تصميم وانشاء وحدة انتاج غاز حيوي تعمل بنظام التحكم الآلي

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ هندسة القوى والجرارات الزراعية - قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية - كلية الزراعة الشاطبي - جامعة الإسكندرية - مصر.

2 أستاذ هندسة القوى والالات الزراعية - قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية - كلية الزراعة الشاطبي - جامعة الإسكندرية - مصر.

3 طالبة دراسات عليا - قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية - كلية الزراعة الشاطبي - جامعة الإسكندرية - مصر.

4 مدرس هندسة القوى والالات الزراعية - قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية - كلية الزراعة الشاطبي - جامعة الإسكندرية - مصر.

المستخلص

الهدف من البحث هو تصميم وانشاء وحدة منزلية لإنتاج البيوجاز من مخلفات المطابخ مزودة بوحدة تحكم آلى لتحسين انتاجية الغاز ولسهولة الاستخدام. ولتحقيق الهدف من البحث تم تصميم وبناء مخمر غاز حيوي منزلي سعة 72 لترًا مزودًا بوحدة تحكم إلكتروني للتحكم في عوامل التخمير اللاهوائية. تم استخدام وحدة خلط كمعالجة أولية لطحن وخلط النفايات قبل دخولها إلى المخمر. تم إضافة وحدة تقليب للتحكم في زمن التقليب ووحدة تسخين للتحكم في درجة الحرارة ومراقبتها داخل المخمر. تم استخدام نظام التحكم الإلكتروني بما في ذلك كاشف الحريق لتأمين السلامة، وأجهزة استشعار درجة الحرارة والغاز، من خلال تطبيق الهاتف المحمول للمراقبة وبعض المكونات الأخرى لجعل الوحدة أكثر قابلية للتحكم وأسهل وأكثر أمانًا في الاستخدام. لتقييم أداء المخمر، تم تشغيل الهاضم على ثلاث مراحل (كل منها مع وقت استبقاء لمدة 30 يومًا). تم تنفيذ المرحلة الأولى دون استخدام نظام التحكم في درجة الحرارة المحيطة والتي تراوحت بين 24 م º و26 م º، في حين تم تنفيذ المرحلتين الثانية والثالثة عند مستويين مختلفين من درجات الحرارة، المرحلة الثانية عند 35 م º المرحلة الثالثة عند 50 مº. تم تغذية المخمر بشكل مستمر بواقع 4 لتر/يوم (2 لتر فضلات + 2 لتر ماء). تمت مراقبة درجة الحرارة ودرجة الحموضة وكمية الغاز المنتج يوميا (5 أيام في الأسبوع). بلغت كميات الغاز التراكمية للمرحلة الاولى والمرحلة الثانية والمرحلة الثالثة 165.92 و498.92 و616.56 لتر على التوالي. وهذا يعني أن رفع درجة الحرارة المحيطة إلى 35 م º و50 م º يؤدي إلى زيادة كميات الغاز بمقدار الضعف وحوالي 2.71 ضعف على التوالي.

