ارزیابی تولید بیوگاز از هضم بی هوازی حالت خشک لجن فاضلاب شهری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز. ایران

2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد. مشهد

چکیده

چکیده
با توجه به افزایش مصرف سوخت­های فسیلی در جهان، همچنین افزایش قیمت و اثرات زیست محیطی آن­ها، امروزه نیاز و علاقه به جایگزینی آن­ها با منابع جدید و تجدیدپذیر انرژی زیاد شده است. یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر بیوگاز است و هضم بی­هوازی یکی از روش­های تولید بیوگاز از مواد آلی است که روز به روز در حال گسترش می­باشد. یکی از تقسیم­بندی­های هضم بی­هوازی حالت مایع و حالت خشک است. برخی از مزایای هضم بی­هوازی حالت جامد شامل حجم کمتر مورد نیاز رآکتور، انرژی کمتر برای گرم­کردن و جابجایی راحت­تر است. در این پژوهش هضم بی­هوازی حالت جامد لجن فاضلاب شهری مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی (حجم 1 لیتر)، دمای مزوفیلیک (37 درجه سانتی­گراد) و سهم مواد جامد 20­% انجام گرفت. نتایج ارزیابی خصوصیات لجن فاضلاب شهری نشان داد این مواد از پتانسیل خوبی برای تولید بیوگاز از هضم بی­هوازی حالت جامد برخوردارند (سهم مواد جامد کل 7/25­%، سهم مواد جامد فرار 7/50­% و نسبت کربن به­ازت 7/11). هم­چنین نتایج حاصل از هضم بی­هوازی نشان داد مقدار 362 میلی­لیتر بیوگاز به­ازای هر گرم مواد جامد فرار در شرایط نرمال آزمایشگاهی به­دست آمد. از این میزان 213 میلی­لیتر متان حاصل شد که معادل 8/58­% است. هم­چنین میزان درصد کاهش مواد جامد فرار که یکی از پارامترهای بهره­وری آزمایش است 7/63­% به­دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عمرانی، ق. 1375. مبانی تولید بیوگاز از فضولات شهری و روستایی. چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران، تهران، ص:170.
ماروسی، م. و لیلی، م. 1388. میکروبیولوژی هاضم های بی‌هوازی. تالیف مایکل اچ.جراردی، چاپ اول، انتشارات شهرآب، تهران، ص:180.
Ahmadi-Pirlou, M, Ebrahimi-Nik, M, Khojastehpour, M. and Ebrahimi, S.H. 2017. Mesophilic co-digestion of municipal solid waste and sewage sludge: Effect of mixing ratio, total solids, and alkaline pretreatment. International Biodeterioration & Biodegradation, 125: 97-104.
APHA. American Public health association. 2005. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 21st ed.  New York.
Borowski, S., Domanski, J. and Weatherley, L. 2014. Anaerobic co-digestion of swine and poultry manure with municipal sewage sludge. Waste Management, 34: 513-521.
Brown, D. and Li, Y. 2013. Solid state anaerobic co-digestion of yard waste and food waste for biogas production. Bioresource Technology, 127: 275-280.
Capela, I., Rodrigues, A., Silva, F., Nadais, H. and Arroja, L. 2008. Impact of industrial sludge and cattle manure on anaerobic digestion of the OFMSW under mesophilic conditions. Biomass and Bioenergy, 32: 245–251.
Cui, Z., Shi, J. and Li, Y. 2011. Solid-state anaerobic digestion of spent wheat straw from horse stall. Bioresource Technology, 102: 9432–9437.
Dai, X., Duan, N., Dong, B. and Dai, L. 2013. High-solids anaerobic co-digestion of sewage sludge and food waste in comparison with mono digestions: Stability and performance. Waste Management, 33: 308-316.
Demirbas, A., Taylan, O. and Kaya, D. 2016. Biogas production from municipal sewage sludge (MSS). Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects. Vol. 38, NO. 20: 3027–3033.
Derbal, K., Bencheikh-lehocine, M. and Meniai, A.H. 2012. Study of Biodegradability of Organic Fraction of Municipal Solids Waste. Energy Procedia, 19: 239-248.
