توصيفگر ها :
بيومتان , هضم بي هوازي , باگاس نيشكر , كود مرغي , لجن فاضلاب , هاضم بيوگاز
چكيده فارسي :
در دسترس بودن انرژي يكي از حياتي‌ترين نيازهاي بشري است و استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير به عنوان جايگزين سوخت‌هاي فسيلي، مي¬تواند بخش مهمي از نيازهاي جامعه را برطرف كند. بيوگاز يكي از منابع انرژي تجديدپذير است كه مي¬تواند جايگزين سوخت¬هاي معمولي براي توليد گرما و نيرو شود. توليد بيوگاز از طريق فرآيند هضم بي¬هوازي به عنوان يك روش كارآمد و پايدار براي تبديل ضايعات به انرژي و مواد با ارزش شناخته شده است. باگاس نيشكر از نظر انرژي يك محصول مهم مي¬باشد كه براي توليد بيوگاز استفاده مي‌شود. هضم مشترك فضولات مرغي با ضايعات كشاورزي همچون باگاس نيشكر در شرايط بي¬هوازي مي¬تواند يكي از بهترين راهكارها انتخاب براي افزايش هضم¬پذيري و توليد بيوگاز با محتواي متان بيشتر باشد. در اين پژوهش با هدف بهبود هضم‌پذيري باگاس نيشكر و افزايش نرخ ليگنين‌زدايي آن از طريق پيش‌فرآوري اكسيداسيون-اتوكلاو، محلول پراكسيد هيدروژن با چهار سطح غلظت (0، 5، 10 و 15) درصد با نسبت جامد به مايع 1:10 به عنوان عامل قليايي در تركيب با پيش¬فرآوري اتوكلاو در مدت زمان‌هاي مختلف (15، 30، 45 و 60) دقيقه مورد مطالعه قرار گرفت و تغييرات مقادير ليگنين، همي¬سلولز و سلولز با استفاده از روش ون¬سوست اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد تاثير پيش‌تيمارهاي استفاده شده در تحقيق حاضر بر نرخ ليگنين‌زدايي معنادار بوده و روش پيش‌فرآوري تركيبي اكسيداسيون-اتوكلاو مي‌تواند به عنوان يك روش موثر بر نرخ ليگنين‌زدايي باگاس نيشكر در نظر گرفته شود. در بين تيمارهاي به كار رفته، بيشترين نرخ ليگنين‌زدايي مربوط به تيمار 10 درصد غلظت پراكسيد هيدروژن و 60 دقيقه اتوكلاو با مقدار 04/0±90/83 درصد ليگنين¬زدايي بود. تيمار¬هاي 10 درصد غلظت پراكسيد هيدروژن و 45 دقيقه اتوكلاو و 15درصد غلظت پراكسيد هيدروژن و 45 دقيقه اتوكلاو به ترتيب مقدار 17/0±82/69 و 09/0±21/51 درصد رتبه دوم و سوم را در نرخ ليگنين¬زدايي به خود اختصاص دادند. از بين تيمارهاي پيش¬فرآوري شده سه تيمار كه نرخ ليگنين¬زدايي بيشتري نسبت به ديگر تيمارها داشتند، براي هضم مشترك با كود مرغي با مدت زمان هضم 30 روز انتخاب شدند. تيمار 5 درصد غلظت پراكسيد هيدروژن و 45 دقيقه اتوكلاو با نرخ ليگنين¬زدايي 06/0±65/50 درصد به دليل مصرف انرژي كمتر و غلظت پراكسيد هيدروژن مصرفي كمتر در پيش¬فرآوري و ميزان آلودگي پايين¬تر در پساب به عنوان تيمار سوم براي آزمايش هضم بي هوازي با كود مرغي در نظر گرفته شد. 15 عدد هاضم ناپيوسته در محدوده دمايي 1±37 درجه سلسيوس با نسبت كربن به نيتروژن 20-10 در قالب طرح فاكتوريل راه¬اندازي شدند. نتايج نشان داد هاضم¬ها با تيمار-هاي مختلف داراي بيوگاز و بيومتان بيشتري نسبت به تركيب كنترل باگاس تيمار نشده داشتند. كه نشان از بهبود هضم¬پذيري باگاس نيشكر از طريق هضم مشترك با كود مرغي دارد. بيشترين بيوگاز توليدي مربوط به هاضم حاوي باگاس نيشكر پيش-فرآوري شده با محلول 5 درصد غلظت پراكسيد هيدروژن و 45 دقيقه اتوكلاو در تركيب با فاضلاب فعال و كود مرغي برابر 64/19±94/233 ميلي¬ليتر بر گرم جامدات فرار بود. اين درحاليست كه هاضم حاوي باگاس نيشكر تيمار داده شده با محلول 10 درصد غلظت پراكسيد هيدروژن و 60 دقيقه اتوكلاو كه بالاترين نرخ ليگنين¬زدايي را در بين 16 تيمار پيش-فرآوري قليايي باگاس نيشكر نشان داده بود، با مقدار 83/1±05/229 ميلي¬ليتر بر گرم جامدات فرار بيوگاز، بالاترين محتواي بيومتان 35/2±25/63 درصد را توليد كرد. اندازه گيري نرخ تغييرات سه شاخص زيست محيطي شامل اكسيژن خواهي شيميايي (COD)، اكسيژن خواهي بيولوژيك (BOD) و آمونياك در تيمارهاي انتخاب شده نشان داد كه هاضم با درصد ليگنين¬زدايي بالاتر و هضم مشترك داراي نرخ تغييرات بالاتري است كه نشان از فعاليت باكتريايي و هضم¬پذير شدن اجزاي مواد ارگانيك موجود در هاضم به واسطه رشد و فعاليت بهتر ميكروارگانيسم¬ها دارد.
