Skip to main content
SUPERVISOR
Nasrin Etesami,Hamed Zilouei
نسرین اعتصامی (استاد مشاور) حمید زیلوئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyyed Kazem Reyhani Rostami
سیدکاظم ریحانی رستمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Enhancement of hydrogen concentration in biogas produced by anaerobic fermentation
Hydrogen is one of the most important energy sources in the world. The advantages of this sustainable energy source are numerous: it is clean, efficient, renewable, and nontoxic byproduct. Biological fermentation processes to produce hydrogen have been considered more than other processes. This project consists of main and supplementary sections. In the main section glucose and mineral medium were used as the substrate, similarly in the supplementary section fructose, sucrose, starch and mineral medium were used as the substrate. A microbial mixture was taken from anaerobic sludge unit of Isfahan waste water treatment plant. This mixture was used as an anaerobic culture. Ten different pretreatment operation that were used, consists of: 1) acidic (A), 2) basis (B), 3) heating (C), 4) cooling (D), 5) AB, 6) AC, 7) AD, 8) BC, 9) BD and 10) DC. In the A Pretreatment method, the highest amount of hydrogen was produced. Therefore, this method was used as a basis for later experiments. In the main experiment, three independent parameters of temperature, pH and the F/M (gCOD/gVSS) ratio were used. These parameters were used for evaluation and optimization of three dependent parameters of 1) hydrogen production rate (R [ml/h]), 2) efficiency of hydrogen production (Y [mlH2/gGlu]), and 3) efficiency of substrate degradation (S.D). Highest value of R, 6.55 ml/h, was obtained under these conditions: T=30.26 °C, pH=7.27 and F/M=1.788. Highest value of Y, 18.64 mlH 2 /gGlu, was obtained under these conditions: T=30.96 °C, pH=8 and F/M=0.25 and Highest value S.D, 98.8%, was obtained under these conditions: T=30.35 °C, pH=7.496 and F/M=0.25. Three volatile acids (acetic acid, butyric acid, and propionic acid) and ethanol were produced during the digestion process. In this process, butyric acid concentration was the highest and propionic acid was the lowest concentration. In the supplementary section, by chosen these conditions: T=31°C, pH=7.5 and F/M=0.25, all three responses R, Y and S.D were optimized. In the optimum condition, the supplementary testes for glucose, fructose, sucrose and starch were done similar to the main experiments. The response, R, was used to compare the results of supplementary and main testes. Responses, R, are in the order of glucose fructose sucrose starch. By comparing main experiment with supplementary for glucose at the optimal point, the amount of error between predicted value of R (5.65) and the experimental value of R (4.95) was 12.4%. This error is reasonable. Keywords: Hydrogen, Biogas, Anaerobic, Fermentation
هیدروژن مهمترین منبع انرژی است که دارای مزیت تجدید پذیری بوده، مسئله آلودگی هوا و دیگر مشکلات زیست محیطی را ندارد. فرایند های تخمیری برای تولید بیولوژیکی هیدروژن نسبت به فرآیندهای دیگر بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. کار انجام شده، به دو بخش اصلی و تکمیلی تقسیم می شود. در بخش اصلی از گلوکز و در بخش تکمیلی از فروکتوز، ساکرز و نشاسته به همراه محیط کشت معدنی، به عنوان سوبسترا استفاده شد. مخلوط میکروبی مورد استفاده در این کار، از بخش لجن بی هوازی تصفیه خانه آب و فاضلاب جنوب اصفهان، تهیه شد. 10 عملیات پیش فراوری مختلف، متشکل از 4 عملیات اصلی و 6 عملیات دیگر که ترکیبی از عملیات اصلی بوده انتخاب شد که عبارتند از: 1) اسیدی( A )، 2) بازی( B )، 3) گرمایش( C )، 4) سرمایش( D )، 5) AB ، 6) AC ، 7) AD ، 8) BC ،9) BD و10) DC . روش A بیشترین درصد هیدروژن را در میان این 10 عملیات پیش فراوری داشته، لذا از عملیات A به عنوان مبنای کار در مراحل بعدی استفاده شد. در بخش آزمایش های اصلی از سه پارامتر دما، pH و نسبت F/M ( gCOD/gVSS )به عنوان سه پارامتر مستقل، جهت بررسی سه پارامتر وابسته 1)بازده هیدروژن تولیدی (( mLH 2 /gGlu ) Y )، 2)سرعت تولید هیدروژن (( mL/h ) R ) و 3)بازده مصرف سوبسترا ( S . D ) استفاده شد. از طراحی آزمایش استفاده شده و مقدار بهینه برای سه پارامتر وابسته، بدست آمد. با انتخاب مقادیر C ° 026/30 T =، 27/7 pH = و 788/1 F/M =، بیشترین مقدار برای سرعت تولید هیدروژن در مقدار 55/6= R و با انتخاب مقادیر C ° 96/30 T =، 8 pH = و 25/0 F/M =، بیشترین مقدار برای بازده تولید هیدروژن در مقدار 64/18= Y و نیز با انتخاب مقادیر C ° 35/30 T =، 496/7 pH =و 25/0 F/M =، بیشترین مقدار برای بازده مصرف سوبسترا در مقدار 8/98%= S.D حاصل شد. سه اسید فرار(اسید استیک، بوتریک اسید و پروپیونیک اسید) به همراه اتانول طی فرایند هضم تولید شد. بوتریک اسید بیشترین غلظت و پروپیونیک اسید کمترین غلظت را در میان اسیدهای تولیدی، داشت. در بخش تکمیلی ابتدا مقادیر C ° 31 T= ، 5/7 pH= و 25/0 F/M= به عنوان مقدار بهینه، برای هر سه پاسخ R ، Y و S.D انتخاب شد. سپس آزمایش های تکمیلی برای قندهای گلوکز، فروکتوز، ساکرز و نشاسته، همانند آزمایش های اصلی در نقطه بهینه انجام شد. به منظور مقایسه نتایج از پاسخ R استفاده شد. ترتیب قندها بر اساس مقدار تجربی R از بیشینه به کمینه عبارت است از: 1) گلوکز، 2) فروکتوز، 3) ساکرز و 4) نشاسته. در مقایسه آزمایش های اصلی با آزمایش تکمیلی برای گلوکز، خطای مقدار پیش بینی شده توسط نرم افزار برای R (65/5) با مقدار تجربی آن(95/4)، در نقطه بهینه ای که آزمایش های تکمیلی نیز در آن انجام شد، 4/12% بوده که این مقدار قابل قبول می باشد. واژه های کلیدی: 1- بیوگاز، 2- هیدروژن، 3- بیهوازی، 4- تخمیر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی