عنوان :
توليد هيدروژن زيستي از كاه برنج طي تخمير تاريك توسط بيوفيلم حاصل از مخلوط ميكروبي در راكتور بيوفيلمي پيوسته
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
بيوتكنولوژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 102ص.: مصور، جدول، نموار
استاد راهنما :
حميد زيلويي
توصيفگر ها :
هيدروژن زيستي , كاه برنج , تخمير تاريك , راكتور زيستي , راكتور بيوفيلمي بستر ثابت , زمان ماند هيدروليكي
استاد داور :
كيخسرو كريمي، محمد هادي جزيني
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/05/15
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/05/27
چكيده فارسي :
چکیده استفاده از سوخت های فسیلی به عنوان منبع اصلی تامین انرژی بشر باعث ایجاد مشکالت فراوانی شده است که از جملهی آن میتوان به آلودگی هوا ایجاد مشکل برای سالمتی انسان مشکالت زیست محیطی و همچنین تغییرات آب و هوایی اشاره کرد هیدروژن به عنوان پاک ترین سوخت شناخته شده که هیچ گونه گاز آلوده کنندهای طی فرآیند سوختن ایجاد نمیکند میتواند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی قلمداد شود زیست توده یکی از فراوانترین منابع برای تامین انرژی در جهان است و کاه برنج با تولید حدود 006 تا 009 میلیون تن در سال یکی از فراوان ترین و کم کاربردترین پسماندهای زیست توده است که میتواند به عنوان منبع مناسبی برای تولید هیدروژن زیستی مورد استفاده قرار گیرد در این پژوهش از کاه برنج جمع آوری شده در یکی از مزارع اطراف اصفهان به عنوان خوراک استفاده شد که بر اساس آزمون سنجش میزان کربوهیدراتها و لیگنین حاوی به ترتیب 15 04 62 02 و 33 7 درصد گلوکان زایالن و لیگنین است این کاه پس از پیشفرآوری فیزیکی و غربال تحت دو مرحله آبکافت اسیدی رقیق قرار گرفت در مرحلهی اول 01 گرم کاه برنج با 001 میلی لیتر محلول اسید سولفوریک 1 در مدت 03 دقیقه در دمای 021 درجه سانتیگراد آبکافت شد در مرحلهی دوم جامد حاصل از مرحلهی اول با 001 میلی لیتر سولفوریک اسید 5 0 درصد در مدت 01 دقیقه و در دمای 081 درجه سانتیگراد مجددا مورد آبکافت قرار گرفت طی مرحلهی اول آبکافت 94 85 درصد از زایلوز و در مرحلهی دوم آبکافت 82 91 درصد از گلوکز آزاد شد در مجموع طی دو مرحلهی آبکافت 07 17 درصد از زایلوز 57 62 درصد از گلوکز و 32 19 درصد از دیگر قندها آزاد شد آموزش شبکهی عصبی بر آبکافت مرحلهی اول توانست تولید گلوکز و زایلوز را به ترتیب با اختالف 53 و 34 درصد پیشبینی کند قند تولیدی از مرحلهی آبکافت برای تولید هیدروژن در راکتور پیوسته بیوفیلمی توسط فرآیند تخمیر تاریک استفاده شد برای تشکیل بیوفیلم راکتور از لجن بیهوازی تصفیه خانه شمال اصفهان استفاده شد که طی دو مرحله پیشفرآوری حرارتی 03 دقیقه و 09 درجه سانتیگراد و اسیدی 21 ساعت در 4 8 pH درون راکتور قرار گرفت در این پژوهش از 3 زمان ماند هیدرولیکی 71 2 8 و 2 ساعت استفاده شد تا تاثیر این متغیر بر نرخ تولید هیدروژن و بازده تولید هیدروژن مشخص شود با کاهش زمان ماند هیدرولیکی ترکیب درصد متان در گاز تولیدی در راکتور کاهش پیدا کرد به صورتی که در زمان ماند هیدرولیکی 2 ساعت این مقدار تقریبا به صفر نزدیک شد نسبت تولید استیک اسید به بوتیریک اسید طی کوتاهتر شدن زمان ماند هیدرولیکی از 54 1 به 99 1 افزایش پیدا کرد عالوه بر این با کوتاهتر شدن زمان ماند هیدرولیکی میزان اکسیژن خواهی شیمیایی مایع خروجی از راکتور کاهش پیدا کرد اما کاهش میزان استیک اسید و بوتیریک اسید به نسبت دیگر متابولیتهای محلول تولیدی کمتر گزارش شده است که در نهایت مجموعهی این تغییرات به بهبود تولید هیدروژن زیستی منجر شد به نحوی که در زمان ماند هیدرولیکی 2 ساعت بیشترین بازده تولید هیدروژن به میزان 1 مول هیدروژن بر مول گلوکز مصرفی و بیشترین نرخ تولید هیدروژن برابر با 252 میلیلیتر هیدروژن بر لیتر ساعت اندازهگیری شد واژگان کلیدی هیدروژن زیستی کاه برنج تخمیر تاریک راکتور زیستی راکتور بیوفیلمی بستر ثابت زمان ماند هیدرولیکی
