هضم هم‌زمان لجن تصفیه‌خانه فاضلاب و ضایعات نان برای افزایش بازده بیوگاز

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

• ووبیشت اسرات ¹
• کیشور پوروشوتام کوله ²

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، شیمی و مواد، دانشگاه علوم و فناوری آداما، آداما، اتیوپی

² گروه مهندسی مکانیک، کالج مهندسی سینگهد، وادگان (ب.ک.)، پونه-۴۱۱۰۴۱، دانشگاه پونه، هند

https://doi.org/10.22067/jam.2025.92821.1363

چکیده

این تحقیق به دنبال تعیین بالاترین بازده ممکن با ادغام لجن تصفیه‌خانه فاضلاب با پسماند غذایی در دانشگاه علوم و فناوری آداما (ASTU) در اتیوپی است. مشخصات خوراک و تولید همزمان بیوگاز بر روی نسبت‌های مختلف ترکیبی از ضایعات غذایی (PS)، لجن تصفیه‌خانه فاضلاب (WTPS) و 100میلی‌لیتر کود گاوی انجام شد. میزان جامدات کل (TS) و محتوای رطوبت (MC) خوراک‌ها قبل از ترکیب و میزان TS، VS، TDS، COD، BOD و pH پس از ترکیب ارزیابی شدند. این آزمایش در دو مرحله با استفاده از سه حمام آب و بیست و هفت راکتور ناپیوسته (BR) که حجم هر کدام 2.5 لیتر بود انجام شد. در مرحله اول، از هجده راکتور و در مرحله دوم آزمایش از نه راکتور استفاده شد. برای ارزیابی ویژگی‌های نمونه خوراک و اجرای آزمایش، از آزمایش با سه تکرار استفاده شد. راکتورها به مدت سی و پنج روز در زمان ماند هیدرولیکی و دمای 50 درجه سانتی‌گراد کار کردند. بازده روزانه بیوگاز با استفاده از روش جابه‌جایی آب، بازده کل بیوگاز و ترکیب متان اندازه‌گیری و گزارش شد. سه راکتور فرعی برای یافتن میانگین بازده بیوگاز هر راکتور در نظر گرفته شده است. افزایش قابل‌توجهی در بازده روزانه و کل بیوگاز در راکتور با ترکیب 75 درصد PS نان اینجرا و 25 درصد WTPS مشاهده شد. حداکثر و میانگین بازده روزانه بیوگاز 220 میلی‌لیتر و 810 میلی‌لیتر به‌دست آمد، با TS 55066 میلی‌گرم در لیتر و VS 51000 میلی‌گرم در لیتر. حداکثر متان درون بیوگاز تولیدی %68 بود که با تیمار %75 ضایعات نان اینجرا (PSI) و %25 WTPS حاصل شد. این ترکیب همچنین بالاترین بازده بیوگاز را داشت.

