بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اینکه تست و ارزیابی یک سیستم بیوگاز پیوسته بطور واقعی بسیار پر هزینه می باشد و کنترل شرایط در این سیستم با ابعاد واقعی بسیار دشوار است در تحقیق حاضر یک سیستم تولید بیوگاز پیوسته بر اساس مصرف یک خانوار با استفاده از نتایج آزمایشگاهی در هاضمهای کوچک طراحی شد. برای این منظور مقدار متان تولید شده از هضم همزمان فاضلاب شهری، ضایعات آشپزخانه و کود گاو در تیمارهای مختلف در شرایط آزمایشگاهی تحت دمای 37 درجه سانتیگراد اندازهگیری شد. ویژگیهای پیشمادهها شامل ذرات جامد و فرار، pH، EC، مقدار کربن کل، نیتروژن کل، فسفر، پتاسیم و سولفات که میتواند تولید متان را کنترل کند اندازهگیری شدند.
نتایج نشان داد که مقدار این ویژگیها در محدوده مناسبی جهت تولید بیوگاز میباشند. نتایج آزمایشات در شرایط آزمایشگاهی در ادامه جهت طراحی یک هاضم پیوسته بیهوازی برای مصرف یک خانوار استفاده شد. بر اساس نتایج بدست آمده حجم کل هاضم پیوسته 3 m3 است. 2 m3 به عنوان مخزن هاضم جهت واکنشها و1 m3 به منظور ذخیره بیوگاز و حجم مرده هاضم انتخاب شد. با توجه بهاینکه بخش پایین هاضم معمولاً ساختمانی استوانهای دارد بنابراین استوانه هاضم را با ارتفاع1/7 m و شعاع 0/65m انتخاب کردیم. دهانه ورودی مواد داخل هاضم را در عمق 0/85m انتخاب میکنیم. خروجی نیز مماس بر کف هاضم به سمت بیرون انتخاب میشود. مخزن گاز و حجم مرده حالت نیم کره دارد بنابراین رویه کره آن با شعاع 0/65 m، حجمی به اندازه تقریبی 1m3 ایجاد میکند. مخزن مربوط به ورود مواد در 30cm بالای سطح زمین و مخزن مربوط به خروج مواد در عمق 35 تا 40cm از سطح زمین حفر گردد.
مقدمه
طبق گزارشات ارائه شده از طرف ثابت قدم در سال 2005، 53/4% از کل انرژی مصرفی در ایران از فراورده های نفتی است، 36/3% از گاز طبیعی، 1/1% از زغال، 8/9% از انرژی الکتریسیته و 0/2% از انرژی های مدرن مانند انرژی خورشیدی، انرژی بیومس، انرژی باد و انرژی هسته ای میباشد. این در حالی است که استفاده از انرژی های پاک روز بروز در حال افزایش است بطوریکه از سال 1966 تا 2005، استفاده از انرژی الکتریسیته دو برابر شده است و استفاده از گاز طبیعی از 1/3 به 36/3% افزایش یافته، در حالی که استفاده از فراوردههای نفتی از 84/3 به 53/4% کاهش یافته است . - Sabetghadam, 2005 - این کاهش میتواند با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر بیشتر هم شود.
با توجه به منابع غنی انرژیهای تجدیدپذیر در ایران، در دهه گذشته تحقیقهای زیادی در این زمینه انجام گرفته است و پایلوتهای آزمایشی و صنعتی نیز در تولید و استفاده از این انرژیها ساخته شده است. اما با توجه به جدید بودن این انرژیها در ایران راه زیادی برای تحقیقات و پیشرفت وجود دارد. بطوریکه با استفاده از این انرژیها در روستاهای دوردست نسبت به مراکز استانها میتوان هزینههای انتقال انرژی را بسیار پایین آورد و امکانات مناسبی برای روستائیان فراهم نمود. - Sabetghadam, 2005 -
بخش عظیمی از انرژیهای تجدیدپذیر مربوط به فضولات دامی و گیاهی حاصل از فعالیتهای دامپروری و کشاورزی میباشد. در حالیکه استفاده مستقیم از آنها در زمینهای زراعی و باغی کشور ممکن است باعث انتقال برخی از بیماریها در سطح کشور شوند و یا انبا شتن آنها در محیط، برای پو سیدن، باعث ایجاد و انت شار مقداری متان - CH4 - و دی اک سید کربن، در اتم سفر میگردد که این موضوع میتواند باعث تخریب لایه ازن شود.
