تحسین إنتاج الغاز الحیوی من المخلفات الزراعیة والعضویة باستخدام میاه الصرف الزراعى والبادئ

نوع المستند : Original Article

المؤلف

مدرس بقسم الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – جامعة الزقازیق، مصر.

المستخلص

تعد تکنولوجیا البیوجاز والتی تعتمد علی التخمر اللاهوائى للمخلفات الصلبة والسائلة من التکنولوجیات المنتشرة فی العدید من دول العالم لمعالجة مخلفات الصرف ومخلفات المزرعة النباتیة والحیوانیة والقمامة بطریقة اقتصادیة وآمنة صحیاً لحمایة البیئة من التلوث مع إنتاج غاز المیثان کمصدر جدید ومتجدد للطاقة یساهم إلى حد کبیر فی ترشید استهلاک الطاقة التقلیدیة کالبترول وحمایة البیوماس من الحرق المباشر.
البیوجاز خلیط من غازی المیثان (50-70٪) وثانی أکسید الکربون (20-25٪) مع مجموعة غازات أخرى مثل کبریتید الأیدروجین والنیتروجین والأیدروجین تتراوح نسبتها بین 5-10٪ ، والبیوجاز غاز غیر سام عدیم اللون ویتخلف بعد إنتاجه سماد عضوی جید غنی فی محتواه من المادة العضویة والعناصر السمادیة الکبری والصغری فضلاً عن احتوائه علی الهرمونات النباتیة والفیتامینات ومنظمات النمو ویکون خالیاً من المیکروبات المرضیة وبذور الحشائش حیث تهلک تماماً أثناء تخمر المخلفات العضویة مما یجعله سماداً نظیفاً لایلوث البیئة ولا خطورة من استخدامه فی تسمید جمیع المحاصیل .
لذا فقد اتجه البحث الى استخدام البادئ (5%) ومیاه الصرف الزراعى کمحفز لزیادة انتاج الغاز الحیوى ، بالإضافة الى دراسة تأثیر خلیط من المخلفات على نسبة المیثان وکذلک تقدیر محتوى ناتج عملیة التخمر من العناصر المغذیة کسماد خصب للتربة
تم تنفیذ التجارب على خمسة مخمرات رأسیة حجمها الفعلى 1.5 لتر لدراسة تأثیر استخدام خمسة مخالیط مختلفة من المخلفات وھى: (A) 50% روث الماشیة + 50% زرق الدواجن ، (B) 50% ورد الماء + 50% أوراق بنجر السکر ، (C) 50% روث الماشیة + 25% ورد الماء + 25% أوراق بنجر السکر ، (D)50% زرق الدواجن + 25% ورد الماء + 25% أوراق بنجر السکر ، (E)  25% روث الماشیة + 25% زرق الدواجن + 25% ورد الماء + 25% أوراق بنجر السکر ، تحت تأثیر ثلاث ظروف للتخمر وهى: (T1) المخلوط + المیاه (الکنترول) ، (T2) المخلوط + المیاه + البادئ (5% من حجم المخمر الفعلى) و (T3) المخلوط + البادئ (5% من حجم المخمر الفعلى) + میاه الصرف الزراعى تحت ظروف تشغیل درجة حرارة الغرفة (25oم)  فی مدى بکتریا المیزوفیلیک مع اجراء عملیة التقلیب مرتین یدویا بمعمل کلیة الزراعة – جامعة الزقازیق خلال عام 2016.
تم تقییم أداء هذه المخمرات الرأسیة المستخدمه تحت تأثیر العوامل السابقة على کلا من الانتاج الیومى للغاز ، الانتاج الکلى خلال مدة التخمر ، نسبة المیثان ، نسبة النیتروجین ودرجة الحموضة ، لامکانیة تطبیق ماسیتم التوصل الیه من نتائج على نطاق واسع من المخمرات.
وقد أظهرت النتائج أن استخدام المعاملة بمیاه الصرف الزراعى والبادئ (T3) کان لها تأثیر واضح على زیادة انتاج الغاز ونسبة المیثان تحت تأثیر المخالیط الآتیة:
-        لانتاج عالى من الغاز یوصى باستخدام: D > A > E > C > B.
-        لزیادة نسبة المیثان فى الغاز الناتج فکان: B > D > E > A > C.
-        للحصول على نسبة نیتروجین عالیه فى السماد الناتج من عملیة التخمر یستخدم:
D > E > A > C > B   . 
استنادا إلى المناقشة الواردة أعلاه ، فإن إعادة تدویر المخلفات و انتاج الغاز الحیوی یتطلب الدعم الحکومی القوی والاستثمارات والمهارات التکنولوجیة التی من شأنها أن تحل مشاکل کبیرة فی البلدان النامیة.
لذا یوصى الباحث بإعادة تدویر المخلفات الزراعیة بتحویلها الى منتج ذو قیمة وتعظیم الاستفاده منها کمصدر متجدد للطاقه وتجنب تأثیرها السئ على البیئة بإمکانیة انتاج أکبر کمیة من الغاز والسماد من هذه المخلفات.