کلیدواژه‌ها

• بازده بیوگاز
• تولید همزمان
• هضم بی‌هوازی (AD)
• PS
• WTPS

موضوعات

• مدیریت ضایعات کشاورزی

©2025 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1. APHA. (2005). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21st Edition, American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington DC.
2. Azadbakht, M., & Safieddin Ardebili, S. M. (2024). A study on generating bioelectricity from urban waste, A case study of Golestan, Iran. CIGR Journal, 26(4), 117-128
3. Azadbakht, M., Safieddin Ardebili, S. M., & Rahmani, M. (2023). Potential for the production of biofuels from agricultural waste, livestock, and slaughterhouse waste in Golestan province, Iran. Biomass Conversion and Biorefinery, 13(4), 3123-3133. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01308-0
4. Benti, N. E., Gurmesa, G. S., Argaw, T., Aneseyee, A. B., Gunta, S., Kassahun, G. B., Aga, G. S., & Asfaw, A. A. (2021). The current status, challenges and prospects of using biomass energy in Ethiopia. Biotechnology for Biofuels, 14(1), 1-25. https://doi.org/10.1186/s13068-021-02060-3
5. Cheong, W. L., Chan, Y. J., Tiong, T. J., Chong, W. C., Kiatkittipong, W., Kiatkittipong, K., Mohamad, M., Daud, H., Suryawan, I. W. K., Sari, M. M., & Lim, J. W. (2022). Anaerobic Co-Digestion of Food Waste with Sewage Sludge: Simulation and Optimization for Maximum Biogas Production. Water (Switzerland), 14(7), 1-21. https://doi.org/10.3390/w14071075
6. Deepanraj, B., Sivasubramanian, V., & Jayaraj, S. (2017). Effect of substrate pretreatment on biogas production through anaerobic digestion of food waste. International Journal of Hydrogen Energy, 42(42), 26522-26528. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.06.178
7. Ebner, J. H., Labatut, R. A., Lodge, J. S., Williamson, A. A., & Trabold, T. A. (2016). Anaerobic co-digestion of commercial food waste and dairy manure: Characterizing biochemical parameters and synergistic effects. Waste Management, 52, 286-294. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.03.046
8. Gashaye, D. (2020). Wastewater-irrigated urban vegetable farming in Ethiopia: A review on their potential contamination and health effects. Cogent Food and Agriculture, 6(1). https://doi.org/10.1080/23311932.2020.1772629
9. GIZ. (2020). Partnership Ready Ethiopia: Water supply and wastewater treatment. 8. https://www.giz.de/en/downloads/GBN_Sector Brief_Äthiopien_Water_E_WEB.pdf
10. Haddis, A., de Geyter, A., Smets, I., & Van der Bruggen, B. (2014). Wastewater management in Ethiopian higher learning institutions: functionality, sustainability and policy context. Journal of Environmental Planning and Management, 57(3), 369-383. https://doi.org/10.1080/09640568.2012.745396
11. Indren, M., Birzer, C. H., Kidd, S. P., & Medwell, P. R. (2020). Effect of total solids content on anaerobic digestion of poultry litter with biochar. Journal of Environmental Management, 255, 109744. https://doi.org/10.1016/J.JENVMAN.2019.109744
12. Jayaraj, S., Deepanraj, B., & Velmurugan, S. (2014). Study on the Effect of pH on Biogas Production from Food Waste by Anaerobic Digestion. The International Green Energy Confrence, 5(May), 799-803. https://www.researchgate.net/publication/264545493
13. Kolhe P. (2015). Stability analysis of tractor-mounted hydraulic elevator for horticultural orchards. World Journal of Engineering, 12(5), 479-488. https://doi.org/10.1260/1708-5284.12.5.479
14. Kolhe, K. P., Lemi, D. G., & Busse, S. K. (2024). Studies of tractor maintenance and replacement strategies of Wonji Shoa Sugar Factory, Ethiopia. Journal of Agricultural Engineering, 55(1), 1552-1556 https://doi.org/10.4081/jae.2024.1552
15. Mrosso, R., Mecha, A. C., & Kiplagat, J. (2023). Characterization of kitchen and municipal organic waste for biogas production: Effect of parameters. Heliyon, 9(5), e16360. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16360
16. Prabhu, M. S., & Mutnuri, S. (2016). Anaerobic co-digestion of sewage sludge and food waste. Waste Management and Research, 34(4), 307-315. https://doi.org/10.1177/0734242X16628976
17. Safieddin Ardebili, S. M., & Khademalrasoul, A. (2018). An analysis of liquid-biofuel production potential from agricultural residues and animal fat (case study: Khuzestan Province). Journal of Cleaner Production, 204, 819-831. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.09.031
18. Srisowmeya, G., Chakravarthy, M., & Nandhini Devi, G. (2020). Critical considerations in two-stage anaerobic digestion of food waste– A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 119, 109587. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2019.109587
19. Wang, Z., Hu, Y., Wang, S., Wu, G., & Zhan, X. (2023). A critical review on dry anaerobic digestion of organic waste: Characteristics, operational conditions, and improvement strategies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 176(January), 113208. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113208
20. Wang, Z., Jiang, Y., Wang, S., Zhang, Y., Hu, Y., Hu, Z. hu, Wu, G., & Zhan, X. (2020). Impact of total solids content on anaerobic co-digestion of pig manure and food waste: Insights into shifting of the methanogenic pathway. Waste Management, 114, 96-106. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.06.048
21. Zaki Dizaji, H., Haroni, S., Sheikhdavoodi, M. J., Safieddin Ardebili, S. M., González Alriols, M., & Kiani, M. K. D. (2021). An investigation on the environmental impacts and energy efficiency of biogas and bioethanol production from sugarcane and sugar beet molasses: A case study. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects, 00(00), 1-15. https://doi.org/10.1080/15567036.2021.1898493
22. Zhao, X. F., Yuan, Y. Q., Chen, Q. K., Li, Q., Huang, Y., Wu, D., & Li, L. (2021). Effect of total solids contents on the performance of anaerobic digester treating food waste and kinetics evaluation. E3S Web of Conferences, 272, 1-8. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202127201026