چكيده انگليسي :
Biological Hydrogen Production from Rice Straw via Dark Fermentation using Continuous Biofilm Reactor Mohammad Safari Amir mohamad safari@gmail com June 24 2019 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree M Sc Language FarsiSupervisor Hamid Zilouei Hzilouei@cc iut ac irAbstractFossil fuels as primary sources of energy have been shown various disasters during lastdecades including dominant source of air pollution and greenhouse gas emission and globalclimate change and therefore negative impacts on human and ecosystem Hydrogen withthe highest energy density and as a clean without any pollutant generation has beenconsidered as a proper alternative of energy Biomass is the most abundant renewable energyresource in the world Rice straw with 600 900 million tons annually is one of the abundantagricultural biomass residues in the world that can be used to produce hydrogen by thebiological process In this study rice straw was collected from a farm located in Lenjan Isfahan Iran Determination of structural carbohydrates and lignin showed that this ricestraw was contained 40 51 20 26 7 33 w w glucan xylan and lignin respectively Itwas ball milled and screened by 20 and 80 meshes then hydrolyzed using two differentdilute sulfuric acid stages In the first hydrolysis stage 10 g rice straw was mixed with 100ml sulfuric acid 1 w v at 120 C for 30 min Afterward the solid residues were used forthe second hydrolysis stage with 0 5 sulfuric acid at 180 C for 30 min The results showthe ability of first stage hydrolysis to depolymerize xylan to xylose with a yield of 58 49 and second stage hydrolysis with a yield of 19 28 for glucose The reduced sugars fromtwo hydrolysis stages were fed to the continuous biofilm fixed bed reactor for the productionof biohydrogen via dark fermentation The microbial mixture used for biofilm formation wasanaerobic sludge from north east sewage treatment plant of Isfahan which was pre treatedin a thermal shock at 90 C for 30 min and acid shock at pH 4 8 for 12 h The effect of threedifferent HRTs 17 8 2 2 h on hydrogen production rate and hydrogen yield wasinvestigated at pH 5 3 and 37 C Reduction of HRT resulted in the reduction of methanepercentage on total biogas Further by shifting from high to low HRTs output COD wasdecreased from 3119 9 to 2972 9 mg L On the other hand acetic acid and butyric acidproduction reduction were slower than other soluble metabolites like ethanol The highestgas production rate of 0 252 L H2 L h and hydrogen yield of 1 mol H2 mol sugar werereported at 2 h HTR Keywords Biohydrogen Rice straw Dark fermentation Bioreactor Continues reactor Biofilm reactor Hydraulic retention time
استاد راهنما :
حميد زيلويي
استاد داور :
كيخسرو كريمي، محمد هادي جزيني
