walden-pond



تاثیر نرخ اختلاط فضولات گاوی با آب در تولید بیوگاز
خلاصه
بیوگاز یک راه حل جایگزین برای حل بحران انرژی در اندونزی می باشد.در 2013 جمعیت احشام 13.13 میلیون راس بوده است.استفاده از فضولات گاوی دارای این پتانسیل هست که با تولید بیوگاز ضمن ایجاد سوخت جایگزین برای استفاده های خانگی، موتورهای احتراق داخلی را به راه انداخته و برق تولید نماید.این کار با استفاده از یک نوع هاضم بسته(بچ) انجام شده و در انجام آزمایش از مخازن با ظرفیت 20 لیتری استفاده گردیده است.هدف از انجام آزمون این بوده که بر پایه نسبت های اختلاط متفاوت فضولات گاوی و آب، به تولید بهینه بیوگاز نائل شود.نسبت اختلاط فضولات گاوی با آب به ترتیب برابر با 1:1، 1:1.4، 1:1.7،1:2 و 1:2.5 بر حسب کیلوگرم بر کیلوگرم بود.گاز کروماتوگرافی اجزای گاز تولیدی در بیوگاز را نشان داد و آزمایشات کالریمتری ارزش کالری را مشخص نمود.این مطالعه ترکیب بیوگاز که بیش از هر چیز دارای گاز متان است را مشخص نمود.نتایج نشان داد که اختلاط فضولات گاوی با آب به نسبت 1:1.7 بیوگاز را در بالاترین غلظت متان برابر با 61.78 درصد حجمی و ارزش حرارتی 5498.54 کیلوکالری بر متر مکعب تولید می نماید.


مقدمه
کمبود و افزایش قیمت سوخت مشکلی جهانی است و این مشکل به ویژه در اندونزی زیاد دیده می شود.بحران انرژی ملاحظه ای مهم شده است و غیر ممکن است که نادیده انگاشته شود.بیوگاز می تواند راه حل جایگزین بوده و به ویژه در اندونزی به مصرف برسد.گاز می تواند تجدید پذیر بوده و به اسانی ساخته شود، زیرا فراوانی مواد خام در کشور باعث می شود که آن ها غیر قابل دسترس نباشند.مطابق با اطلاعات آماری 2013، 13.13 میلیون راس گاو در اندونزی وجود داشته اند و لذا پتانسیل خوبی برای استفاده از مدفوع و فضولات آن ها جهت تولید بیوگاز وجود داشته است.این سوخت جایگزین می تواند دارای استفاده های خانگی بوده و یا با راه اندازی موتورهای احتراق داخلی، الکتریسیته تولید نماید.کودها، به ویژه مال گاو و بز، معمولا جمع شده و توسط کشاورزان توده می گردد.این یک مشکل جدی برای مزرعه است، زیرا بوهای بد و مشکلات دیگر تندرستی ایجاد می شود.بر عکس، زایدات می توانند به عنوان مواد خام بیوگاز مورد استفاده قرار گرفته و مایع هاضم قادر است به عنوان کود آلی غنی از مواد مغذی مورد نیاز گیاه مصرف گردد.بیوگاز گازی سوختنی(گاز قابل اشتعال) است و محصول نهایی هضم و تخمیر در تجزیه مواد آلی توسط فعالیت باکتری ها در شرایط بدون هوا(بی هوازی) یا تخمیر هوازی می باشد.بیوگاز می تواند بخوبی به عنوان سوخت استفاده شود، زیرا ارزش حرارتی بالایی دارد.ارزش حرارتی بیوگاز محدوده ای از 4800 تا 6700 کیلوکالری بر متر مکعب دارد( گاز متان خالص با غلظت 100 درصد ارزش حرارتی 8900 کیلوکالری بر متر مکعب دارد) ترکیب بیوگاز شامل متان ، دی اکسید کربن، نیتروژن و هیدروژن است.این ترکیب در جدول یک نشان داده شده است.
جدول شماره یک-ترکیب بیوگاز

BIMIX1

اگر پی اچ در شرایط بازی و بین 6.5 تا 7 باشد، رشد باکتری های تولید کننده متان خوب است.بهترین پی اچ برای تولید متان 7 است.اگر مقدار پی اچ زیر 6.5 باشد، فعالیت باکتری های تولید کننده متان کاهش می یابد و اگر این مقدار به زیر 5 برسد تخمیر عملا متوقف می گردد.
وقتی فرآیند تخمیر در شرایط معمول و بی هوازی صورت می گیرد، محدوده اتوماتیک پی اچ بین 7 و 8 می شود.اگر پی اچ بالاتر از 8.5 باشد، تاثیر منفی در رشد جمعیت باکتری های تولید کننده متان که در تولید گاز متان داخل راکتور موثرند خواهد داشت.
ترکیب بیوگاز بر مبنای اصل مواد زاید مورد استفاده و فرآیند بی هوازی که اتفاق می افتد فرق خواهد داشت.اگر سیستم بتواند درصد به اندازه کافی بالا از بیوگاز و در اندازه های 55 تا 75 درصد متان تولید نماید، بیوگاز می تواند به عنوان سوخت جایگزین مورد استفاده قرار گیرد.
بیوگاز در روز هفتم پس از شروع تشکیل می گردد، در روز 14 میزان متان بیوگاز به بالاترین مقدار خود می رسد و در روز 21 ارزش متان بیوگاز شروع به کاهش می نماید.
در تولید بیوگاز، به منظور تولید حداکثر حجم بیوگاز، ترکیب مواد خام فضولات و مایع سیرابی( استارتر) باید بالانس شده باشد.اگر نسبت متعادل نبوده و برای مثال سیرابی بیش از مدفوع و آب باشد، بیوگاز تولیدی کمتر خواهد بود، زیرا ترکیب مواد خام فقط منبع باکتری بدون حضور سوبستره بوده و باکتری فاقد غذا غیر مولد خواهد بود.استارتر که می تواند اضافه شود شامل لجن فعال و سیرابی گاو است.
اختلاف در سطوح آب مورد استفاده در اختلاط با فضولات گاوی در نرخ تولید بیوگاز تاثیر گذار است.در طی فرآیند تخمیر بیوگاز، محتویات آب برای تخمیر و تولید خیلی مهم است.با این حال، در آب خیلی بالا فعالیت باکتری های متان ساز متوقف خواهد گردید.این امر به خاطر این است که آب اضافی غلظت اکسیژن را که برای باکتری های بی هوازی سمی است افزایش می دهد.بر عکس، چنانچه آب خیلی کم باشد سبب تولید اسید استیک خواهد شد که ایجاد تخمیر مستقیم نموده و به نوبه خود روی سطوح بیوگاز تولیدی اثر خواهد گذارد.
تجربه
مدفوع تازه گاو مورد استفاده از مزرعه لبنی واقع در مگا کونینگان جنوب جاکارتا فراهم گردید.
این پژوهش در آزمایشگاه مهندسی مکانیک، بخش مهندسی مکانیک، دانشگاه تری ساکتی در جاکارتا راهبری شد.فرآیند تولید بیوگاز در هر سیستم بی هوازی با استفاده از یک راکتور هاضم مدل بسته(بچ) با ظرفیت بیست لیتر صورت گرفت.پژوهش توسط ایجاد پنج ترکیب اختلاط مختلف فضولات گاوی و آب با نسبت وزنی 1:1، 1:1.14، 1:1.7،1:2 و 1:2.5 انجام گردید.نمونه برداری بیوگاز و محاسبه مقدار پی اچ در روز 17 راهبری شد.

BIMIX3
تصویر یک-شماتیک تجهیزات آزمون
تصویر یک شماتیک تجهیزات مورد آزمون را نشان می دهد.مدفوع گاوی مخلوط با آب و مایع سیرابی(استارتر) به هاضم اضافه شد و به گونه ای محصور گردید که هیچ ورودی هوایی وجود نداشته باشد(ایجاد شرایط بی هوازی) این هاضم سپس در شرایط هوای آزاد رها شد تا بیوگاز شروع به تولید نماید.با استفاده از یک شیر گاز ، بیوگاز تولیدی به میان کلکتور کوچک کیسه های گاز راهنمایی گردید.نمونه های بیوگاز جهت آنالیز در کیسه نمونه حمل شده و سپس در آزمایشگاه شیمیایی دانشگاه اندونزی جاکارتا آزمایش شدند تا ترکیب و غلظت اندازه گیری گردد.اندازه گیری پی اچ-قلیاییت ترکیب فضولات گاوی و اب با درج یک سنسور پی اچ متر داخل ترکیب داخل هاضم انجام شد.
بیوگاز تولیدی در این آزمایش توسط کروماتوگرافی گازی تست شد.اطلاعات زیر نتیجه آزمون هستند و برای اجزای متان، دی اکسید کربن و هیدروژن گنجانیده شده در بیوگاز تولیدی محاسبه شده اند.
نتایج و تشریحات
در اینجا نتایج درصد مقدار(حجم به حجم) هیدروژن، متان و دی اکسید کربن در نسبت های اختلاط 1، 2، 3 ،4 و 5 آمده و در جدول شماره 2 نشان داده شده اند.
اجزای بیوگاز هر نسبت اختلاط
BIMIX2

درصد(حجم به حجم) گازهای متان و دی اکسید کربن در تصویر 2 نشان داده شده اند و مقدار پی اچ در تصویر 3 آمده است.
نرخ های اختلاط مدفوع گاوی و آب در زیر تشریح شده اند:
1-نسبت اختلاط 1(مدفوع گاوی به آب=1:1)
2-نسبت اختلاط 2(مدفوع گاوی به آب=1:1.4)
3-نسبت اختلاط 3(مدفوع گاوی به آّب=1:1.7)
4-نسبت اختلاط 4(مدفوع گاوی به آب=1:2)
5-نسبت اختلاط 5(مدفوع گاوی به آب=1:2.5)

BIMIX4

تصویر 2-درصد(حجمی به حجمی) گازهای متان و دی اکسید کربن در نسبت اختلاط مدفوع گاوی با آب

BIMIX5

تصویر 3-درصد(حجمی به حجمی) گاز هیدروژن در نسبت اختلاط مدفوع گاوی با آب
جدول 2 دلالت بر این دارد که بیوگاز تولیدی توسط ترکیب 3 با نسبت جرمی مدفوع گاوی و آب 1:1.7 بالاترین درصد حجمی متان(61.78 درصد) ، 38.21 درصد در اکسید کربن و 0.0151 درصد هیدروژن دارد.بیوگاز تولیدی ترکیب 3 ارزش حرارتی 5498.5 کیلوکالری بر متر مکعب دارد.تصویر شماره 2 کاملا نشان می دهد که ترکیب بالاتر متان در بیوگاز مقدار دی اکسید کربن کمتر را به همراه دارد و عکس این قضیه هم وجود دارد.نتایج بر این نکته دلالت دارند که اختلاط های مدفوع و آب در محدوده 1:1.7 تا 1:2 ترکیب ایده الی برای مدفوع گاوی و آب هستند تا بیوگاز بهینه را تولید نمایند.از نمودار تصویر 3 بالا نشان داده می شود که مقدار پی اچ در تخمیر گاز متان بیوگاز پایه ای و اساسی می باشد.شرایط ترکیب 5 با توجه به مقدار پی اچ 6.84 خیلی اسیدی نیست.پس رشد باکتری های متان زا بیشتر بوده و متان تولیدی بیش از ترکیبات 1، 2، 4 و 6 می باشد.این نشان می دهد که مقدار پی اچ قابل قیاس با اختلاط مدفوع و آب است.در ترکیباتی با مقدار پی اچ پایین، بیوگاز تولیدی پایینتر است و با نسبت های اختلاط بالاتر ، پی اچ کم شده و بیوگاز تولیدی هم کم می گردد.بالاترین مقدار پی اچ در محدوده اختلاط 1:1.7 و 1:2 می باشد.
نتایج
از این مطالعه معلوم می شود که کیفیت بیوگاز تولیدی توسط ترکیب فضولات گاوی و آب تحت تاثیر قرار می گیرد.قلیاییت و پی اچ نیز روی تشکیل متان در فرآیند بیوگاز تاثیر گذار هستند.برای تولید بیوگاز بهتر این است که نسبت اختلاط مواد خام مثل فضولات گاوی و آب 1:1.7 باشد.بیوگاز نشات گرفته از فضولات گاوی بالاترین سطوح متان(61.78 درصد حجمی) را با ارزش حرارتی 5498.54 کیلوکالری بر متر مکعب تولید می کند.
تقدیر و تشکر
در پژوهش ها باید از دانشگاه تریساکتی که شرایط پژوهش را برای راهبری این جستجو فراهم ساخته است تقدیر و تشکر نماییم.
چنانچه مایل هستید فعالیت خود را در سایت "یاشار بوم راشین" تبلیغ نمایید، لطفا اینجا را کلیک کنید.