Garcia, A. J, Esteban, M. B, Marquez, M. C. and Ramos, P. 2005. Biodegradable municipal solid waste: Characterization and potential use as animal feedstuffs. Waste Management, 25: 780-787.
Grosser, A., Neczaj, E., Singh, B. R, Almås, A. R., Brattebø, H. and Kacprzak, M. 2017. Anaerobic digestion of sewage sludge with grease trap sludge and municipal solid waste as co-substrates. Environmental Research, 155: 249-260.
Guarino, G., Carotenuto, C., Cristofaro, F. D., Papa, S., Morrone, B. and Minale, M. 2016. Does the C/N ratio really affect the Bio-methane Yield? A three years investigation of Buffalo Manure Digestion. Chemical Engineering Transactions, 49: 463-468.
Huang, X., Yun, S., Zhu, J., Du, T., Zhang, C. and Li, X. 2016. Mesophilic anaerobic co-digestion of aloe peel waste with dairy manure in the batch digester: Focusing on mixing ratios and digestate stability. Bioresource Technology, 218: 62-68.
Kaluza, L., Šuštaršic, M., Rutar, V. and Zupancic, G. D. 2014. The re-use of Waste-Activated Sludge as part of a ‘‘zero-sludge’’ strategy for wastewater treatments in the pulp and paper industry. Bioresource Technology, 151: 137–143.
Li, C., Champagne, P. and Anderson, B. C. 2011. Evaluating and modeling biogas production from municipal fat, oil, and grease and synthetic kitchen waste in anaerobic co-digestions. Bioresource Technology, 102: 9471-9480.
Li, Y., Zhang, R., Chen, C., Liu, G., He, Y. and Liu, X. 2013. Biogas production from co-digestion of corn Stover and chicken manure under anaerobic wet, hemi-solid, and solid-state conditions. Bioresource Technology, 149: 406-412.
Liu, G., Zhang, R., El-Mashad, H. M. and Dong, R. 2009. Effect of feed to inoculum ratios on biogas yields of food and green wastes. Bioresource Technology, 100: 5103-5108.
Murto, M., Bjornsson, L. and Mattiasson, B. 2004. Impact of food industrial waste on anaerobic co-digestion of sewage sludge and pig manure. Journal of Environmental Management, 70: 101–107.
Nielfa, A., Cano, R. and Fdz-Polanco, M. 2015. Theoretical methane production generated by the co-digestion of organic fraction municipal solid waste and biological sludge. Biotechnology Reports, 5: 14–21.
Rodríguez-Abalde, A., Flotats, X. and Fernández, B. 2017. Optimization of the anaerobic co-digestion of pasteurized slaughterhouse waste, pig slurry and glycerine. Waste Management, 61: 521-528.
Samolada, M. C. and Zabaniotou, A. A. 2014. Comparative assessment of municipal sewage sludge incineration, gasification and pyrolysis for a sustainable sludge-to-energy management in Greece. Waste Management, 34: 411-420.
Sosnowski, P., Wieczorek, A. and Ledakowicz, S. 2003. Anaerobic co-digestion of sewage sludge and organic fraction of municipal solid wastes. Advances in Environmental Research, 7: 609-616.
Tezel, U., Tandukar, M., and Pavlostathis, S. G. 2011. Anaerobic Biotreatment of Municipal Sewage Sludge. Municipal Wastes: 447-461.
Weiland, P. 2010. Biogas production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol., 85:849–860.
Zhang, C., Xiao, G., Peng, L., Su, H. and Tan, T. 2013. The anaerobic co-digestion of food waste and cattle manure. Bioresource Technology, 129: 170-176.
Zhang, W., Wei, Q., Wu, S., Qi, D., Li, W., Zuo, Z. and Dong, R. 2014. Batch anaerobic co-digestion of pig manure with dewatered sewage sludge under mesophilic conditions. Applied Energy, 128: 175-183.