دراسة تجریبیة علی هاضم الغاز الحیوی المسخن شمسیا بإستخدام البرکة الشمسیة الضحلة فی المناخ البارد

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ الهندسة الزراعیة المتفرغ – کلیة الزراعة - جامعة الزقازیق – مصر.

2 أستاذ مساعد الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة - جامعة الزقازیق – مصر.

3 مدرس الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة - جامعة الزقازیق – مصر.

المستخلص

فی شمال مصر درجة الحرارة غالباّ أقل من 20 درجة مئویة خلال شهور الشتاء و التی تعتبر غیر کافیة لعملیة الهضم اللاهوائی و الذی یؤثر بشکل سلبی علی إنتاج الغاز الحیوی وخاصة للهاضم ذو الخزان العائم (النموذج الهندی) بسبب فواقد الحرارة من خلال خزان الغاز. ونظراّ لأن درجة حرارة السائل المخمر یعتبر عامل حاسم لمعدل الهضم اللاهوائی،فإن الهدف من هذة الدراسة هو تسخین هاضم خرسانی سابق التجهیز ذو خزان عائم (مخمر عائلی) لرفع معدل التخمر  فی فصل الشتاء من خلال إستخدام الحرارة المستخلصة من برکة شمسیة ضحلة متکاملة مع الهاضم بإستخدام مخلفات الماشیة الحلابة  وذلک بالمقارنة بنتائج سابقة لأداء نفس المخمر بدون تسخین.
تم تقییم أداء الهاضم المسخن شمسیاّ تحت نفس ظروف التشغیل للهاضم بدون تسخین بإستثناء درجة حرارة السائل المخمر  و عند قیم متقاربة لکل من شدة الأشعاع الشمسی و درجة حرارة الهواء فی فترة هضم تصل إلی 30 یوماّ بدون تغذیة، حیث تم الأخذ فی الأعتبار کل من درجة حرارة السائل المخمر، رقم الحموضة، إنتاج الغاز الحیوی الیومی  و التراکمی (م3/شهر)، و النوعی(م3/کجم مواد طیارة)، بالإضافة إلی  صافی الحرارة الطاقة الکلیة. فقد أظهرت النتائج المتحصل علیها أن متوسط درجة حرارة للسائل المخمر داخل الهاضم المسخن شمسیاّ إزدادت بحوالی 12,3 درجة مئویة و الذی أدی زیادة کل من إنتاج الغاز الحیوی الیومی  و التراکمی و النوعی بنسبة تصل إلی 129% مقارنة بالهاضم دون تسخین و بنسبة متوسطة لغاز المیثان وصلت إلی 70% وقیمة لصافی الطاقة المکتسبة الکلیة 553,10 میجاجول/شهر.

