرژی آینده را تأمین کند . - Nielsen et al., 2009 - در سال های اخیر تلاش های زیادی برای پیدا کردن راه هایی برای بهبود عملکرد هاضم های بیهوازی انجام شده است. یکی از گزینههای مورد بررسی استفاده از ترکیب چند ماده آلی برای هضم همزمان است. با هضم همزمان چندین سوبسترا، فرآیند هضم بی هوازی ثبات بیشتری خواهد داشت . - Braun and Wellinger, 2002 - علاوه بر این یکی از عوامل تاثیر گذار بر نسبت متان به دی اکسید کربن در بیوگاز، ترکیب سوبسترا میباشد. ضایعات آلی از قبیل چربی ها و روغن ها میتوانند علاوه بر افزایش تولید بیوگاز از هضم بی هوازی نسبت متان به دی اکسیدکربن را 70 به 30 برسانند و همین امر باعث افزایش انگیزه برای استفاده از بیوگاز برای تولید انرژی الکتریکی، حرارتی یا مکانیکی شده است . - Hunter Long et al., 2012 - با این حال عدم دقت درمورد نوع سوبسترا و نسبت ترکیبات آنها اغلب منجر به کاهش قابل توجه تولید بیوگاز و یا حتی شکست فرآیند هضم بیهوازی میشود . - Murto et al., 2004 -
وانگ و همکارانش - 2013 - نشان دادند که نرخ تغذیه مطلوب در هضم همزمان روغن و لجن فعال به میزان 20 درصد روغن و 80 درصد لجن فعال است. بیر - 2013 - از چربیها و روغنهای مصرف شده به عنوان یک مکمل برای فاضلاب، بهمنظور افزایش تولید بیوگاز استفاده کردند. نتایج این پژوهش نشان داد که افزودنی روغن باعث افزایش مقدار بیوگاز تولیدی و کاهش و ناپایداری در میزان pH میشود.
برای پیشبرد درست فرآیند هضم بیهوازی و رسیدن به مقدار بهینه بیوگاز، شناسایی ترکیبات جدید از جمله ضایعات روغن های خوراکی و تولید انرژی از این مواد امری ضروری است. بدین منظور هدف اصلی این پژوهش مقایسه مقدار بیوگاز و متان تولیدی از فضولات گاوی در ترکیب با سه سطح متفاوت از ضایعات روغن رستوران میباشد.
مواد و روش ها
رآکتور به کار گرفته شده در این پژوهش یک هاضم نوع پیستونی بود که تغذیه آن به صورت پیوسته انجام شد. ابتدا به مقدار 2700 لیتر از مخزن با مخلوط کود و آب به نسبت 1:1 پرشد. برای رسیدن سیستم به حالت پایدار به مدت بیست روز سیستم به همین حالت نگه داشته شد و پس از آن با درنظرگرفتن زمان ماند 15 روز و باتوجه به حجم مخزن و با استفاده از فرمول - 1 - بارگیری مخزن انجام شد. بارگیری یک روز درمیان و به مقدار 180 لیتر در طی دو دوره انجام گرفت و در هر مرتبه بارگیری به همین میزان از مخزن خارج شد. نمونه گیری و آزمایشات مربوط به -پارامترها در طی دو دوره انجام شد. دوره اول: مخلوط کود و آب با نسبت 1:1 و دوره دوم: کود و آب با نسبت 1:1 و روغن %8
انتخاب درصد روغن در سطح 8 درصد با الهام گرفتن از آزمایش انجام شده توسط سیلو ساندا - da silva sunda et al., - 2014، صورت گرفت. در دوره اول در هر مرحله بارگیری 180 لیتر ماده معادل 90 لیتر آب و 90 لیتر کود گاوی تازه با دانسیته - Niles Road and Joseph, 1993 - 990 از محل گودال نگهداری کود فری استال گاوداری وارد مخزن شد. در آخرین روز نمونه گیری از دوره اول، 8 درصد از حجم اشغال شده مخزن هاضم - یعنی 8 درصد از 2700 لیتر مخلوط کود و آب - به میزان تقریبی 235 لیتر با روغن رستوران با دانسیته NITA et - 918/8 - al., 2010 جایگزین شد. مخزن به مدت ده روز تحت شرایط کنترل شده به صورت دست نخورده نگهداری شد و پس از آن به مدت دوازده روز به صورت یک روز درمیان 180 لیتر مخلوط کود و آب و روغن، حاوی 165 لیتر کود و آب با نسبت 1:1 و 15 لیتر روغن وارد مخزن شده و به همان میزان خارج میشد.
روشهای آنالیز مایع هاضم و گاز تولید شده: برای اندازهگیری اسیدیته از pH متر و برای اندازه گیری نرخ بارگذاری آلی - COD - از دستگاه اسپکتروفوتومتر دارای طول موج 600 نانومتر استفاده شد. آنالیز بیوگاز تولیدی و تعیین درصد متان و دیاکسیدکربن با استفاده از دستگاه گاز کروماتوگراف مجهز به آشکار ساز TCD با ستون Porapak Q انجام گرفت. دستگاه مجهز به نرمافزارPeak ABC بودکه جهت تجزیه وتحلیل نمودارهای حاصل از تزریق نمونهها از آن استفاده شد.
نتایج و بحث
پارامترهای ورودی اندازه گیری شده برای هر یک از تیمارها در جدول - 2 - نشان داده شده است.
جدول.2 مقادیر پارامترهای ورودی تیمار ها
آزمایش اول - بارگذاری با ترکیب کود و آب - : این مرحله از آزمایش در یک دوره 12 روزه و با نمونه گیری به صورت یک روز درمیان انجام شد. در جدول - - 3 مقادیر پارامترهای خروجی در روزهای مختلف، حجم و درصد متان ثبت شده است. مطابق نتایج ثبت شده در این آزمایش به طور متوسط روزانه 292 لیتر گاز تولید شده است. مطابق این نتایج بیشترین تولید بیوگاز و بیشترین درصد متان برای نمونه آخر که بیشترین کاهش در COD را دارد، به دست آمد. این یک دلیل احتمالی برای توجیه تفاوت قابل ملاحظه میان حجم گاز تولید شده در اولین نمونه با آخرین نمونه میباشد.