الموضوعات الرئيسية


Abdelhamid, A. M. and A. A. Gabr (1991). Evaluation of water hyacinth as feed for ruminants, Archives of Animal Nutrition, 41, 754 – 756.
Adelekan, B. A. and A. I. Bamgboye (2009). Comparison of biogas productivity of cassava peals mixed in selected ratios with major livestock waste types, Afr. J. Agric. Res., 4(7), 571 – 577.
Deublein, D. and A. Steinhauser (2008). Biogas from Waste and Renewable Resources, Wiley Online Library: Weinheim, Germany.
Eltawil, M. A. and E. B. A. Belal (2009). Evaluation and scrubbing of biogas generation from agricultural wastes and water hyacinth, Misr J. Ag. Eng., 26(1), 534 – 560.
Faure, D. and A. M. Deschamps (1990). Physicochemical and microbiological aspects in composting of grape pulps, Biol. Wastes, 34, 251 – 258.
Gamma’a, A. O; A. H. El-Tinay and F. M. El-Yamen (2006). Biogas Production from Agricultural Wastes, Journal of Food Technology, 4(1), 37 – 39.
Gelegenis, M. J; D. Georgakakis, I. Angelidaki and V. Mavris (2007). Optimization of biogas production by co-digestion whey with diluted poultry manure, Renewable Energy, 32, 2147 – 2160.
Gissén, C; T. Prade, E. Kreuger, I. A Nges, H. Rosenqvist, S. E. Svensson, M. Lantz, J. E. Mattsson, P. Börjesson and L. Björnsson (2014). Comparing energy crops for biogas production – yields, energy input and costs in cultivation using digestate and mineral fertilization, Biomass and Bioenergy, 64, 199 – 210.
GTZ, G. (1999). Biogas Digest (Volume I. Biogas Basics) GTZ-GATE. Eschborn, Germany, http://www2.gtz.de/dokumente/bib/04-5364.
Hons F. M; J. T. Cothren, J. C. Vincent and N. L. Erickson (1993). Land application of sludge generated by the anaerobic fermentation of biomass to methane. Biomass and Bioenergy; 5 (3–4), 289 – 300.
Hussein, A. M. (1992). Industrial utilization of water hyacinth as compared to mechanical control. Proceedings of the National Symposium on Water hyacinth, Assiut University, Egypt.
Igoni A. H; M. F. N. Abowei, M. J. Ayotamuno and C. L. Eze (2008). Effects of total solids concentration of municipal solid waste on the biogas produced in an anaerobic continuous digester, Agricultural Engineering International: the CIGR E, Journal, Manuscript 07 010, 1 – 11.
Ituen E. E; M. M. John and B. E. Bassey (2007). Biogas Production from Organic Waste in Akwa Ibom State of Nigeria, Appropriate Technologies for Environmental Protection in the Developing World, July 17 – 19.
Jagadish, H. P; M. A. Raj, P. L. Muralidhara, S. M. Desai and G. K. Mahadeva Raju (2012). Kinetics of Anaerobic Digestion of Water Hyacinth Using Poultry Litter as Inoculum. International Journal of Environmental Science and Development, 3(2), 94 – 98.
Kadam, P. C. and D. R. Boone (1996). Influence of pH on ammonia accumulation and toxicity in halophilic, methyltrophic methanogens, Applied Environmental Microbiology, 62, 4486 – 4492.
