تصمیم مخمـر صناعی لإنتاج المیثان الحیوى مـزود بوحـدات ترقیـة وتخزیـن

نوع المستند : Original Article

المؤلف

قسم الهندسة الزراعیة– کلیة الزراعة – جامعة الزقازیق – مصر.

المستخلص

إن الإحتیاج المتزاید فى الطلب على الطاقة لدعم عملیات التصنیع والتنمیة یؤدى إلى زیادة الطلب على مصادر الطاقة التقلیدیة فضلاً عن مواجهة المجتمع الدولى لظاهرة تغیر المناخ وإرتفاع معدلات التلوث البیئى. ومن هنا تأتى أهمیة مصادر الطاقة الجدیدة والمتجددة ویعد إنتاج الغاز الحیوی مصدراً رئیساً للطاقة المتجددة بالإضافة إلى أن إنتاج الغاز الحیوی  یعتبر من الطرق الواعدة والأمنة للتخلص الآمن من المخلفات الحیوانیة.
تناول هذا البحث تصمیم وتصنیع نظام هندسی متکامل لإنتاج وتنقیة وتخزین غاز المیثان التی یمکن تطبیقها علی النطاق التطبیقى بالمزارع  بصفة عامة ولمزارع الأرانب بصفة خاصة.
وتتمثل الأهداف الرئیسة لهذه الدراسة فیما یلی: (1) تصمیم وإنشاء نظام هندسی متکامل لتحسین إنتاج الغاز الحیوی من المخلفات الحیوانیة مزودة بوحده تنقیة وأخرى للتخزین (2) توفیر مزید من المعلومات عن العلاقة بین إمکانات إنتاج الغاز الحیوی من الکتلة الحیویة المحلیة (مخلفات الأرانب) تحت معدلات تقلیب مختلفة (3) تقییم عملیة التنقیة وتأثیرها على القیمة الحراریة للغاز المخزن.
حیث تم تغذیة المخمر المصنع  بروث الأرانب المجمع من مزرعة البحث والتجارب بکلیة الزراعة بجامعة الزقازیق. وتم تحلیل المادة الخام التی تم جمعها ثم تم إضافة المیاة لتشکیل مخلوط بترکیز -8٪. وقد تم معاملة المخلوط ببادئ نشط قد تم تجهیزة مسبقاً قبل وضعه فی المخمر وتمت التجربة تحت تأثیر معدلات مختلفة من التقلیب (مرة، مرتین، ثلاثة وأربعة مرات فی الیوم) تحت درجة حرارة میزوفیلیک 38 درجة مئویة لإنتاج الغاز الحیوی.
تلی ذلک تمریر الغاز الناتج علی وحدة الترقیة لتنقیة البیوجاز من کبریتید الهیدروجین وثانی أکسید الکربون بالإضافة لبخار الماء تحت ضغوط مختلفة  (7,35 ، 8,53 ، 9,70 و 10,88 مللی بار) والحصول علی غاز المیثان لیتم تخزینه بعد ذلک فی حجم أقل وبقیمة حرارایة أکبر. وقد أظهرت النتائج أن أفضل إنتاجیة لغاز المیثان المتحصل علیه کانت 241,73 لتر/کجم مادة صلبة وأعلى کفاءة للتحلل الحیوی  84.26٪ وقد سجلت تحت تأثیر التقلیب ثلاث مرات یومیاً.
وقد لوحظ أن التقلیب کان له التأثیر الواضح نتیجة زیادة التجانس بین مخلفات الأرانب والمادة النشطة أثناء عملیة الهضم لحد معین وبزیادة التقلیب أدى للتأثیر السلبى على إنتاج المیثان فضلاً على هدر الطاقة فى عملیة التقلیب. ومن الجدیر بالذکر أن العلاقة بین معدل التقلیب ومدة بقاء المادة المراد هضمها فى المخمر کانت علاقة عکسیة ومن ثم یمکن تحسین إنتاج الغاز الحیوی فی المزارع أثناء عملیة الهضم على نطاق واسع باستخدام التقلیب المیکانیکی.
وقد سجلت أعلى نسبة للمیثان فی الغاز الحیوی المنقى حوالی 92,63 ± 1.5٪ مما أدى إلى زیادة القیمة الحراریة لغاز المیثان بقیمة 33,35 کیلو جول/لتر مقارنة بقیمة 24,30 کیلو جول/لتر للغاز الحیوی تحت ضغط قدره 8,53 مللی بار بعد عملیة الترقیة.

الموضوعات الرئيسية


A.O. A. C. 2000. Official Methods of Analysis. Association of Official Analytical Chemist. EUA.
Bajracharya, R., A. Dhungana, N. Thapaliya and G. Hamal 2009. Purification and compression of biogas. A research experience. J Institute Eng., 7,1-9.
Bjornsson, L., B. Mattiasson and T. Henrysson 1997. Effects of support material on the pattern of volatile fatty acid accumulation at overload in anaerobic digestion of semi-solid waste. ApplMicrobiol Bio technol, 47, 640–644.
Brehmer, M., T. Eppinger and M., Kraume 2012. Influence of rheology on the flow pattern in stirred biogas plants. Chem. Ing. Tech., 84, 2048–2056.
Brunetti, A., Y. Sun, A. Caravella, E. Drioli and G. Barbieri 2015. Process Intensification for greenhouse gas separation from biogas: More efficient process schemes based on membrane-integrated systems. International Journal of Greenhouse Gas Control, 35, 18–29.
El-Bakhshwan, M. K., S. M. A. Abd El-Ghafar, M. F. Zayed and A. E. Shazly 2015. Effect of mechanical stirring on biogas production efficiency in large scale digesters. J. Soil Sci. and Agric. Eng., Mansoura Univ., 6, 47 – 63.
Gaikwad, V. R. and P. K. Katti 2015. Biogas Compression and Bottling: A Solution to Energy Crises. International Journal of Computer Applications (0975 – 8887).
Karim, K., R. Hoffmann, K. T. Klasson and M. H. Al-Dahhan 2005. Anaerobic digestion of animal waste: Effect of mode of mixing. Water research, 39(15), 3597-3606.
Klaus, V. M. 1988. Engines for biogas. A Publication of the Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien ­ GATE , a Division of the Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH , Germany.
Kowalczyk, A., E. Harnisch, S. Schwede, M. Gerber and R. Span 2013. Different mixing modes for biogas plants using energy crops. Appl. Energy, 112,465–472.
Lemmer, A., N. Hans-Joachim and J. Sondermann 2013. How Efficient are Agitators in Biogas Digesters? Determination of the Efficiency of Submersible Motor Mixers and Incline Agitators by Measuring Nutrient Distribution in Full-Scale Agricultural Biogas Digesters Energies, 6, 6255-6273.
Lesteur, M., V. Bellon-Maurel, C. Gonzalez, E. Latrille, J. M. Roger, G. Junqua, and J. P. Steyer 2010. Alternative methods for determining anaerobic biodegradability: a review. Process Biochemistry, 45(4), 431-440.
Nallamothu, R. B., A. Teferra, and B. A. Rao (2013). Biogas purification, compression and bottling. Global journal of engineering, design and technology, 2(6), 34-38.‏
Okeke, C. E. and V. A. Ezekoye 2006. Design, construction and performance evaluation of plastic biodigester. The Pacific Jo. Sc. Tec.7, Nsukka, Nigeria.
Ray, N., M. Mohanty and R. Mohanty 2016. Biogas Compression and Storage System for Cooking Applications in Rural Households. International journal of renewable energy research. 6, 593-598.