Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Mohammad.J. Taherzadeh
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) محمدجعفر طاهرزاده اصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Peyman Mahmoodi
پیمان محمودی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Improvement of Bioethanol and Biogas Production from the Organic Fraction of Municipal Solid Waste
The organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) is a complex mixture of easily digestible compounds, mainly starchy materials, and hardly digestible compounds, mainly lignocelluloses. Thus, OFMSW has a high potential for biofuel production after the hydrolysis of carbohydrates. In this study, dilute-acid treatment was used for both hydrolysis of starchy materials and the improvement of lignocelluloses fractions prior to the enzymatic hydrolysis of lignocelluloses. The acid treatment was conducted with 0.5 and 1% (w/w) sulfuric acid at 130 and 160 ?C for 0, 30, and 60 min. The treatment with 1% acid at 130 ?C for 60 min resulted in the hydrolysate with the highest glucose concentration of 43.2 g/L, mainly originated from starchy materials, and the subsequent enzymatic hydrolysis of the treated solids resulted in a hydrolysate containing 23.4 g/L glucose, mainly from cellulose. These hydrolysates, containing different sugars and inhibitors, were then subjected to ethanolic fermentation using an inhibitor tolerant strain of zygomycetes fungi, Mucor indicus . Using acid treatment with 1% at 130 ?C for 60 min, without detoxification, the ethanol yield of 44.6 and 44.4 g per 100 g glucose was obtained from hydrolysate and acid treatment liquor, respectively. The liquid remained after the separation of ethanol from fermentation liquor and the residual solid remained after enzymatic hydrolysis were subjected to anaerobic digestion for biogas production. Overall, 194.0 g ethanol and 144.8 L methane were produced from each Kg of dry OFMSW during the consecutive processes. The gasoline equivalent and total energy of produced biofuels were 326.6 mL and 10453 KJ obtained from each Kg of dry OFMSW. The OFMSW was hydrothermally pretreated at 100-160°C for 0-60 min, and then assessed for enzymatic ethanol production followed by biogas production from the stillage. The highest glucose yield of 520 g/Kg of dry OFMSW, corresponding to 131% increase compared to that of untreated OFMSW, was obtained after the pretreatment and enzymatic hydrolysis. Through ethanolic fermentation by an inhibitory tolerant fungus, Mucor indicus, 191.10 g ethanol/Kg of dry OFMSW was obtained, which was 140.9% improvement in ethanol yield compared to that from the untreated one. Methane production from the stillage (waste residues) resulted in 156 L/Kg OFMSW. In other word, a total of 10774 KJ energy/Kg of dry OFMSW was generated at the best conditions.
امروزه حجم بالای زباله تولیدی به علت نبود لندفیل کافی و آلودگی های ناشی از آن، مشکلات زیادی را بوجود آورده است. لذا مدیریت صحیح زباله جهت سامان دادن به چنین مشکلاتی الزامی می باشد. یک رویکرد مناسب برای حل این بحران، تبدیل زباله به محصولات با ارزشی همچون سوخت های زیستی است. با تحقق یافتن این هدف از یک سو مشکل انباشتگی زباله و خطرات ناشی از آن حل می گردد و از سوی دیگر سوخت تجدید پذیری حاصل می شود که بخشی از نگرانی های موجود در زمینه محدود بودن سوخت های فسیلی و آلودگی های ناشی از آن ها را بر طرف می کند. در میان سوخت های زیستی، سوخت های مایع ارزشمندتر هستند. بنابراین، در پژوهش حاضر هدف تولید ماکزیمم اتانول از زباله های جامد شهری بود و به دنبال آن ته ماندهای حاصل جهت تولید بیوگاز، تحت هضم بی هوازی قرار گرفتند. جهت تأثیر پذیر کردن این خوراک در مرحله تخمیر و هضم بی هوازی، پیش فرآوری با اسید سولفوریک 5/0 و 1 درصد وزنی-وزنی در دماهای 130 و 160 درجه سانتی گراد برای مدت زمان های صفر، 30 و 60 دقیقه بر روی آن اعمال شد. همچنین پیش فرآوری گرمایی در دماهای 100، 130 و 160 درجه برای مدت زمان های صفر، 30 و 60 دقیقه انجام شد. پس از انجام پیش فرآوری، جامد حاصل از آن تحت هیدرولیز آنزیمی قرار گرفت. همچنین نشاسته موجود در زباله در پیش فرآوری اسیدی هیدرولیز شد و وارد فاز مایع شد و در پیش فرآوری گرمایی تحت هیدرولیز آنزیمی قرار گرفت. محلول های قندی حاصل تحت فرآیند تخمیر اتانولی به وسیله قارچ موکور ایندیکوس قرار گرفتند. در نهایت جامد حاصل از هیدرولیز آنزیمی سلولز، سوسپانسیون های باقی مانده از تخمیر اتانولی بعد از جدا شدن اتانول آنها برای تولید بیوگاز تحت هضم بی هوازی قرار گرفتند. با استفاده از پیش فرآوری با اسید 1% در دمای 130 درجه برای مدت زمان 60 دقیقه، بیشترین غلظت گلوکز، 2/43 گرم بر لیتر از هیدرولیز اسیدی نشاسته و 4/23 گرم بر لیتر از هیدرولیز آنزیمی سلولز بدست آمد. با تخمیر اتانولی محلول های قندی حاصل، بازده تولید اتانول از 100 گرم قند حاصل از هیدرولیز سلولز و نشاسته به ترتیب 6/44 و 4/44 گرم بود. در نهایت از هر کیلوگرم زباله خشک، 194 گرم اتانول تولید شد و با هضم بی هوازی ته ماندهای حاصل، 8/144 لیتر متان تولید شد یا به عبارت دیگر، 10453 کیلو ژول انرژی تولید شد. با پیش فرآوری گرمایی زباله در دمای 160 درجه برای مدت زمان 30 دقیقه قبل از هیدرولیز آنزیمی سلولز و نشاسته، بیشترین بازده گلوکز، 520 گرم به ازای هر کیلوگرم زباله خشک بود که 131% افزایش در مقایسه با گلوکز بدست آمده از هیدرولیز آنزیمی زباله پیش فرآوری نشده مشاهده شد. از طریق تخمیر اتانولی 1/191 گرم اتانول به ازای هر کیلوگرم زباله خشک بدست آمد که یک بهبود 9/140 درصدی در بازده تولید اتانول در مقایسه با اتانول بدست آمده از زباله پیش فرآوری نشده، مشاهده شد. میزان متان تولیدی از ضایعات باقی مانده، 2/156 لیتر به ازای هر کیلوگرم زباله خشک بود. در این شرایط پیش فرآوری گرمایی، 10774 کیلو ژول انرژی به ازای هر کیلوگرم زباله خشک تولید شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی