مدلسازی دینامیک تاثیر اختلاط غیر ایده آل بر روی عملکرد فرآیند تخمیر بیهوازی فضولات دامی در راکتورهای ناپیوسته دوره ای

Abstract

فضولات دامی از جمله مستعدترین مواد زائد آلی هستند که میتوانند توسط تخمیر بیهوازی به بیوگاز و کود تبدیل شوند. راکتورهای ناپیوسته دوره ای نیز از جمله متداولترین راکتورها برای تخمیر بیهوازی فضولات دامی هستند. با توجه به اینکه اختلاط موثر مواد از جمله عواملی است که بر روی میزان تولید متان تاثیر میگذارد لذا پیشگویی عملکرد راکتورهای واقعی مستلزم مدلسازی میزان اختلاط در راکتورهاست. در این مقاله از یک مدل اختلاط ساده دو پارامتری که به مدل اختلاط دو ناحیه ای معروف است برای شبیه سازی دینامیک فرایند تخمیر بیهوازی فضولات گاوی در راکتورهای ناپیوسته دوره ای استفاده شده است . در این مدل راکتور به دو ناحیه یکی ناحیه جریان دار که تحت تاثیر ورود و خروج مواد قرار دارد و دیگری ناحیه ساکن که فقط در حال تبادل جرم با ناحیه جریان دار است تقسیم میگردد.میزان انحراف از شرایط اختلاط ایده آل توسط پارامترهای اختلاط که عبارتند از حجم نسبی ناحیه جریان دار(a) و سرعت تبادل جرم بین دو ناحیه مذکور(b) مدلسازی میشود.مدل سینتیک در نظر گرفته شده برای تخمیر فضولات گاوی شامل یک مرحله هیدرولیز و چهار مرحله میکروبی است. این چهار مرحله عبارتند از تولید اسیدهای چرب فرار توسط باکتریهای اسیدوژن،تولید استات توسط باکتریهای استوژن پروپیونات خوار و بوتیرات خوار و بالاخره تولید متان توسط باکتریهای متانوژن،در سینتیک تخمیر اثرات بازدارندگی PH ، اسیدهای چرب فرار،استات و آمونیاک نیز بر روی باکتریها لحاظ گردیده شده است. در مدل برای رشد باکتریها از سینتیک مونود و برای مرگ و میر باکتریها و همچنین مرحله هیدرولیز از واکنشهای درجه اول استفاده شده است. شبیه سازی فرایند توسط زبان برنامه نویسی فرترن و با استفاده از روش اولر برای حل 25 معادله دیفرانسیل مرتبه اول غیرخطی انجام گرفته است. همچنین PH فرایند توسط موازنه بار اجزاءیونی موجود در سیستم و با استفاده از یک روش حدس و خطا محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی کامپیوتر نشان میدهند که میزان تولید متان بستگی زیادی به توزیع زمان اقامت اجزاء و الگوی تغییرات غلظت و توزیع مواد در دو فاز جریان دار و ساکن دارد . همچنین نشان داده شد که این توزیع خود تابع پیچیده ای از پارامترهای اختلاط a وb است . علاوه بر پارامترهای اختلاط ، پریود خوراک دهی راکتور نیز بر روی توزیع غلظت اجزاء موثر بود بطوریکه عملکرد راکتور در شرایط خوراک دهی پیوسته بهبود می یافت. نتایج حاصله اهمیت در نظر گرفتن اختلاط و همچنین توانایی بالقوه مدل اختلاط دو ناحیه ای برای شبیه سازی عملکرد راکتورهای بیهوازی را نشان میدهد.