جامعة تشرين
كلية الهندسة الميكانيكية و الكهربائية
قسم هندسة القوى الميكانيكية
دراسة تأثير درجة حرارة التخمير على إنتاج الغاز الحيوي
باستخدام لاقط شمسي
إعداد
م. أحمد فارس زيتون د.م. نادر علي د.م. صلاح داوود
جامعة تشرين
كلية الهندسة الميكانيكية و الكهربائية
قسم هندسة القوى الميكانيكية
دراسة تأثير درجة حرارة التخمير على إنتاج الغاز الحيوي
باستخدام لاقط شمسي
إعداد
م. أحمد فارس زيتون د.م. نادر علي د.م. صلاح داوود
تقنية إنتاج الغاز الحيوي : ينتج الغاز الحيوي عند تخمير المخلفات العضوية الحيوانية والبشرية والبقايا النباتية وبعض المخلفات الصناعية ومخلفات المدن بمعزل عن الهواء وعن الأوكسجين وهو ما يعرف بالتخمير اللاهوائي (التخمر الانايروبي) وذلك في أجهزة خاصة محكمة ومعزولة حرارية وتحت ظروف محددة ومجهزة بوسائل تحريك محتويات المخمر.
يعتمد تركيب الغاز الحيوي بشدة على نوعية المواد الخام ولكن بشكل عام يتكون من % 50-70 ميثان و% 30-40 ثاني أكسيد الكربون
% 5-10 هيدروجين و % 1-2 نتروجين % 0.3 بخار ماء وأثر بسيط من كبريت الهدروجين كما هو مبين بالمخطط وتعتبر الطاقة التي يطلقها 1 m3 من الغاز الحيوي في الشروط الطبيعية هي 23.3 MJ/m3 وهي ما يعادل نصف ليتر من المازوت.
أهم مزايا التخمير اللاهوائي للمخلفات العضوية:
إن أهم ما يميز التخمر اللاهوائي :
إنتاج غاز حيوي نظيف.
إنتاج مادة عضوية متخمرة عالية الجودة، عديمة الرائحة، يمكن استخدامها كسماد عضوي جيد حيث يرتفع معامل الاستفادة من عناصره السمادية بعد التخمير.
القضاء على جميع البذور الموجودة في الروث، نتيجة للتخمير وبالتالي رفع قيمة السماد العضوي الناتج
القضاء على معظم الكائنات الممرضة والطفيليات وبالأخص الإسكارس.
عدم انجذاب الذباب للمادة المتخمرة يقلل احتمالات العدوى، في حالة تبقى بعض الكائنات الممرضة في المخلفات المعالجة، مما يحسن الظروف الصحية بدرجة كبيرة
إن خروج غاز الميثان وغاز ثاني أوكسيد الكربون بصورة حرة إلى الغلاف الجوي جراء عمليات التحلل الهوائي يسبب زيادة تأثير ظاهرة البيت الزجاجي فتأثير غاز الميثان يعادل /21/ مرة تأثير غاز ثاني أكسيد الكربون .
العوامل المؤثرة على إنتاج الغاز الحيوي
1-درجة الحرارة :
تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على عملية التخمير وإنتاج الغاز الحيوي. يمكن أن تصنف البكتريا حسب درجة الحرارة التي تعمل منها إلى :
1- بكتريا أليفة البرودة Psychrophilic أفضل درجة الحرارة لكي تعمل بشكل جيد هي من 10 حتى 20 درجة مئوية مدة التخمير من 3 حتى 9 اشهر.
2- بكتريا أليفة الحرارة المعتدلة Mesophilic أفضل درجة الحرارة لكي تعمل بشكل جيد هي من 20 حتى 40 درجة مئوية مدة التخمير من 20 حتى30 يوم.
3- بكتريا أليفة الحرارة الحارة Thermophilic أفضل درجة الحرارة لكي تعمل بشكل جيد هي من 40 حتى 60 درجة مئوية مدة التخمير 11 حتى20 يوم. الشكل (1) تأثير درجة الحرارة على انتاج الميثان
2-خواص المواد المخمرة :
أي مادة تحتوي على مواد غذائية تشتمل على الكربوهيدرات والبروتين والدهون يمكن تخميرها ضمن المخمر
3-درجة الحموضة :
إن عامل الحموضة المستخدم في محطات الغاز الحيوي يقع عادة مابين 8 -7 ويكون أفضل انتاج للغاز الحيوي عندما يكون معدل الحموضة مابين 7-6
4-نسبة الكربون إلى النيتروجين :
النسبة الصحيحة لنسبة الكربون للنتروجين C/N للمخمرات تقع في المجال مابين 20-30/1
5- تركيز المادة الصلبة في محلول التغذية
يتراوح تركيز المادة الصلبة في محلول التغذية (أي كمية المادة الصلبة إلى الماء) بين 8-10% حيث تحافظ هذه النسبة على جريان مناسب، وتمنع تكون الأحماض بمعدلات أكبر من استهلاكها مما يحافظ على التوازن في عملية التخمر بينما يكون تركيزها في الروث شبه الصلب مابين 16-20%.