چكيده انگليسي :
The availability of energy is one of the most vital human needs, and the use of renewable energy as an alternative to the fossil fuels can solve an important part of these. Biogas is one of the renewable energy sources that can replace conventional fuels to produce heat and power. Anaerobic digestion is known as an efficient and sustainable method to convert waste into energy and added-value products. Sugarcane bagasse (SCB) is an important product in terms of energy, which is used to produce biofuel. Co-digestion of chicken manure (CM) with agricultural waste materials such as SCB in the anaerobic conditions can be the best solution to increase digestibility and produce biogas with higher methane content. In the present research, with the aim of improving the digestibility of sugarcane bagasse and increasing its delignification rate through oxidative cleavage preprocessing, hydrogen peroxide solution with four concentration levels (0, 5, 10, 15) percent with a solid-to-liquid ratio of 1:10 was used as an alkaline agent. It was studied in combination with autoclave pre-processing for different periods of time (15, 30, 45, 60) minutes and the changes in lignin, hemicellulose and cellulose values were measured using Van Soest method. The results showed that the effect of the applied pretreatments in the present research on the delignification rate was significant and the combined oxidative cleavage preprocessing method can be considered as an effective method on the delignification rate of SCB. Among the applied pretreatments, the highest delignification rate was related to the pretreatment of 10% hydrogen peroxide concentration and 60 mins autoclave which lead to a value of 83.90±0.04% delignification. The pretreatments of 10% concentration of hydrogen peroxide and 60 mins of autoclave and 15% of concentration of hydrogen peroxide and 45 minutes of autoclave, the value of 69.82±0.17 and 51.21±0.09%, respectively, ranked the second and third between the delignification rates. Among the pre-processed treatments, three treatments those had a higher delignification rate than other treatments were selected for co-digestion process with CM with a digestion period of 30 days. The 5% hydrogen peroxide concentration treatment and 45 mins autoclave with 50.65±0.06% delignination rate was assumed as the third treatment because of less energy consumption and less hydrogen peroxide concentration used in pre-processing that lead to lower pollution level in the effluent. It was considered to test anaerobic co-digestion with CM. To study anaerobic co-digestion process for selected mixtures, 15 batch digesters were set up in the temperature range of 37 ± 1 °C with a carbon to nitrogen ratio in the range of 10-20 based on the factorial experimental design. The results showed that digesters with different treatments had more biogas and biomethane production than untreated SCB control. Which shows the improvement of digestibility of SCB through anaerobic co-digestion with CM. The highest production biogas related to the digester containing pre-processed SCB with 5% hydrogen peroxide solution and 45 mins of autoclaving in combination with active sewage sludge and CM was 233.94±19.64 ml/g.VS. While the digestate containing sugarcane bagasse treated with 10% hydrogen peroxide solution and autoclaved for 60 minutes showed the highest delignification rate among the 16 alkaline pretreatment treatments of sugarcane bagasse, with a value of 1.05±1.83. 229 ml/g.VS produced the highest biomethane content of 63.25±2.35%. Measurement of the removal rate of three environmental indices including COD, BOD and ammonia for the selected treatments showed that digester with higher percentage of delignification and co-digestion has a higher removal rate, which indicates bacterial activity and digestibility of organic matter components in digester due to better growth and activity of microorganisms.