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Akindolire, M. A., Rama, H. and Roopnarain, A. (2022) ‘Psychrophilic anaerobic digestion: A critical evaluation of microorganisms and enzymes to drive the process’, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 161, p. 112394.
Ahmed S. F. et al. (1999) ‘Improvement of biogas production Controlling some factors affecting the reactor performance‘. The 7th Conference of Misr Society of agr. Eng., 27-28 October 1999.
Babaee, A. and Shayegan, J. (2011) ‘Effect of organic loading rates (OLR) on production of methane from anaerobic digestion of vegetables waste’, in Proceedings of the world renewable energy congress, Linköping, Sweden, pp. 8–13.
Balat, M. and Balat, H. (2009) ‘Biogas as a renewable energy source—a review’, Energy Sources, Part A, 31(14), pp. 1280–1293.
Braun, R. et al. (2010) ‘Recent developments in bio-energy recovery through fermentation’, Microbes at Work: From Wastes to Resources, pp. 35–58.
Chandra, R., Takeuchi, H. and Hasegawa, T. (2012) ‘Methane production from lignocellulosic agricultural crop wastes: A review in context to second generation of biofuel production’, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(3), pp. 1462–1476.
Chen, L. and Neibling, H. (2014) ‘Anaerobic Digestion Basics. University of Idaho Extension. 6’.
Cruz, I. A. et al. (2019) ‘A new approach using an open-source low cost system for monitoring and controlling biogas production from dairy wastewater’, Journal of Cleaner Production, 241, p. 118284.
Deublein, D. and Steinhauser, A. (2011) Biogas from waste and renewable resources: an introduction. John Wiley & Sons.
Diaz, L. F. and Savage, G. M. (2007) ‘Factors that affect the process’, in Waste management series. Elsevier, pp. 49–65.
Dupin, H. J., Kitanidis, P. K. and McCarty, P. L. (2001) ‘Simulations of two‐dimensional modeling of biomass aggregate growth in network models’, Water resources research, 37(12), pp. 2981–2994.
Elashry, E. R. (2001) ‘Biogas Generation from Agricultural Residues’, Misr J. of Agric. Eng., 18 (3), pp. 741 – 753.
Elashry, E. R. (2002) ‘Corn residue as energy source’, Misr J. of Agric. Eng., 19 (3), pp. 467 – 477.
Gustavsson, J. et al. (2011) ‘Global food losses and food waste’. FAO Rome.
Güven, Y. et al. (2017) ‘Understanding the concept of microcontroller based systems to choose the best hardware for applications.’
Holm-Nielsen, J. B. and Oleskowicz-Popiel, P. (2013) ‘Process control in biogas plants’, in The Biogas Handbook. Elsevier, pp. 228–247.
Induchoodan, T. G., Haq, I. and Kalamdhad, A. S. (2022) ‘Factors affecting anaerobic digestion for biogas production: A review’, Advanced Organic Waste Management, pp. 223–233.
IRENA, I. (2016) ‘Measuring small-scale biogas capacity and production’. IRENA Abu Dhabi, United Arab Emirates.
Kaparaju, P. et al. (2008) ‘Effects of mixing on methane production during thermophilic anaerobic digestion of manure: Lab-scale and pilot-scale studies’, Bioresource technology, 99(11), pp. 4919–4928.
Karthikeyan, O. P. and Visvanathan, C. (2013) ‘Bio-energy recovery from high-solid organic substrates by dry anaerobic bio-conversion processes: a review’, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 12, pp. 257–284.
Liu, C. et al. (2017) ‘Effect of organic loading rate on anaerobic digestion of food waste under mesophilic and thermophilic conditions’, Energy & fuels, 31(3), pp. 2976–2984.
Mao, C. et al. (2015) ‘Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion’, Renewable and sustainable energy reviews, 45, pp. 540–555.
Mata-Alvarez, J. et al. (2014) ‘A critical review on anaerobic co-digestion achievements between 2010 and 2013’, Renewable and sustainable energy reviews, 36, pp. 412–427.
Monlau, F. et al. (2013) ‘Lignocellulosic materials into biohydrogen and biomethane: impact of structural features and pretreatment’, Critical reviews in environmental science and technology, 43(3), pp. 260–322.
Pain, B. F. and Hepherd, R. Q. (1985) ‘Anaerobic digestion of livestock wastes.’, in Anaerobic digestion of farm waste. Proceedings of meeting, NIRD, Reading, UK, July 1983, pp. 9–14.
Paritosh, K. et al. (2017) ‘Food waste to energy: an overview of sustainable approaches for food waste management and nutrient recycling’, BioMed research international, 2017.
Petersson, A. (2013) ‘14 - Biogas cleaning’, in Wellinger, A., Murphy, J., and Baxter, D. B. T.-T. B. H. (eds) Woodhead Publishing Series in Energy. Woodhead Publishing, pp. 329–341. doi: https://doi.org/10.1533/9780857097415.3.329.
Satyanarayana, S. & Srinvasa, R. (2017) ‘Bio gas generation from biodegradable kitchen waste’, International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology, 2(2).
Schmidt, D. (2005) ‘Anaerobic digestion overview’, University of Minnesota-Extension, Department of Biosystem and Agricultural Engineering. Minnesota. USA.
Al Seadi, T. et al. (2013) ‘Biogas digestate quality and utilization’, in The biogas handbook. Elsevier, pp. 267–301.
Sendaaza, C. (2018) ‘Anaerobic digestion of organic waste: A kitchen waste case study’.
Shahbaz, M. et al. (2020) ‘Impact of C/N ratios and organic loading rates of paper, cardboard and tissue wastes in batch and CSTR anaerobic digestion with food waste on their biogas production and digester stability’, SN Applied Sciences, 2, pp. 1–13.
Vij, S. (2011) ‘Biogas production from kitchen waste & to test the Quality and Quantity of biogas produced from kitchen waste under suitable conditions’.
Vikrant, U. D., Ajit, C. C. and Yogesh, V. A. (2014) ‘Temperature, pH and loading rate effect on biogas generation from domestic waste’, in 2014 International Conference on Advances in Engineering and Technology (ICAET). IEEE, pp. 1–6.
Xu, F. et al. (2018) ‘Anaerobic digestion of food waste–Challenges and opportunities’, Bioresource technology, 247, pp. 1047–1058.
Zheng, Y. et al. (2014) ‘Pretreatment of lignocellulosic biomass for enhanced biogas production’, Progress in energy and combustion science, 42, pp. 35–53.