در صورتیکه میتوان با استفاده از فنآوری بیهوازی علاوه بر جلوگیری از خطرات فوق الذکر، حدوداً 54 میلیون متر مکعب بیوگاز، بدست آورد و به عنوان منبع انرژی استفاده نمود - هاشمی و دیانت، . - 1389 بطورکلی از سه دیدگاه انرژی، زیست محیطی و اقتصادی، استفاده از منابع بیوانرژی در جهان حائز اهمیت است - شایگان، . - 1375 معمولاً بیوگاز با ترکیب کودهای حیوانی، ان سانی، مواد غذایی و ب صورت واکنش بیهوازی در یک ها ضم بوجود میآید - Arsova, .2010; Budiyono et al., 2010 - عوامل مختلفی بر میزان تولید بیوگازCH4 / موثر میبا شند که عبارتند از: در صد ترکیب مواد مختلف، شرایط محیطی واکنشها، ذرات فرار، عنا صر موجود در ترکیبات و غیره. طبق تحقیقهای انجام گرفته در صد ترکیب این مواد بر روی میزان تولید گاز CH4موثر ا ست مثلاً در بع ضی تحقیقات بیان شده ا ست که ترکیب یک به یک مواد، در صد CH4 بیشتری تولید میکند .
- Chen et al. , 2010; Chandra et al. , 2012 - پارامترهای محیطی مانند دما، pH و سمیشدن مواد داخل هاضم در تولید بیوگازCH4 / بسیار مهم میباشند. بطوریکه با افزایش دما، کاهش pH و سمی شدن محیط، باکتریهای متانزای داخل ها ضم، میمیرند و تولید گاز CH4 متوقف می شود. در ضمن مدت زمان تولید CH4 نیز ب سیار اهمیت دارد و عوامل مختلفی مانند ذرات فرار و ترکیبات فیزیکی و شیمیایی مواد مورد استفاده در آن مؤثر هستند - Miller and Keeney, 1992; Martin, تحقیقهای انجام گرفته جهت توسعه و بهبود هضم بیهوازی بیشتر بر روی بهبود ترکیب مواد زائد، بهینه سازی ساختمان هاضم و فرایند همزدن مواد تمرکز دارد - Wilkie and Colleran, 1986; Pavan et al., 2000; Bolzonella et al., 2001; Deublein
.and Steinhauser, 2008 - تحقیقهای زیادی در زمینه بررسی پارامترهای بیوشیمی مواد استفاده شده در تولید بیوگاز و اثر آنها بر روی درصد CH4 تولیدی انجام گرفته است اما تحقیقهای انجام گرفته بر روی بهبود ساختمان هاضم و همزن جهت غنی سازی تولید CH4 محدود هستند . - Kamarad et al., 2013 - در ضمن انجام آزمایشات بر روی هاضمها در مقیاس بزرگ و بدست آوردن اطلاعات آنها کار دشوار و پر هزینه است بنابراین اهدافی که در این تحقیق دنبال میشوند عبارتند از:
-1 بررسی میزان - درصد - تولید CH4 در بیوگاز تولیدی ناشی از ترکیبهای مختلف کود گاوی، فاضلاب شهری و پسماند آشپزخانه در هاضمهای کوچک در مقیاس آزمایشگاهی؛
-2 بررسی اثر عوامل مختلف فیزیکی و شیمیایی محیط آزمایش مانند pH، ، ذرات معلق و جامد و... بر میزان تولید CH4 و مدت زمان تولید آن در مقیاس آزمایشگاهی؛
-3 استفاده از بهترین نتایج آزمایشگاهی جهت طراحی یک هاضم پیوسته در مقیاس بزرگ؛
مواد و روشها
آماده سازی نمونه ها
پیش مادههای استفاده شده جهت هضم همزمان و تولید بیوگاز شامل کود گاوی، پسماند آشپزخانه و فاضلاب شهری بودند. جهت آمادهسازی اولیه آنها سعی شد تا حد امکان چگالی اولیه مواد یکسان باشند. هدف از این کار ایجاد مواد اولیه تا حد امکان مشابه بود. البته آماده سازی مواد میتواند بر اساس ذرات جامد کل - TS1 - مواد نیز انجام گیرد اما با توجه به اینکه یکی از اهداف این تحقیق مقایسه TS و ذرات فرار کل - TVS2 - مواد است، آماده سازی اولیه مواد بر اساس چگالی انجام گرفت. فاضلاب شهری از سازمان آب و فاضلاب شهرکرد و از مواد بعد از عملیات آسیاب و آب شویی اولیه تهیه شد.
جهت اندازهگیری چگالی کلی نمونه، 2 لیتر از فاضلاب تهیه شده وزن گردید که چگالی آن برابر 1/024g ml-1 بدست آمد، همانطور که مشخص است چگالی آن بسیار نزدیک به 1 - چگالی آب - میباشد و این نشان میدهد که ماده استفاده شده دارای مقدار زیادی آب است . - Fantozzi and Buratti, 2011 - جهت تهیه نمونههای کود گاوی، مقداری کود تازه گاو از گاوداری دانشگاه شهرکرد تهیه گردید و پس از انتقال به آزمایشگاه به آن آب اضافه شد و با استفاده از همزن مکانیکی مخلوط شده و چگالی آن اندازهگیری شد.
