پایان نامه با موضوع اکسیداسیون، دی اکسید کربن، رطوبت نسبی، دینامیکی

دانلود پایان نامه

نمود.]22و26[.
بنابراین با استفاده از نتایج فوق در تخمیر هوازی دو اصل مهم باید رعایت گردد :
شرایط هواگیری باید به صورت گسترده ای فراهم گردد.
خروج گازکربنیک در تمامی اوقات امکان پذیر باشد.

2-21-2- میزان هوادهی مورد نیاز و مکانیزم های آن
در فرآیند کمپوست، هوا با چندین منظور در طی مرحله تخمیر هوازی مورد نیاز می باشد:
1- تأمین اکسیژن مورد نیاز جهت فعالیت بیولوژیکی میکروارگانیزم ها
2- کاهش رطوبت هوا
3- خارج کردن حرارت ایجاد شده در توده به منظور جلوگیری از ایجاد درجه حرارت بالا
خشک کردن را می توان به عنوان قسمتی از فرآیند اکسیداسیون فرض نمود و این عمل مهم و بسیار سودمندی است که در حین فرآیند کمپوست حاصل می گردد]26[.
کاملاً واضح است که میان نسبت هوادهی و نسبت خشک کردن ارتباط مستقیم وجود دارد. اگرچه میزان هوای مورد نیاز جهت تأمین هر دو منظور را ممکن است بطور همزمان نتوان تأمین نمود.
یکی دیگر از وظایف هوادهی، خارج نمودن حرارت اضافی از فرآیند کمپوست می باشد. بسته به نوع مواد ورودی، درجه حرارت کمپوست ممکن است به میزان بالایی صعود کند و این موجب جلوگیری از فعالیت بیولوژیکی گردد. با تغییر نرخ هوادهی، می توان درجه حرارت سیستم را کنترل و تنظیم نمود.
هوای ورودی به مخلوط کمپوست، در حین عبور از داخل توده گرم می شود. با افزایش درجه حرارت میزان رطوبت موجود در هوای اشباع شده، افزایش می یابد. بنابراین گازهای داغ حاصل از فرآیند تخمیر، می‌توانند مقادیری از رطوبت موجود در توده کمپوست را حتی زمانی که هوای محیط اشباع باشد یا رطوبت نسبی بالایی داشته باشد، خارج نماید.
هوای مورد نیاز جهت خشک کردن به میزان قابل توجهی بیش از میزان استوکیومتریک جهت اکسیداسیون بیولوژیکی است. به عنوان مثال هوای مورد نیاز جهت خشک نمودن یک کیک لجن با رطوبت 20%، حدود 10 تا 30 برابر هوای مورد نیاز این ترکیب جهت اکسیداسیون بیولوژیکی است. کنترل هوای اضافی جهت خشک نمودن، می تواند فاکتور بسیار مهمی جهت حفظ توازن ترمودینامیکی در حین تخمیر باشد]26و22و38.[
هوادهی با استفاده از فن های دمنده، رایج ترین شیوه هوادهی در تمامی روش های توده ای سالن (static pile) و اکثر سیستم های راکتوری می باشد]9[.
در سیستم های توده ای همراه با جابجایی مکانیزم هوادهی کاملاً مشهود نمی باشد. اما در عمل یکی از بهترین شیوه ها می باشد، زیرا هوادهی طبیعی بر اثر اختلاف دانسیته بین گازهای گرم و سرد خود باعث جریان یافتن هوا در داخل توده می گردد. سرعت این جابجایی طبیعی بستگی به اختلاف دانسیته هوای گرم و سرد، میزان فضای خالی بین ذرات (FAS) ثابت فرض گردیده اند. بیشترین فعالیت تحقیقاتی در این مورد را می توان به آقای شولتز از سال 1957 تا 1962 نسبت داد.
وی برای به دست آوردن شرایط پایدار، از سیستم های پیوسته استفاده نمود. علاوه بر این، مواد اولیه مورد نیاز را از مخلوط های مختلف زباله و لجن تهیه نمود. برای نمونه یکی از کارهای تحقیقاتی وی در ذیل آورده شده است. وی از یک استوانه دوّار 55 گالنی، به عنوان راکتور تخمیر استفاده و حجم آن را از مواد اولیه پُر نمود.
