بررسي تجربي عوامل موثر بر عملكرد سيستم دو مرحله اي توليد متان زيستي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

امروزه انسان استفاده از سوخت¬هاي تجديدپذير را با توجه به مشكلات سوخت¬هاي فسيلي از جمله آلايندگي بالا و محدود بودن اين سوخت¬ها بسيار جدي¬تر از گذشته دنبال مي¬كند. يكي از انواع انرژي¬هاي تجديدپذير زيست-توده است. يكي از بهترين راه¬ها براي كاهش انتشار متان به جو و بهره¬گيري از انرژي زيست توده، استفاده از هضم بي¬هوازي پسماندها و توليد بيوگاز است. در اين پژوهش توليد متان زيستي از پسماند حيواني (كود گاو) درسيستم تك مرحله¬اي و سيستم دو مرحله¬اي در محدوده دماي مزوفيليك (37 درجه سلسيوس) بررسي شد. ابتدا توليد بيوگاز در سيستم تك مرحله¬اي مورد سنجش قرار گرفت كه به اين منظور از دو پيش¬فرآوري فيزيكي كاهش اندازه ذرات به سه بازه 1-2 ، 5/0-1 و 25/0-5/0 ميلي¬متر و پيش¬فرآوري گرمابي در دماهاي 120، 150 و 180 درجه سلسيوس استفاده شد و اثر پيش¬فرآوري بر توليد بيوگاز در سيستم تك مرحله¬اي بررسي شد. در مرحله دوم پژوهش، توليد بيوگاز توسط سيستم دو مرحله¬اي مورد مطالعه قرار گرفت و اثر نرخ بارگذاري مواد آلي در سه مقدار مختلف بر توليد متان در سيستم دو مرحله¬اي بررسي شد. سيستم تك مرحله¬اي 45 روز به طول انجاميد و براي اين آزمايش 23 راكتور با شرايط مختلف وجود داشت كه به صورت دوتايي(در مجموع 46 راكتور) مورد سنجش قرار گرفت. سيستم دو مرحله¬اي 66 روز مورد بررسي قرار گرفت و براي اين آزمايش 3 سيستم دو مرحله¬اي با 6 راكتور وجود داشت. سيستم دو مرحله¬اي نيز به صورت دوتايي مورد مطالعه قرار گرفت و در مجموع 6 سيستم با 12 راكتور استفاده شد. هر راكتور حاوي مخلوط ميكروبي (لجن تصفيه خانه به همراه مايع شكمبه گوسفند) و سوبسترا (كود گاو) بود. براي اندازه¬گيري مقدار گاز توليدي از روش جا¬به¬جايي ستون مايع استفاده شد و همچنين تركيب گاز و درصد متان به وسيله دستگاه كروماتوگرافي گازي در هر سيستم بدست آمد. در سيستم تك مرحله¬اي استفاده از پيش¬فرآوري سبب افزايش توليد بيوگاز نسبت به حالت پيش¬فرآوري نشده شد و همچنين در استفاده از جامدات حاصل از پيش¬فرآوري بيشترين توليد در شرايط پيش¬فرآوري در دماي 150 درجه سلسيوس و اندازه ذرات 1-5/0 ميلي¬ليتر به ميزان 216 ميلي¬ليتر متان به ازاي يك گرم جامد فرار و كمترين توليد نيز در شرايط پيش¬فرآوري در دماي 180 درجه سلسيوس و اندازه ذرات 2-1 ميلي¬ليتر به ميزان 8/136 ميلي¬ليتر متان به ازاي يك گرم جامد فرار بدست آمد. در استفاده از مايعات حاصل از پيش¬فرآوري بيشترين توليد در شرايط پيش¬فرآوري در دماي 150 درجه سلسيوس و اندازه ذرات 2-1 ميلي¬ليتر به ميزان 8/388 و كمترين توليد نيز در شرايط پيش¬فرآوري در دماي 180 درجه سلسيوس و اندازه ذرات 5/0-25/0 ميلي¬ليتر به ميزان 2/265 ميلي¬ليتر متان به ازاي يك گرم جامد فرار بدست آمد. اگرچه دماي پيش¬فرآوري در ميزان متان توليدي اثرگذار بود اما اندازه مختلف ذرات مورد استفاده تقريبا اثري بر ميزان توليد متان نداشت. در سيستم دو مرحله¬اي نمونه¬اي كه بيشترين بازده توليد متان از جامدات در سيستم تك مرحله¬اي داشت به عنوان خوراك براي سيستم دو مرحله¬اي انتخاب شد و اثر نرخ بارگذاري مواد آلي در سه مقدار مختلف 5/0، 1 و 2 گرم جامد فرار به ازاي يك ليتر در روز بر توليد متان بررسي شد كه به ترتيب 2/252، 2/265 و 9/235 ميلي¬ليتر متان به ازاي يك گرم جامد فرار توليد شد. ميزان توليد متان با افزايش ميزان خوراك¬دهي از 5/0 به 1 (گرم جامد فرار به ازاي ليتر در روز) افزايش يافت اما با افزايش خوراك¬دهي از 1 به 2 (گرم جامد فرار به ازاي ليتر در روز) توليد متان نسبت به خوراك¬دهي 5/0 و 1 (گرم جامد فرار به ازاي ليتر در روز) كمتر شد. نتايج در هر دو سيستم تحليل شد. استقاده از سيستم دو مرحله¬اي، بهبود 23 درصدي راندمان را نسبت به سيستم يك مرحله¬اي نشان داد. همچنين وجود پيش¬فرآوري تاثير مثبت بر توليد متان داشت.

210485

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

كيخسرو كريمي

احمد سوهان كار، محمدرضا سليم پور

علي اكبر عالم رجبي