مدل رياضي هاضم بي‌هوازي براي پيش بيني نرخ توليد متان از فضولات گاو

هاضم بي­هوازي ضايعات زيستي يكي از رايج­ترين راه­ها براي توليد بايوگاز غني از متان مي­باشد، كه پتانسيل قابل­توجهي براي جايگزين شدن با سوخت­هاي فسيلي دارد كه در كاربردهاي متعددي از قبيل حمل و نقل، موتورهاي احتراق داخلي، سيستم­هاي توليد همزمان برق و حرارت و بسياري از سيستم­هاي ديگر، استفاده مي­شوند. شركت­هاي بسياري در طراحي و ساخت سيستم­هاي بي­هوازي به فعاليت پرداخته­اند. روش­هاي تجربي براي بهبود امكانات هاضم بي­هوازي استفاده شده است، اما اين امر نيازمند مطالعات زمانبر و ساخت سيستم­هاي نمونه گران قيمت مي­باشد. از طرف ديگر، طراحي و بهينه­سازي فرآيندهاي هضم بي­هوازي براي توليد بايوگاز مي­تواند از طريق مدل­هاي رياضي اعتبار سنجي شده توسعه يابد. در اين مقاله يك مدل رياضي پويا براي يك راكتور بي­هوازي كه با كود گاو شيري تغذيه مي­شود توسعه داده شده است. مدل بر مبناي توازن مواد بوده، و شامل چهار متغير حالت به نام­هاي جامدات فرار زيست تخريب پذير، ميكروب­هاي توليد­كننده اسيد، ميكروب­هاي توليدكننده متان و اسيدهاي چرب فرار مي­باشند. مدل مقدار گاز متان توليد شده در راكتور را پيش­بيني مي­كند. در پايان اين مطالعه يك تحليل حساسيت انجام شده است تا نشان دهد كه چگونه مقدار گاز توليد شده، حداكثر سرعت واكنش ميكروب­هاي توليد­كننده اسيد، حداكثر سرعت واكنش ميكروب­هاي توليد­كننده متان، سرعت واكنش ميكروب­هاي توليد­كننده اسيد و سرعت واكنش ميكروب­هاي توليد­كننده متان و همچنين زمان ماند مواد جامد، در اثر تغيير برخي از پارامترهاي كليدي مانند دما و حجم راكتور تغيير خواهند كرد.

Anaerobic digestion (AD) of biowastes is one of the most common ways to produce methane-rich biogas, which has considerable potential to replace the fossil fuel used in multiple applications, such as vehicular transportation, internal combustion engines, cogeneration of heat and power systems and many other systems. Many companies are involved in the design and construction of anaerobic digestion systems. Empirical methods have been used to improve AD facilities, but these have needed time-consuming studies and construction of expensive prototype systems. On the other hand, design and optimization of AD processes for biogas production can be enhanced via validated mathematical models. In this paper a dynamic mathematical model has been developed to a pilot anaerobic reactor fed dairy cow / cattle manure. The model is based upon material balances and comprises four state variables, namely biodegradable volatile solids, acid generating microbes (acidogens), methane generating microbes (methanogens) and volatile fatty acids. The model predicts the methane gas flow produced in the reactor. At the end, a sensitivity analysis is done to show how the gas flow rate, maximum reaction rate of acidogens, maximum reaction rate of methanogens, reaction rate of acidogens and reaction rate of methanogens and solid retention time, would change due to changes of some key parameters such as: reactor temperature and also reactor volume.