6- مدة بقاء المحلول في المخمر :
وهو متوسط عدد الأيام التي يقضيها المحلول داخل المخمر، والذي تحكمه عوامل كثيرة منها ظروف التشغيل مثل درجة الحرارة وطبيعة المادة العضوية المستخدمة وسهولـة تخمرها ونوع المخمر المستخدم
7- المواد السامة في التغذية:
المضادات الحيوية والمبيدات والمنظفات الصناعية والمعادن الثقيلة مثل الكروم والنيكل والنحاس والزنك تعتبر مواد سامة للكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بإنتاج الغاز الحيوي
أنواع مخمرات الغاز وطرق تصميمها:
هناك أنواع مختلفة من التصاميم المستخدمة في عملية التخمير منها: 1 - المخمر ذو الغطاء العائم : الشكل ( 3 ) المخمر ذو الغطاء العائم
2 - المخمر ذو القبة الثابتة : الشكل (4) المخمر ذو القبة الثابتة
3- المخمر ذو الكيس المرن: الشكل (5) المخمر ذو الكيس المرن
أنواع المخمرات من حيث طريقة التزويد بالمواد :
1- مخمرات دفعية : حيث يتم ملئ المخمر بالمواد ويغلق المخمر حتى تنتهي عملية التخمير حيث يفرغ المخمر بشكل كامل وذلك عند نهاية زمن البقاء ويملا من جديد لعملية تخمير جديدة.
2- مخمرات مستمرة : يملئ المخمر بالمواد ويغلق وعند نهاية مدة البقاء لا يفرغ المخمر ولكن يتم اضافة حصة يومية من المواد التي سوف تخمر وهذه الحصة تساوي حجم المادة الكلية في المخمر مقسوم على زمن البقاء في المخمر :
الحصة اليومية = حجم المخمر العامل ÷ زمن البقاء في المخمر.
إن الاشكال ( 3-4-5 ) السابقة يمكن تستخدم كمخمرات دفعية أو مستمرة
المحطة المنفذة :
لقد تم تجهيز المحطة التالية من اجل إجراء التجارب كما هو مبين بالشكل (6) .
الشكل (6) المحطة المنفذة
الشكل (7) المحطة المنفذة
والمحطة تتألف من :
1- المخمر :
تم تنفيذ مخمر محكم الاغلاق وتمت عملية التخمير على طريقة المخمرات الدفعية وهو معزول بعازل بسماكة 2.5 cm من الصوف الزجاجي من كل الجوانب فتحة خروج الماء فتحة دخول الماء فتحة خروج المواد المخمرة المبادل الحراري الأنبوبي فتحة
دخول المواد الخلاط الشكل (8) المخمر
2-اللاقط الشمسي سعة الخزان الحراري 60 liter وهو مزود بفتحة لخروج الماء الساخن الذاهب للمخمر وفتحة لدخول الماء العائد من المخمر وفي أعلى الخزان يوجد فتحتين واحدة مركب بها أنبوب التنفيس والأخرى مربوطة مع خزان التعويض مساحة اللاقط m2 0.555 ومواصفات الأنابيب موضحة بالجدول أبعاد الخزان الحراري هي القطر 40 cm بطول 98 cm معزول بعازل من الفوم سماكة 5 cm الشكل (8) اللاقط الشمسي الخزان الحراري
3- أجهزة القياس والتسجيل الشكل (9) اجهزة القياس والتسجيل جهاز التسجيل كاميرا المراقبة مجموعة الحساسات كابلات خاصة بالحساست
الشكل (10) القراءات التي يسجلها الجهاز
4- دارة التحكم لقد تم اعتماد دارة تعتمد على درجة الحرارة الخاصة بالمخمر والخزان الشمسي تتألف هذه الدارة من ترموستاتين موصولين على التسلسل كما في الشكل (11) مربوطين عند طرف المضخة، تدفق الماء الساخن خلال المخمر يبدأ عندما تكون درجة حرارة الماء الخارج من الخزان الحراري (twout) أكبر أو تساوي درجة معينة tmin. ويتوقف التدفق عندما تكون درجة الحرارة (twout) أقل من tmin ،أو عندما تكون درجة حرارة المخمر تجاوزت tR . الشكل (11) دارة التحكم بالمضخة
الشكل (12) دارة التحكم مع الحساسات
مكان التجربة الشكل (13) موقع التجربة الجغرافي
الشكل (14) المزرعة من الداخل
يتم تعيير دارة التحكم بحيث تعمل المضخة عندما تكون :
درجة حرارة اللاقط twout اكبر من oC 27 ودرجة حرارة المخمر اقل من oC 27 وتم إجراء التجربة في 26/12/2009 وبداية الشهر الأول 2010.
ويوضح الشكل التالي تغيرات درجات الحرارة لكل من المخمر واللاقط الشمسي ودرجة حرارة الجو خلال الفترة من 26/12/2009 حتى 5/1/2010 . التجربة (1)
Comments