Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Safoora Mirmohamadsadeghi
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) صفورا میرمحمدصادقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Kavosh Karami
کاوش کرمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Aerobic-Anaerobic Biogas Production From Pinewood
bstract Today, increasing fuel consumption, depletion of fossil fuels, and their environmental problems urge us to find clean and renewable alternatives such as biogas. Lignocellulosic materials are inexpensive, and their use for biofuel production could reduce the environmental pollutions. In this research, pinewood and rice straw, as lignocellulose materials, were used for the production of biogas by aerobic-anaerobic method. In the aerobic-anaerobic method, lignocellulosic biomass was first converted to its monomers and fatty acids during the aerobic stage. In the second stage, these monomers and fatty acids were converted into biogas during the anaerobic digestion. To improve the efficiency of the process, three pretreatments, i.e., ultrasonic, liquid hot water, and alkali sodium hydroxide, were used for pinewood. Also, sodium carbonate pretreatment was performed on rice straw. The sodium hydroxide pretreatment was carried out on pinewood at 100°C for 10 min using 8% (w/v) NaOH solution. The sodium carbonate pretreatment was performed on rice straw at 100°C for 3 h using 0.5 M Na 2 CO 3 solution. For aerobic-anaerobic biogas production, the substrate was subjected to aerobic microbial mixture for 10 days, and then the substrate and the aerobic microbial mixture entered the anaerobic digestion phase for 40 days to produce biogas. The effects of different mechanisms including co-digestion, the biological pretreatment, and the bio-augmentation of aerobic and anaerobic microorganisms on biogas production were investigated. For this purpose, the residue from the aerobic phase was autoclaved and entered the anaerobic digestion phase to investigate bio-augmentation compared to non-autoclaved samples. In addition, the substrates together with aerobic microbial mixture or autoclaved aerobic microbial mixture, directly entered the anaerobic digestion phase to investigate the effect of biological pretreatment and co-digestion, respectively. During the anaerobic digestion, the efficiency of the ultrasonic pretreatment on methane production from raw pinewood was higher than other cases. It increased the methane production from 4.8 to 11.3 mL/g.VS. During the aerobic-anaerobic digestion, these waves had the greatest effect on methane production from hot water-pretreated pinewood. As the methane production yield from hot water-pretreated pinewood was increased from 39.4 mL/g.VS to 45.8 mL/g.VS using the ultrasonic pretreatment. The highest methane production from aerobic-anaerobic digestion of raw pinewood was 76.3 mL/g.VS, which was obtained from the anaerobic digestion of autoclaved aerobic sludge and the substrate. The highest amount of methane yield from sodium hydroxide pretreated pinewood was 208.4 mL/g.VS, which was obtained by autoclaving the substrate after aerobic digestion and entering the anaerobic digestion. The same digestion conditions for rice straw also yielded the highest amount of methane production (215.9 mL/g.VS). The results showed that the use of the aerobic-anaerobic method significantly increased the production of biogas from pinewood and rice straw compared to anaerobic digestion method. Keywords : biogas, pinewood, rice straw, aerobic digestion, bioaugmentation, alkaline pretreatment
