25673

مدلسازي و بهينه سازي فرآيند هضم بي هوازي با تركيب چند خوراك ورودي به هاضم در يك تصفيه خانه فاضلاب شهري

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-گرايش تبديل انرژي-سيستم هاي انرژي

1400/08/24

دكتر سپهر صنايع

مهندسي مكانيك

ديدگاه اقتصاد چرخه‌اي، ضرورت دفع ايمن لجن‌هاي فاضلاب و توليد بيوگاز به‌عنوان منبع انرژي، نيروگاه‌هاي تصفيه‌ فاضلاب شهري را به سمت استفاده از فرآيند هضم بي‌هوازي با خوراك لجن، كشانده است. اما بعضا هاضم‌هاي اين نيروگاه‌ها با ظرفيت مازاد طراحي شدند و همچنين بدليل مشخصات بيولوژيكي لجن فاضلاب، متان كافي به‌اندازه‌ي توان طراحي موتورهاي گازسوز، توليد نمي‌شود. در اين پژوهش، امكان‌سنجي فني، اقتصادي و پايداري ارتقا عملكرد هاضم‌هاي تصفيه‌خانه جنوب تهران، با تزريق سه خوراك كمكي گريس، پسماند غذايي و كود گاوي، بررسي گرديد. به اين منظور، ابتدا مدل هضم بي‌هوازي شماره 1 (ADM1) براي پيش‌بيني فرآيند هضم لجن‌هاي اين تصفيه‌خانه توسعه داده شد. سپس با استفاده از تست‌هاي پتانسيل متان‌زايي (BMP) و نتايج آناليز حساسيت مدل ADM1، اين مدل براي لجن‌هاي اين تصفيه‌خانه كاليبره گرديد. از مدل كاليبره‌شده‌ي ADM1، با كمك داده‌هاي تجربي تصفيه‌خانه جنوب تهران در 140 روز، مدل اعتبارسنجي و همچنين امكان‌سنجي استفاده از خوراك‌هاي كمكي با كمك سيستم تنظيم نرخ جريان، انجام شد. نتايج امكان‌سنجي فني نشان داد كه استفاده از خوراك كمكي و ارتقاي عملكرد هاضم از مونودايجسشن به كودايجسشن مي‌تواند راهكاري مطمئن براي رسيدن به توان طراحي مدنظر باشد به‌گونه‌اي كه متوسط توان توليدي 0.903 MW در شرايط مونودايجسشن به 2.5 MW در شرايط كودايجسشن رسيد. در ميان سه خوراك كمكي بررسي شده، كود گاوي بدليل نرخ بالاي تغذيه (حدود 593 m3/day)، گزينه مناسبي براي انتخاب نيست. آناليز پايداري نشان داد كه هضم لجن با اين سه خوراك در محدوده ايمن و پايدار هاضم (pH بين 6.5 تا 7.5) قرار گرفته است. در اين ميان، پسماند غذايي از ساير حالات پايدارتر و ايمن‌تر بود. بررسي اقتصادي تبعات ارتقا عملكرد هاضم از مونودايجسشن به كودايجسشن نشان داد كه، گريس به دليل عدم نياز به آماده‌سازي و همچنين سياست تشويقي دفع اين پسماند، در كنار متان توليدي سود بيشتري براي نيروگاه ايجاد مي‌كند.

1400/09/16

Modeling and optimization of anaerobic digestion process by combining multiple substrates in a wastewater treatment plant

11/15/2022 12:00:00 AM

Circular economy, the necessity of wastewater sludge safe disposal and producing biogas as a renewable energy source, are the main motivations of wastewater treatment plants (WWTPs) to use anaerobic digestion process. Although, WWTPs are normally designed with a spare capacity and the methane produced by anaerobic digesters (ADs) is not sufficient to fulfill the requirement of gas engines, in this study a procedure to remedy this issue is proposed and technical, stability and economical feasibilities is assessed. The procedure is to inject three different co-substrates namely greases, biowaste and manure to the ADs. First, anaerobic digestion model number 1 (ADM1) was modified to co-digestion and calibrated with biochemical methane potential (BMP) tests. Then, the calibrated ADM1 model was validated with 140 days of biogas data from South Tehran WWTP and finally coupled with an PID controller which controls the co-substrate feeding rate. Technical feasibility results show that upgrading ADs from mono-digestion to co-digestion is a assured way to fulfill the requirements of gas engines. The mean power produced in mono-digestion condition was about 0.903 MW while, it reaches to 2.5 MW in co-digestion condition. Among three used co-substrates, manure is not a proper choice due to its high feeding rate (nearly 593 m3/day). Stability analysis shows that ADs in all co-digestion conditions was stable (pH between 6.5 and 7.5). Co-digestion of sludge and biowaste had the most stable condition among others. Economic study reveals that grease has higher profit for WWTP than other co-substrates because it does not need preparation and treatment equipment and it has gate fee.