بخشی از مقاله
چکیده
در سالهاي اخیر روند رو به رشد مصرف انرژي، پدیده بحران انرژي و مشکلات زیست محیطی فراوانی را در جهان به وجود آورده است و از طرف دیگر ازدیاد روز افزون مواد زائد آلی یکی از معضلات جامعه بشري است. در کنار مشکلات بهداشتی، تولید و دفع غیراصولی زباله باعث ایجاد مشکلات زیستمحیطی نیز میشود به عنوان مثال فعالیتهاي مرتبط با پسماند %4 از گازهاي گلخانهاي را تولید میکند.
در راستاي توسعه پایدار مدیریت پسماندهاي تجزیه پذیر و کشف منابع جدید انرژي که قابل تجدید نیز باشد، یکی از روشهاي مدیریت پسماند هضم بیهوازي این پسماندها است هضم بیهوازي شامل سه مرحله هیدرولیز، اسیدزایی و متانزایی می باشد که نتیجه این سه مرحله تولید بیوگاز و مقدار ناچیزي از سایر گازها است. بیوگاز سوختی پاك و تجدیدپذیر بوده که به راحتی جهت جایگزینی با منابع متداول که اتمام پذیر بوده و داراي مشکلات زیستمحیطی میباشند، مناسب میباشد. عوامل متعددي بر تولید بیوگاز ازجمله دما، PH، مخلوط کردن، نسبت کربن به نیتروژن و غیره مؤثر هستند. که تغییر در هر کدام از این عوامل باعث تغییر در حجم و کیفیت بیوگاز تولیدي میشود.
مقدمه
تأمین انرژي جهان و چگونگی مصرف آن از دیرباز یکی از دغدغههاي ذهن بشر و مباحث روز دنیا بوده و هست و انسان امروز را نیز مجبور به جستجوي منابعی جدید براي تأمین انرژي موردنیاز خودکرده است. انرژي، بستر حرکتهاي اقتصادي را تعیین میکند و به پیروي از آن حرکتهاي اجتماعی، سیاسی و فرهنگی ملتها، جهت و شکل میگیرند. اهرم انرژي، در دنیاي کنونی، بهقدري حیاتی است که بهطور مستقیم منافع ملی کشورها را تحت تأثیر قرار داده و رابطه آنها را با یکدیگر تعیین میکند - مرادي و همکاران، . - 1396
در سالهاي اخیر روند رو به رشد مصرف انرژي، پدیده بحران انرژي را در جهان به وجود آورده است؛ اما تخلیه منابع فسیلی و آسیبهاي زیستمحیطی، از خسارتهاي بارز آن به شمار میآید که آثار آن را در بزرگترین چالشهاي پیش روي بشر نظیر گرمایش جهانی، تغییر اقلیم و هزینههاي سنگین اقتصادي – اجتماعی میتوان لمس کرد - مرادي، . - 1396 از سوي دیگر سالیانه 3/1 میلیارد تن زباله در کل شهرهاي جهان تولید میشود، بر اساس گزارش سازمان جهانی بهداشت دفع غیراصولی زباله عامل انتقال 20 نوع بیماري به انسان است.
در کنار مشکلات بهداشتی، تولید و دفع غیراصولی زباله باعث ایجاد مشکلات زیستمحیطی نیز میشود به عنوان مثال فعالیتهاي مرتبط با پسماند %4 از گازهاي گلخانهاي را تولید میکند. در مراکز دفن پسماند به ازاي هر تن زباله بین 120 تا 300مترمکعب گاز تولید میشود این گازها که عمدتاً شامل دياکسیدکربن و متان هستند نقش مهمی در تغییر اقلیم و گرمایش جهانی دارند.
بنابراین از سالها قبل جایگزینی سوختهاي فسیلی با انرژيهاي تجدید پذیر در جهان آغاز شده است و بهرهبرداري از این منابع انرژي بدلیل محدودیت انرژيهاي فسیلی و ضرورتهاي زیستمحیطی بهطور روزافزون در حال گسترش است - طاهري و بیگدلی، . - 1393 در دنیاي امروزه به واسطه سبک زندگی نیاز به کشف و بهرهبرداري از منابع جدید انرژي که تجدیدپذیر و دوستدار محیطزیست نیز باشند، یک الزام است - Merlin .Christy et al ., 2014 - مدیریت یکپارچه پسماندها - ISWM - یکی از نگرشهاي جامع براي مدیریت منابع و محیطزیست میباشد.
از مباحث مهم و قابلتوجه در مدیریت پسماند در سالهاي اخیر استفاده از منابع زیستتوده بهمنظور از بین بردن زائدات و همچنین تولید انرژي از پسماندهاي جامد در ابعاد گسترده میباشد - فلاحنژاد تفتی و همکاران، . - 1395 فرآیند هضم بیهوازي براي تصفیه بسیاري از انواع پسابها و پسماندها، از قبیل پساب کارخانجات نوشابهسازي - Wheatly - et al., 1997، پسماند مواد خوراکی - Tsukahara et al., 1999 - ، پسماندهاي میوه و سبزيها - Bouallagui et al., 2005 - ، پسماندهاي خانگی - Krzystek et al., 2001; Nosrati et al., 2004 - ، پسماند کشاورزي - Badawi et al., 1992 - ، مواد آلی موجود در ضایعات جامد شهري - Bolzonella et al., 2005 - و پسماند دامی - افاضلی، 1393، مرادي، - 1396 بهکار میرود.
هضم بیهوازي فرآیندي است که اغلب اوقات براي پایدارسازي پسابها و ضایعات جامد از ابتداي قرن بیستم به کار رفته و امروزه نیز در حال توسعه و پیشرفت میباشد. طی فرایند هضم بیهوازي مولکولهاي درشت زنجیر ترکیبات آلی در منابع زیستتوده به مولکولهاي سادهتر شکسته میشوند که حاصل نهاییاي فرایند بیوگاز است - داورپناه و عبداللهزاده شرقی، . - 1394 نتایج اصلی ایجاد دستگاههاي هضم بیهوازي براي تولید بیوگاز در سه بخش اساسی مورد استفاده قرار میگیرد.
الف- تولید گاز متان جهت سوختوسوز، روشنایی و تبدیل آن به انرژيهاي مکانیکی و الکتریکی. ب- تهیه کود خوب و بهداشتی که ازنظر فسفر، پتاسیم و بهویژه ازت و هوموس در مقایسه با کودهاي خام بسیار قوي بوده و عمدتاً از تخم انگلها، پارازیتها و بذر علفهاي هرز عاري است. ج- کنترل آلودگیهاي زیستمحیطی که با متمرکز نمودن فضولات انسانی و حیوانی در مخزن تخمیر از پراکندگی مواد در محیط جلوگیري به عملآورده و روشی بسیار ارزان و متناسب براي تصفیه اینگونه مواد به شمار میآید - هوشیار، . - 1390 بیوگاز، بهعنوان یک ماده جدید سوختنی، در امر مکانیزه کردن کشاورزي و صنایع روستایی مطرح است.
از بیوگاز میتوان براي به جریان انداختن موتورهاي دیزلی و بنزینی استفاده نمود. حتی میتوان از آن جریان الکتریسیته تولید کرد. چون هزینه تولید بیوگاز پائین است لذا مقبولیت آن بیشتر شده است - خاندلوال و همکاران، . - 1390 عوامل متعددي بر تولید بیوگاز ازجمله دما، PH، مخلوط کردن، نسبت کربن به نیتروژن و غیره مؤثر هستند - الماسی، 1391، افاضلی، 1393، مرادي، . - 1396 هدف از پژوهش حاضر شناخت جامع فرایند تولید بیوگاز و عوامل مؤثر بر تولید آن است.
تجزیه ترکیبات پسماندهاي آلی
تجزیه ترکیبات آلی به دو روش هوازي و بیهوازي صورت میپذیرد که بر اساس این روشها تجزیه مواد آلی به وجود یا عدم وجود اکسیژن برمیگردد.
هضم هوازي
در تجزیه هوازي مواد آلی به آب و دياکسید کربن تبدیل میشوند و به انرژي بسیار بالایی نیاز دارد.
هضم بیهوازي
تخمیر بیهوازي فرآیندي است که طی آن مواد، بدون حضور اکسیژن و در دماي پایین، تجزیه میشوند - قائمی، . - 1392 فرآیند هضم بیهوازي که به متانزایی زیستی نیز شهرت دارد، فرآیندي است که بهطور طبیعی در خاك، روده جانوران، باتلاقها، مردابها، فاضلابها و اماکن دفن زباله انجام میشود. تولید متان در همه محیطهاي فوق بهطور طبیعی اتفاق میافتد - Dohányos . - and Zábranská, 2001 فرآیند هضم بیهوازي، از تعدادي واکنش بیوشیمیایی متوالی پیچیده تشکیل شده است که در 3 مرحله اصلی هیدرولیز،اسیدزایی، استات و متانزایی طبقهبندي میشوند.
هیدرولیز
مرحله هیدرولیز مایع سازي به عنوان مرحله کلیدي در تجزیه بیولوژیکی ضایعات شناخته شده است - Mata-Alvarez, . - 2000; Juanga 2005 در این مرحله تبدیل آنزیمی مواد آلی غیرقابلحل و ترکیباتی با وزن مولکولی بالا از قبیل لیپیدها، پلی ساکاریدها، پروتئینها، چربیها، اسیدهاي نوکلئیک و.... به مواد قابلحل - نظیر منوساکاریدها، آمینواسیدها و ترکیبات آلی سادهي دیگر - که بتوانند به عنوان منبع کربن و انرژي مورد استفاده قرار گیرند، میباشد.