الموضوعات الرئيسية


Abd Allah, W. E. (2016). Enhancing the extracted heat from the shallow solar pond to be used in biogas production. phD thesis, Fac. of Agric., Zagazig Univ., Egypt
Abd Allah, W. E., M. K. Abd El-Wahab, M. M. A. Hassan and M. A. Tawfik  (2016). Study on biogas unit using dairy cattle dung during winter in Egypt. Zagazig J. of Agric. Eng., 43 (3): 1051-1057.
Al Seadi, T., D. Rutz  , H. Prassl, M. Köttner, T. Finsterwalder, S. Volk and Janssen R.(2008). Biogas Handbook: more about anaerobic digestion (AD) . Esbjerg: University of Southern Denmark, 23 p.
Anand, R.C. and R. Singh (1993). Simple technique, charcoal coating around the digester, improves biogas production in winter. Bioresour. Technol., 45(2): 151-152.
 Bansal, N. K., S. C. Bhand, S. Ram and K. K.A. Singh (1985). Study of a greenhouse concept on conventional biogas systems for enhancing biogas yield in winter months. Int. J. of Energy Res., 92(2): 119-128. 
Chae, K.J., A.M. Jang, S.K. Yim and I.S. Kim ( ).The effects of digestion temperature and temperature shock on the biogas yields from the mesophilic anaerobic digestion of swine manure. Bioresour. Technol., 88(1):1-6.
 Chenglin, M., L.  Rongping and L. Xiujin (2009).Integrated system of greenhouse and solar heater for anaerobic digestion of excess activated sludge. Transactions of the Chinese Soc. of Agric. Eng., 25 (9): 210–214 (in Chinese).
Dong, F. and J.  Lu (2013). Using solar energy to enhance Biogas production from livestock residue - A case study of the Tongren Biogas engineering pig farm in South China. Energy, 57: 759-765.
El-Mashad, H.M., W. K. van Loon, G. Zeeman, G.P. Bo and G. Lettinga (2004). Design of a solar thermophilic anaerobic reactor for small farms. Biosys. Eng., 87(3): 345-353.
 El-Sebaii, A. A. (2005). Thermal performance of a shallow solar-pond integrated with a baffle plate. Appl. Energy, 81(1): 33–53.
FAO (2013) Production year book. The United Nations, http://faostat3.fao.org/browse/Q/QA/E
 Ganesh, S. and  S. Arumugam (2016). Performance study of a laboratory model shallow solar pond with and without single transparent glass cover for solar thermal energy conversion applications. Ecotoxicol and Environ Safety, 134:462-466.
Gupta, R.A., S.N. Rai and G.N. Tiwari (1988).An improved solar assisted biogas plant (Fixed dome digester): A transient analysis. Energy Convs and Manag.,1988; 28(1):53-57.
Jiao, Y. Z., P. F. Li, G. Li, Q. G. Zhang, P. Ding, S. P. Wang, Z. Gao, S. Du and C. He (2016). Design and preliminary experimental research on a new biogas fermentation system by solar heat pipe heating. Int. J. Agric. & Biol. Eng., 9(2): 153-162.
Kitamura, Y., P. Dan, L. Gautz and T. Liang (2007). A rotational hot gas heating system for bioreaetors. Biosys. Eng., 98(2): 215−223.
 Kumar, K. V. and  R. K. Bai (2008). Solar greenhouse assisted biogas plant in hilly region – A field study.  Sol. Energy, 82 (10): 911–917.
 Kumar, K. V. and R. K. Bai (2005). Plastic biodigesters - a systematic study. Energy For Sust. Develop., 9(4): 40-49.
Li,  J. Y.,  J. Li  , Q. Y. Liu and H. Zheng (2014). Design of the solar energy-heated biogas digester. Adv. Mater. Res., 953-954:103-106.
Lu, Y., Y. Tian, H. Lu, L. Wu and X. Li (2014). Study of solar heated biogas fermentation system with a phase change thermal storage device. Appl. Therm. Eng., 88: 418– 424.
Murphy, J. D. and T. Thamsiriroj (2013). Fundamental science and engineering of the anaerobic digestion process for biogas production. In: Wellinger A, Murphy J, Baxter D. (Ed.), editors. The biogas handbook: science, production and applications. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd., pp. 104-130.
Nijaguna, B.T. (2009). Biogas technology. New Delhi: New Age International (P) Ltd.47 p.
Santosh, Y., T.R. Sreekrishnan, S. Kohli and V. Rana (2004). Enhancement of biogas production from solid substrates using different techniques–a review. Bioresour. Technol., 95(1): 1-10.
Shi, H. X., K. Xu and T. Lv (2013). Heating systems combined with solar energy and lake water source for biogas digester. Appl. Mech. and Mater, 291: 1684-1689.
 Subramanyam, S.(1989). Use of solar heat to upgrade biogas plant performance. Energ. Convs and Manag., 29(1): 73-75.
Wang, L., B.N. Zhu, H.R. Yuan, Y.P. Liu, D.X.  Zou and X. J Li (2016).Comparative investigations on pilot-scale anaerobic digestion of food waste at 30°C and 35°C. Int. J. Agric. and Biol. Eng., 9(1): 109-1187.
Xu, Z., H. Wu and M. Wu (2010). Energy performance and consumption for biogas heat pump air conditioner. Energy, 35(12): 5497-5502.
 Zeeman, G. and G. Lettinga (1999).The role of anaerobic digestion in closing the water and nutrient cycle at community level. Water Sci. Technol., 39(5):187-194.
Zhong, Y., M. B. Roma  , Y. Zhong, S. Archer, R. Chen, L. Deitz, D. Hochhalter, K. Balaze, M. Sperry, E. Werner and D. Kirk (2015). Using anaerobic digestion of organic wastes to biochemically store solar thermal energy. Energy, 83: 638-646.
Zhu, X. H., C. Zhong and Z. B. Jiang (2013). Solar biogas digester and wetland-pond system for rural wastewater treatment. Adv. Mater. Res., 800: 610-613.