Konstandt, H. G. (1976). Engineering’s operation and economics of methane gas production. Seminar on Microbial Energy Conversion, Gottingen, Erich Goetze Verlag, Germany.
Köttner, M. (2003). Integration of biogas technology, organic farming and energy crops. The future of biogas in Europe II, European biogas workshop. October 2nd to 4th, University of Southern Denmark esbjerg / Denmark.
Lehtomaki, A; S. Huttunen and J. A. Rintala (2007). Laboratory investigations on co-digestion of energy crops and crop residues with cow manure for methane production: Effect of crop to manure ratio. Resources, Conservation and Recycling, 51, 591 – 609.
Lo, K. V; W. M. Carson and K. Jeffers (1981). A computer aided design for biogas production from animal manure. Livestock Wastes. A Renewable Resource, p: 133 – 135.
Mahnert, P; K. D. Biogasproduktion, N. Rohstoffen und Gulle (2005). Ph.D. Dissertation. Landwirtschaftlich-Gartnerischen Fakultat der Humboldt- Universitat, Berlin.
Mark, A. M.  and A. L. Ken (2006). Florida Crop/Pest Management Profile; Aquatic Weed, http://www.edis.ifas.ufl.edu).
Nges, I. A; F. Escobar, X. Fu and L. Björnsson (2012). Benefits of supplementing an industrial waste anaerobic digester with energy crops for increased biogas production, Waste Management, 32(1), 53 – 39.
Nuhu M; M. M. Mujahid, A. H. Aminu, A. J. Abbas, D. Babangida, D. Y. Tsunatu, Y. Z. Aminu, Y. Mustapha, I. Ahmed and I. E. Onukak (2013). Optimum Design Parameter Determination of Biogas Digester using Human Faeces Feedstock, Journal of Chemical Engineering and Materials Science (JCEMS); Academic Journals, 4(4), 46 – 49.
Okeke, C. E. and V. A. Ezekoye (2006). Design, construction and performance evaluation of plastic biodigester, The Pacific Jo. Sc. Tec. 7(2), Nsukka, Nigeria.
Parawira W; M. Murto, R. Zvauya and B. Mattiasson (2004). Anaerobic batch digestion of solid potato waste alone and in combination with sugar beet leaves, Renewable Energy, 29 (11), 1811 – 1823.
Recebli, Z; S. Selimli, M. Ozkaymak and O. Gonc (2015). Biogas production from animal manure, Journal of Engineering Science and Technology, 10(6), 722 – 729.
Rojas, C; S. Fang, F. Uhlenhut, A. Borchert, I. Stein and M. Schlaak (2010). Stirring and biomass starter influences the anaerobic digestion of different substrates for biogas production, Eng. Life Sci., 10(4), 339 – 347.
Widyastuti, F. R; Purwanto and Hadiyanto (2013). Biogas potential from the treatment of solid waste of dairy cattle: case study at Bangka botanical garden Pangkalpinang, International Journal of Waste Resources, 3(2), 1 – 4.
Yavini, T. D; A. I. Chia and A. John (2014). Evaluation of the Effect of Total Solids Concentration on Biogas Yields of Agricultural Wastes, International Research Journal of Environment Sciences, 3(2), 70 – 75.