امروزه با افزایش مصرف سوخت و با توجه به محدود بودن سوخت های فسیلی، تجدیدناپذیر بودن آن ها و ایجاد مشکلات زیست محیطی ناشی از استفاده از آن ها، تقاضا برای سوخت های پاک و تجدیدپذیر مانند بیوگاز افزایش یافته است. با توجه به ارزان و در دسترس بودن ترکیبات لیگنوسلولزی و قیمت پایین آن ها، استفاده از این مواد برای تولید سوخت های زیستی می تواند مشکلات مصرف سوخت های فسیلی را کاهش داده و به کاهش آلودگی های محیط زیستی کمک کند. در این پژوهش از چوب کاج و کاه برنج به عنوان ترکیبات لیگنوسلولزی برای تولید بیوگاز به روش هوازی-بی هوازی استفاده شد.در روش هوازی-بی هوازی، ابتدا در یک مرحله هوازی ترکیبات لیگنوسلولزی به تکپارهای تشکیل دهنده ی آن ها و اسیدهای چرب تبدیل می شود؛ سپس در مرحله ی دوم که بی هوازی است این ترکیبات به بیوگاز تبدیل می شوند. برای بهبود بازده، پیش فرآوری با امواج مافوق صوت، پیش فرآوری توسط آب داغ و پیش فرآوری قلیایی توسط هیدروکسید سدیم برای چوب کاج مورد استفاده قرار گرفت. پیش فرآوری مورد استفاده برای کاه برنج، سدیم کربنات بود. پیش فرآوری برای چوب کاج در دمای 100 درجه سانتی گراد و به مدت 10دقیقه و استفاده از هیدروکسید سدیم 8 درصد وزنی-حجمی انجام گرفت. پیش فرآوری برای کاه برنج با استفاده از سدیم کربنات 5/0 مولار در دمای 100 درجه و به مدت 3 ساعت انجام شد. برای تولید بیوگاز به روش هوازی-بی هوازی در ابتدا، هضم هوازی سوبسترا به مدت 10 روز در مخلوط میکروبی هوازی صورت گرفت؛ پس از آن سوبسترا و مخلوط میکروبی وارد فاز هضم بی هوازی برای تولید بیوگاز شدند. در ادامه به بررسی اثر هم زیستی میکروارگانیسم های هوازی و بی هوازی و همچنین اثر پیش فرآوری بیولوژیکی در تولید بیوگاز پرداخته شد. برای این کار یک سری از سوبستراها بعد از هضم هوازی اتوکلاو شدند و همراه با سوبستراهای که اتوکلاو نشده وارد فاز هضم بی هوازی شدند. در نهایت بیوگاز تولیدی آن ها با یک دیگر مقایسه و نتایج آن گزارش شد. در یک شیوه ی دیگر برای تولید بیوگاز، سوبستراها وارد فاز هضم هوازی نشدند و به همراه مخلوط میکروبی هوازی و مخلوط میکروبی هوازی اتوکلاو شده در دو سری وارد فاز هضم بی هوازی شدند، نتایج این مراحل با یکدیگر مقایسه شد. در هضم بی هوازی اثر امواج مافوق صوت بر بهبود تولید متان از چوب کاج پیش فرآوری نشده نسبت به حالات دیگر بیشتر بود. این عمل متان تولید شده را از 8/4 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار به 3/11 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار افزایش داد. این امواج در هضم هوازی-بی هوازی بیشترین اثر را بر متان تولید شده از چوب کاج پیش فرآوری شده توسط آب داغ داشت. متان تولید شده طی روند هوازی-بی هوازی از چوب کاج پیش فرآوری شده توسط آب داغ 4/39 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار از نمونه بود که این مقدار در حضور امواج مافوق صوت به 8/45 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار رسید. در بررسی اثر هضم هوازی بر تولید متان به روش هضم هوازی-بی هوازی از چوب کاج پیش فرآوری نشده، بیشترین متان تولیدی، 3/76 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار از نمونه گزارش شد؛ این مقدار حاصل از هضم بی هوازی هم زمان لجن هوازی اتوکلاوشده و سوبسترا بود. بیشترین مقدار متان تولید شده از چوب کاج پیش فرآوری شده توسط هیدروکسید سدیم، 4/208 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار گزارش شد. این مقدار حاصل از اتوکلاو شدن سوبسترا پس از هضم هوازی و وارد شدن به هضم بی هوازی می باشد. بیشترین مقدار متان تولیدی از کاه برنج نیز با همین شیوه حاصل شد. این مقدار 9/215 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار بود. نتایج نشان داد که استفاده از روش هوازی-بی هوازی سبب افزایش قابل توجه تولید بیوگاز از چوب کاج و کاه برنج نسبت به روش هضم بی هوازی می شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی