28580

تعيين پارامترهاي عملياتي مؤثر بر فرآيند هضم بي هوازي بر مبناي روشهاي آماري

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- مهندسي محيط‌ زيست

1399

1402/04/17

دكتر مريم حسني زنوزي

دكتر محبوبه مولوي عربشاهي

مهندسي عمران

اگرچه فناوري هضم بي هوازي جديد نبوده و از اوايل دهه 1980 تجاري سازي شده است اما آمارها نشان مي‌دهد كه همچنان كمتر جهت بازيابي انرژي به كارگرفته مي شود. علت اين امركمبود توليد متان است كه مي‌تواند ريشه در مشكلات عملياتي و بي‌ثباتي فرآيند داشته باشد. عوامل متعددي بر عملكرد هضم بي‌هوازي تأثيرگذارند كه بهينه سازي اين عوامل مي تواند كارايي فرآيند را بهبود بخشيده و توليد بيوگاز را به حداكثر برساند. در اين زمينه تاكنون مطالعات بسياري انجام شده است كه عموم آنها در مقياس آزمايشگاهي بوده اند و تنها به بررسي تأثير پارامترهاي داخل هاضم بي هوازي شامل دما، قليائيت، pH، نرخ بارگذاري و نظاير آن بر عملكرد هاضم پرداخته اند. اين در حالي است كه شرايط داخل هاضم، نشئت گرفته از شرايط خارج هاضم و به عبارتي عملكرد واحدهاي فرآيندي قبل از هاضم مي باشد. به طور مثال كيفيت و كميت خوراك ورودي به هاضم، عملكرد و بازدهي حوضچه هاي تغليظ و ته نشيني لجن اوليه و ثانويه و حتي كيفيت و كميت فاضلاب خام ورودي به تصفيه خانه، مواردي هستند كه شرايط داخل هاضم را كنترل مي كنند. به همين دليل، در پژوهش حاضر، به بررسي آماري ميزان ارتباط و همبستگي پارامترهاي كمي و كيفي فرآيندهاي قبل از هاضم بي هوازي با بيوگاز خروجي از هاضم، در قالب 3 سناريو مختلف پرداخته شد. براي اين منظور، تصفيه خانه جنوب تهران، با ظرفيت بيش از 420000 مترمكعب فاضلاب در روز براي چهار مدول از هشت مدول مورد استفاده قرار گرفت. در سناريو اول به پارامترهاي خوراك ورودي تصفيه‌خانه پرداخته شد. در اين سناريو بار TSS، BOD5 و COD ورودي به تصفيه خانه به ترتيب با ضرايب همبستگي پيرسون 0/66 ، 0/77 و0/73 بيشترين ارتباط را با بيوگاز خروجي هاضم از خود نشان دادند. در سناريو دوم به پارامترهاي حوضچه هاي ته نشيني پرداخته شد. نتايج حوضچه‌ي ته‌نشيني اوليه حاكي از بيشترين همبستگي بين بيوگاز توليدي هاضم با غلظت و بار BOD5 حذف شده طي ته نشيني اوليه بود كه در حالت ماهانه ضريب همبستگي پيرسون به ترتيب به 0/67و 0/51 رسيد. در حوضچه ته نشيني ثانويه نيز بيوگاز توليدي هاضم همبستگي نسبتاً زيادي با بار MLSS و MLVSSخروجي از ته نشين ثانويه از خود نشان داد كه در حالت ماهانه ضريب پيرسون به ترتيب 0/41 و0/46 حاصل شد. در سناريو سوم به بررسي پارامترهاي مؤثر در خوراك ورودي به هاضم پرداخته شد. محتواي جامدات خشك لجن حاصل از حوضچه ته نشيني اوليه پس از تغليظ(DS1)، محتواي جامدات خشك لجن حاصل از حوضچه ته نشيني ثانويه پس از تغليظ(DS2)، ميانگين وزني محتواي جامدات خشك ورودي به هاضم (DSAve)و بارجرمي مواد آلي حاصل از ته نشيني اوليه ورودي به هاضم (Primary Organic load To Digester) بيشترين همبستگي را با بيوگاز خروجي هاضم داشتند و ضريب همبستگي پيرسون در حالت ماهانه به ترتيب برابر با 0/66، 0/54،0/59 و 0/65 شد. به طور كلي نتايج نشان مي دهد كه مشخصات فاضلاب خام ورودي به تصفيه خانه و نيز ويژگيهاي خوراك ورودي به هاضم (خروجي واحدهاي تغليظ لجن) بيشترين سهم را در كنترل عملكرد هاضم بي هوازي و ميزان توليد بيوگاز دارند.

1402/05/23

Determining the operational parameters affecting the anaerobic digestion process based on statistical methods

7/7/2024 12:00:00 AM

Although anaerobic digestion technology is not new and has been commercialized since the early 1980s, statistics show that it is still underutilized for energy recovery. The reason for this is the insufficient methane production, which can be rooted in operational issues and process instability. Several factors affect the performance of anaerobic digestion, and optimizing these factors can improve process efficiency and maximize biogas production. Many studies have been conducted in this field, mostly at the laboratory scale, focusing only on investigating the effect of parameters within the anaerobic digester itself, such as temperature, alkalinity, pH, loading rate, and similar factors. However, the conditions inside the digester are influenced by the conditions outside the digester, meaning the performance of upstream process units before digestion. For example, the quality and quantity of the feedstock entering the digester, the performance and efficiency of primary and secondary settling tanks, and even the quality and quantity of the raw wastewater entering the treatment plant are factors that control the conditions inside the digester. For this reason, the present study focuses on statistically examining the correlation and interdependence of quantitative and qualitative parameters of processes preceding anaerobic digestion with the biogas output from the digester, in the form of three different scenarios. In the first scenario, the parameters of the influent feedstock to the treatment plant are considered. In this scenario, the TSS, BOD5, and COD loading of the influent to the treatment plant showed the highest correlation coefficients of 0.66, 0.77, and 0.73, respectively, with the biogas output from the digester. In the second scenario, the parameters of the settling tanks are examined. The results of the primary settling tank indicated the highest correlation between the digester biogas production and the concentration and Load of removal BOD5 during primary settling, with monthly Pearson correlation coefficients of 0.67 and 0.51 respectively. In the secondary settling tank, the digester biogas production showed a relatively high correlation with the MLSS and MLVSS loading from the secondary settling tank, with Pearson correlation coefficients of 0.41 and 0.46, respectively. In the third scenario, the influential parameters in the feedstock entering the digester are investigated. The dry solids content of the sludge from primary settling tank after thickening, the dry solids content of the sludge from the secondary settling tank after thickening, the average weight of the feedstock solids, and the organic mass loading from primary settling tank to the digester showed the highest correlation with the digester biogas output, with monthly Pearson correlation coefficients of 0.66, 0.54, 0.59 and 0.65, respectively. Overall, the results indicate that the characteristics of the influent wastewater to the treatment plant and the characteristics of the feedstock entering the digester (output of sludge thickening units) have the greatest influence on the performance of anaerobic digestion and the amount of biogas produced.

هضم بي هوازي , پارامتر عملياتي , روش آماري

َAnaerobic digestion , Operational parameter , Statistical method

Mahdi Khanzadegan

Dr.Maryam Hassani zonoozi