بررسي توليد متان از پسماند مواد غذايي با استفاده از تابش مايكروويو : تاثير توان و زمان تابش و ارائه سينيتك فرآيند

Production of Methane from Food Waste Using Microwave Radiation: Investigating the Effects of Power, Exposure Time and Kinetics Process

سابقه و هدف: بازيافت انرژي از پسماندها، روشي مناسب براي مديريت پسماندها و توليد انرژي از پسماندهاي مواد غذايي است. توليد انرژي به روش سوزاندن پسماندها، گازهاي آلاينده قابل توجهي توليد مي كند كه تهديدي براي محيط زيست مي باشد. هضم بي هوازي پسماندها، روشي مناسب براي توليد انرژي پاك مي باشد. هدف اين مطالعه بررسي هضم بي هوازي پسماند مواد غذايي به وسيله آماده سازي با مايكروويو در زمان و توان هاي مختلف است كه در نهايت موجب افزايش هضم بي هوازي و توليد متان مي شود. مواد و روش ها: در اين مطالعه، پسماند مواد غذايي از رستوران دانشگاه بوعلي سينا جمع آوري شد و آماده سازي پسماندهاي مواد غذايي توسط مايكروويو قبل از تغذيه راكتورها انجام گرفت. به منظور آماده سازي پسماند مواد غذايي، از مايكروويو خانگي با توان هاي 450 و 630 وات و در مدت زمان هاي تابش مايكروويو 100، 200 و 300 ثانيه استفاده شد. راكتورها در دماي مزوفيليك (37 درجه) و در 15 روز راه اندازي شدند و مقادير SCOD و TCOD قبل از بارگذاري و در انتهاي آزمايش اندازه گيري شدند. مقادير متان تجمعي آزمايشگاهي با كمك نر م افزار متلب بر معادلات نمايي، گومپرتز تغييرشكل يافته و لاجستيك برازش شدند و بهترين مدل از لحاظ بيش ترين مقدار R2 و كم ترين مقدار RMSE و SSE مشخص شد. يافته ها: بر اساس نتايج، بهترين عملكرد هضم بي هوازي، بيش ترين مقدار AWT IMAGE و بيش ترين توليد متان در توان مايكروويو 630 وات و در مدت زمان تابش 300 ثانيه به دست آمد. هم چنين همه منحني هاي توليد متان تجمعي با مدل هاي رياضي نمايي، گومپرتز تغيير شكل يافته و لاجستيك برازش شدند. استنتاج: افزايش توان و زمان تابش مايكروويو موجب افزايش محلوليت مواد و AWT IMAGE مواد غذايي مي گردد. متناسب با افزايش مقدار AWT IMAGE ، مقدار توليد بيوگاز روزانه نيز افزايش مي يابد. مقدار كاهش TS و VS با افزايش توان و زمان تابش مايكروويو افزايش مي يابد. هم چنين مدل گومپرتز تغيير شكل يافته، مدلي جامع و انعطاف پذير مي باشد كه به خوبي با داده هاي آزمايشگاهي برازش مي شود و بيش ترين مقدار R2 و كم ترين مقدار RMSE و SSE را نتيجه مي دهد.

Background and purpose: Energy recovery from waste is an appropriate method for waste management and energy production from food waste. Energy production through waste incineration produces significant emission which is a critical threat for environment. Anaerobic digestion of the waste is a suitable way to produce clean energy. This study aimed to investigate the anaerobic digestion from food waste using microwave pretreatments in different levels of power and time that eventually increase anaerobic digestion and produce methane. Materials and methods: The food waste was collected from the restaurant in Bu-Ali Sina University and microwave (MW) treatment was performed before feeding reactor. Pretreatment process of the food waste was done by a domestic MW (P= 450 and 630 W) in different radiation times (100, 200 and 300 s). Reactors at mesophilic temperature (37°C) were launched for 15 days and SCOD and TCOD values were measured before loading and at the end of the tests. Using MATLAB software, the cumulative methane values were fitted on exponential, modified Gompertz and logistic models and the best model was determined in terms of the highest R2 and lowest RMSE and SSE amounts. Results: Based on the results, the best performance of anaerobic digestion, the maximum percentage of SCOD/TCOD% and the highest rate of methane production were obtained in 630 W microwave power and 300 s exposure time. Also, cumulative methane production was fitted using exponential, modified Gompertz and logistic models. Conclusion: Increasing the power and exposure time enhanced solubility and the SCOD/TCOD% of the food waste. By increase in SCOD/TCOD% the daily biogas and methane productions also increase. The TSremoved and VSremoved values increase when the microwave power and exposure time increased. Also, the modified Gompertz model is a comprehensive and flexible model that is well fitted the experimental data and modified Gompertz model results in the highest R2 value and the lowest RMSE and SSE.