مطالعه تجربی و مدلسازی ریاضی حذف سولفید هیدروژن از بیوگاز با استفاده از بیوفیلتر

ماشین های کشاورزی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 18 بهمن 1401   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2023.80432.1142

نویسندگان

محسن زارعی¹؛ محمدرضا بیاتی^{* 2}؛ محمد علی ابراهیمی نیک²؛ بیژن حجازی³؛ عباس روحانی²

¹مهندسی مکانیزاسیون کشاورزی، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

³گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

بیوگاز خام علاوه بر متان به عنوان ترکیب اصلی دارای ترکیب آلاینده دیگری مثل سولفید هیدروژن (H₂S) می باشد. سولفید هیدروژن بسیار خورنده بوده و یکی از مشکلات عمده در استفاده از بیوگاز را ایجاد می­کند و باعث خوردگی در موتورها و خطوط لوله می شود. در این تحقیق از بیوفیلتر بستر ثابت برای حذف سولفید هیدروژن از جریان بیوگاز استفاده شد. از دو بستر زغال­زیستی حاصل از پیرولیز و کمپوست به عنوان بستر بیوفیلتر بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که به ترتیب بازده حذف سولفید هیدروژن برای دو بستر زغال­زیستی و کمپوست برابر با 94 و 76 درصد شد. به ترتیب در دو بستر زغال­زیستی و کمپوست در ارتفاع 60 سانتی متری غلظت سولفید هیدروژن از ppm 185 به ppm 11 و از ppm 70 به ppm 17 کاهش یافت. ضمن اینکه بیوفیلتر کارایی خوبی نسبت به افزایش ناگهانی غلظت سولفید هیدروژن در خوراک بیوگاز نشان داد. مدلسازی سینتیکی ساده حذف سولفید هیدروژن برای توصیف عملکرد بیوفیلتر ارائه شد. فرض های مدلسازی برای ساده­ سازی، شامل صرف­نظر از تغییرات شعاعی غلظت و نیز استفاده از مدل سینتیکی مونود برای توصیف نرخ حذف سولفید هیدروژن می­باشد. معادلات دیفرانسیلی معمولی برای شبیه­سازی به کمک روش رانگه-کوتا حل شد. نتایج مقایسه مدل و داده­های آزمایشگاهی نشان داد که مدل پیشنهادی به­ خوبی عملکرد حذف سولفید هیدروژن را پیش­بینی می­کند (در تمام موارد R² بزرگتر از 90/0 بود). به کمک نتایج تجربی، مقادیر پارامتر سینتیکی حداکثر نرخ رشد ویژه (µ_max) در بستر زغال­زیستی و کمپوست به ترتیب برابر  ^5-10× 5/6 و  ^5-10× 52/0 بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

بازده حذف؛ بیوفیلتر؛ زغال زیستی؛ کمپوست؛ حداکثر نرخ رشد ویژه

مراجع