بهينه سازي فرآيند توليد بيو گاز از مخلوط كود دامي و پسماند كدوي آجيلي با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

Optimization of Biogas Production from Co-digestion of Livestock Manure and Pumpkin Waste using the Response Surface Methodology (RSM)

دفع و انباشت پسماند كشاورزي و دامي در محيط مي ­تواند باعث ايجاد آلودگي­ هاي زيست­ محيطي شود. سالانه حجم بسيار بالايي از فضولات دامي و انواع پسماند محصولات كشاورزي در كشور توليد مي ­شود كه مي ­تواند به ­عنوان پتانسيلي بالقوه براي توليد بيوگاز به آن توجه شود و علاوه بر توليد انرژي، سبب دفع مناسب پسماند و كاهش آلودگي شود. از اين رو، در تحقيق حاضر فرآيند توليد بيوگاز از تركيب كود دامي و پسماند كدوي آجيلي مورد بررسي قرار گرفت. كدوي آجيلي محصولي است كه صرفاً براي استخراج دانه آن توليد مي­ شود و قسمت عمده محصول به ­عنوان پسماند دفع مي­ شود. آزمايشات با استفاده از سه نسبت تركيب پسماند كدو به­ كود گاوي ( 10:90، 20:80، 30:70) در دو غلظت متفاوت خوراك (تركيب 1:1 و 1:2 پسماند با آب) در هاضم­ هاي يك ليتري شيشه ­اي به ­صورت نا­پيوسته انجام شد. براي بهينه سازي فرآيند از روش سطح پاسخ و آزمايش فاكتوريل كامل در سه تكرار استفاده شد. نرم ­افزار Design Expert 12 براي تجزيه و تحليل داده­ هاي حاصل از آزمايشات مورد استفاده قرار گرفت. نتايج تجزيه واريانس نشان داد كه تاثير غلظت خوراك بر ميزان بيوگاز توليدي در سطح احتمال 1­% و تاثير نسبت تركيب در سطح احتمال 5­% معني ­دار هستند اما اثر متقابل آن­ها فاقد تاثير معني ­دار است. ارتباط بين توليد بيوگاز با متغيرهاي غلظت خوراك و نسبت تركيب به­ شكل معادله رگرسيوني ارائه شد. نسبت تركيب 10:90 و غلظت خوراك با تركيب 1:2 پسماند با آب به­ عنوان مقادير بهينه متغير­ها تعيين شدند كه منجر به ­توليد بيشينه بيوگاز به ­مقدار ml/day 93.5267 مي ­شوند.

Disposal of agricultural waste and livestock manure in the environment can cause pollution. Annually, a very large volume of animal waste and various types of agricultural wastes is produced, which could be considered as a potential for biogas production. Such an energy production causes proper disposal of waste and reduce pollution. Therefore, in this study, biogas production from the combination of livestock manure and pumpkin waste was investigated. Pumpkin is produced solely to extract its seeds and most of the product is useless and disposed of as waste. The experiments were performed using three ratios of pumpkin waste to cow manure (10:90, 20:80, 30:70) at two different concentrations (1:1 and 1:2 combination of the waste with water) in 1 liter batch reactors. To optimize the process, the response surface methodology (RSM) and full factorial experiment in three replications were used. Design Expert 12 software was used to analyze the experimental data. The results showed that the effect of waste concentration on the amount of produced biogas and the effect of composition ratio are significant at the level of 1% and 5% probability, respectively, but their interaction is not significant. The relationship between biogas production with feed concentration variables and composition ratios was presented in the form of a regression equation. The ratio of 10:90 and the feed concentration with the ratio of 1:2 were determined as the optimal feed, which lead to the maximum production of biogas at the amount of 93.5267 ml/day.