بهینه سازی تولید بیوگاز از ضایعات دامی با استفاده از شبیه سازی فرایند هضم بی هوازی کاربرد در مزارع و واحدهای دامپروری

مدیریت بهینه ضایعات دامی با هدف کاهش بار آلودگی و تولید همزمان انرژی تجدیدپذیر یکی از ضرورت های بخش کشاورزی و دامپروری محسوب می شود. این پژوهش با به کارگیری رویکرد شبیه سازی، پیشرفته به تحلیل و بهینه سازی فرایند تولید بیوگاز از ضایعات پروتئینی حیوانی پرداخته است. بدین منظور مدل سینتیکی جامع Anaerobic Digestion Model No۱ (ADM۱) در محیط نرم افزار Aspen Plus V۱۱ پیاده سازی شد. شبیه سازی دینامیکی در یک راکتور کاملا مخلوط شده (RCSTR) انجام گرفت و تاثیر حیاتی پارامترهای عملیاتی کلیدی شامل دما، زمان ماند هیدرولیکی (HRT) و هندسه رآکتور بر عملکرد هاضم بررسی شد. مدل با داده های تجربی منتشر شده اعتبارسنجی گردید و خطای نسبی پیش بینی نرخ تولید متان کمتر از ۱۲ به دست آمد. یافته ها نشان داد که تغییر رژیم دمایی از مزوفیلیک ۳۵ درجه سانتی گراد به ترموفیلیک (۵۵) درجه سانتی گراد منجر به افزایش ۶۶ درصدی در نرخ تولید ویژه متان می شود. تحلیل HRT نیز بازه بهینه ۳۰ تا ۳۵ روز را برای این سوبسترا مشخص نمود. مقایسه پیکربندی رآکتورها نشان داد که رآکتور CSTR به دلیل ایجاد محیط یکنواخت بازدهی معادل ۹۱ درصد بیشتر از رآکتور جریان پیستونی (Plug Flow) دارد. در نهایت بهینه سازی چندمتغیره منجر به شناسایی نقطه کاری بهینه دمای ۵۵ درجه سانتی گراد، HRT ۳۰ روز و رآکتور (CSTR) و افزایش ۱۱ درصدی نهایی در پتانسیل تولید بیوگاز گردید. خروجی این تحقیق یک چارچوب شبیه سازی معتبر و مجموعه ای از دستورالعمل های عملیاتی مشخص را برای افزایش بهره وری هاضم های بی هوازی در مقیاس مزرعه ای ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

بیوگاز ، زمان ماند هیدرولیکی (HRT) ، شبیه سازی فرایند ، ضایعات حیوانی ، مدل ADM۱ ، هضم بی هوازی ، Aspen Plus ، AD