توصيفگر ها :
باگاس نيشكر , كود مرغي , هضم غير هوازي , ليگنين زدايي , بيومتان
چكيده فارسي :
استفاده از انرژيهاي پاك و تجديدپذير به عنوان جايگزين بخشي از سوختهاي فسيلي مصرفي در در دهههاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. اين انرژي¬ها قابليت توليد از منابع مختلف از جمله ضايعات كشاورزي را دارا ميباشند. باگاس نيشكر به عنوان يكي از معمولترين ضايعات صنعت كشاورزي ايران و جهان در سالهاي اخير مورد توجه محققين اين حوزه قرار گرفته است. در اين پژوهش با هدف بهبود هضمپذيري باگاس نيشكر و افزايش نرخ ليگنينزدايي آن از طريق پيشفرآوري، محلول يك مولار سديم هيدروكسايد به عنوان عامل قليايي در تركيب با اتوكلاو مورد استفاده قرار گرفت. با هدف مطالعه اثر تيمار فراصوت، همزني محلول سديم هيدروكسايد و باگاس نيشكر توسط التراسونيك در سه مدت زمان 15،0و30 دقيقه استفاده شد و تغييرات مقادير ليگنين، همي سلولز و سلولز با استفاده از روش ون سوست اندازهگيري شد. سپس بر اساس نتايج يدستآمده نرخ ليگنينزدايي محاسبه شد. از طريق مقايسه مقادير ميانگين، تحليل آماري و همچنين مقايسه انرژي مصرفي سطح بهينه مدت زمان اعمال تيمار التراسونيك انتخاب شد. سپس تيمار انتخاب شده براي پيشفرآوري باگاس نيشكر مورد استفاده در آزمايشات هضم غير هوازي به كار رفت. پس از آمادهسازي، تركيبات مختلف باگاس نيشكر با كود مرغي و فاضلاب فعالشده با هفت سطح نسبت كربن به نيتروژن متفاوت در رنج 55-15 تهيه شد و درون هاضمهاي ناپيوسته تحت شرايط دماي مزوفيليك 1±37 درجه سلسيوس قرار داده شد. با هدف ارزيابي و مطالعه اثر نسبت كربن به نيتروژن بر فرآيند هضم غير هوازي، مقدار بيوگاز توليدي و محتواي بيومتان آن بررسي شد. نتايج نشان داد تاثير پيشتيمارهاي استفاده شده در تحقيق حاضر بر نرخ ليگنينزدايي معنادار بوده و روش پيشفرآوري تركيبي قليايي-اولتراسونيك ميتواند به عنوان يك روش موثر بر ليگنينزدايي باگاس نيشكر در نظر گرفته شود. در بين تيمارهاي به كار رفته، بيشترين نرخ ليگنينزدايي به مقدار 13/2±77/96 با استفاده از تيمار 45 دقيقه اتوكلاو و 30 دقيقه اولتراسونيك مشاهده شد. نتايج آناليزPCA نشان داد تيمارهاي استفاده شده با نرخ ليگنينزدايي و محتواي سلولز همبستگي مثبت دارد. درحالي كه همبستگي آنها با محتواي ليگنين و همي سلولز منفي بود. براساس نتايج بدستآمده از تحليل آماري، تيمار45 دقيقه اتوكلاو بهمره 15 دقيقه اولتراسونيك به عنوان بهترين تيمار براي پيشآوري باگاس نيشكر انتخاب شد. نتايج آزمايش هضم غيرهوازي نشان داد رنج 25-35 نسبت كربن به نيتروژن مي¬تواند به عنوان رنج بهينه در نظر گرفته شود. بيشترين مقدار بيوگاز توليدي 27/93 ميلي¬ليتر بر گرم جامدات فرار مشاهده شد. وكمترين بيوگاز توليدي براي تركيب با نسبت كربن به نيتروژن 45 مشاهده شد. دادههاي آزمايشي توليد تجمعي بيومتان با استفاده از سه مدل مرسوم گمپرتز، ترانسفر و لوجستيك به صورت نيمه¬تجربي مدلسازي شدند. نتايج مدلسازي بيومتان تجمعي توليد شده نشان داد كه گمپرتز بهترين برازش به دادههاي آزمايشي را دارا بود. اين درحالي است كه مدل ترانسفر ضعيفترين برازش را نشان داد.
چكيده انگليسي :
The utilization of clean and renewable fuels as a replacement for some of the consumed fossil fuels has been considered in recent decades. There are numerous ways to produce these energies, including using waste product. In recent years, scholars in this sector have become interested in sugarcane bagasse, which is the most prevalent agricultural industrial waste in both Iran and the rest of the globe. In this research, with the aim of improving the digestibility of sugarcane bagasse and increasing its deligninization rate through pre-processing, one molar sodium hydroxide solution was used as an alkaline agent in combination with autoclave. Sodium hydroxide solution and sugarcane bagasse were blended using ultrasonic for three periods of 0, 15, and 30 minutes in order to evaluate the effects of the ultrasound. The Van Soest method was used to quantify changes in the levels of lignin, hemicellulose, and cellulose. The deligninization rate was then estimated based on the results. Through the compare of means, statistical analysis and also the comparison of energy consumption of the optimal level, the duration of ultrasound treatment was selected. Then, in experiments involving anaerobic digestion, various treatment combinations chosen for sugarcane bagasse preparation were applied. Following the preparation of different compounds, sugarcane bagasse was combined with chicken manure and activated sewage in discontinuous digesters at a mesonilic temperature of 37±1 degrees Celsius. There were seven levels of the mixture, with varying carbon to nitrogen ratios ranging from 15 to 55. In order to evaluate and study the effect of carbon-nitrogen ratio on the anaerobic digestion process, the amount of biogas produced and its biomethane content were investigated. The results indicate that the pre - treatments used in the present study had a substantial impact on the deligninization rate, and the combined alkaline-ultrasonic pretreatment technique can be regarded as an effective approach for deligninization of sugarcane bagasse. Among the treatments, the highest de-lignin rate was observed with the amount of 96.77 ± 2.13 using 45 minutes of autoclave and 30 minutes of ultrasound treatment. The results of PCA analysis demonstrated a favorable correlation between the applied treatments and the delignin rate and cellulose content while their correlation to lignin and hemicellulose content was adverse. The 45-minute autoclave treatment with a 15-minute ultrasonic treatment was chosen as the optimum method for sugarcane bagasse preprocessing based on the findings of the statistical analysis. The results of the anaerobic digestion test showed that the ratio of carbon to nitrogen in the range of 25 to 35 can be considered as the optimal range. The maximum concentration of biogas was 93.27 ml/g of volatile solids, and the lowest concentration of biogas was associated with the combination of 45 carbon to nitrogen. Three conventional Gompertz, transfer, and logistic models were used to semi-empirically model the test data of cumulative biomethane production. The results of cumulative biomethane modeling showed that the Gompertz model had the best fit to the experimental data. This is when the transfer model showed the weakest fit.