مواد اولیه هر 2-1 روز یک بار به راکتور اضافه شده و حدود 5 دقیقه قبل و بعد از عمل تغذیه چرخانده می شد. در این حالت شرایط یک راکتور مخلوط شبیه سازی می گردید. جمع آوری داده ها پس از حصول اطمینان از به وجود آمدن شرایط پایدار در داخل راکتور، صورت می گرفت ]15.[
2-21-3- میزان رطوبت
در فرآیند تهیه کمپوست وجود آب ضروری است، زیرا موجب نقل و انتقال مواد به داخل و خارج از میکروارگانیزم ها می گردد. رطوبت کمتر از 30 درصد باعث کاهش سرعت واکنش بیولوژیکی می شود و اگر میزان رطوبت بالا باشد موجب ممانعت از جذب اکسیژن لازم توسط میکروارگانیزم ها می گردد. بعضی از مواد مثل کاغذ، هنگامی که مرطوب باشند، مقاومت ساختاری خود را از دست می دهند و بعضی دیگر مانند کاه می توانند میزان رطوبت زیادی را در خود نگاهدارند. در فرآیند کمپوست میزان رطوبت در حدود 60-50 درصد می باشد.
همچنانکه گفته شد تجزیه مواد آلی بستگی به میزان رطوبتی دارد که نیاز میکروارگانیزم ها را تأمین نماید. (Golueke) می گوید میزان رطوبت ایده آل می تواند از یک تا 100 متغیر باشد و در این صورت هیچگونه محدودیتی از نظر میزان رطوبت برای تجزیه بیولوژیکی وجود ندارد. اما به علت توجیهات اقتصادی و فنی، میزان رطوبت عملی می باید کمتر از 100% باشد. اگر کمپوست به صورت پشته ای همراه یا بدون زیر و رو کردن و یا در یک سیستم راکتوری تولید شود، این سوال مطرح می شود که حداکثر میزان رطوبت مورد نیاز چقدر باید باشد. در جدول ذیل میزان رطوبت مورد نیاز جهت شروع عملیات تخمیر (تجزیه) در مورد مواد و ترکیبات مختلف آورده شده است. مقادیر داده شده صرفاً بستگی به میزان مقاومت بافتی مواد، در مقابل کمپوست شدن دارد. مواد فیبری یا حجیم مثل ساقه گندم و یا چیپس های چوب توانایی جذب میزان زیادی آب را دارند. در عین حال که ساختمان و تخلخل خود را حفظ می نمایند]22.[
به عنوان مثال “مک گاهی و گوتاس” ترکیبی از بقایای سبزیجات و ساقه گندم (کاه) را با رطوبت اولیه 85% کمپوست نمودند ولی با جایگزینی کاغذ به جای کاه حتی رطوبت 75% نیز میزان بسیار بالا بود]10[.
تعدادی از مواد قابل کمپوست از قبیل زباله شهری و شماری از بقایای کشاورزی معمولاً فرآیند کمپوست خود را به صورت خشک شروع می کنند. حتی کودهای حیوانی را نیز اغلب قبل از کمپوست شدن، خشک می کنند. اکثر
فرآیندها و سیستم های تهیه کمپوست بر مبنای شرایط خشک طراحی شده اند و جهت پیشرفت فرآیند تخمیر، تجهیزات افزودن آب می بایست پیش بینی گردد.

مطلب مشابه :  پایان نامه ارشد رایگان با موضوعانرژی خورشیدی، دینامیکی، مصرف انرژی، زیست محیطی

جدول (2-3)- حداکثر رطوبت مورد نیاز جهت کمپوست شدن مواد مختلف]38و22[.
نوع مواد زائد
درصد رطوبت مورد نیاز (براساس کل وزن)
تئوری
100
کاه
85-75
چوب ( خاک اره و خرده چوب )
90-75
شلتوک برنج
85-75
زباله شهری
65-55
لجن هضم شده یا خام
60-55
زائدات تر (از قبیل زباله خانگی)
55-50

به جهت آنکه مواد حجیم و فیبری به علت طبیعتشان مقدار زیادی آب را جذب می کنند، نگاهداری سطح رطوبت در میزان مورد قبول یک مسئله اساسی در متوازن کردن سیستم می باشد. میزان رطوبت باید به اندازه کافی بالا باشد تا نیاز میکروارگانیزم ها را برآورده نماید، اما نه آن اندازه بالا که خلل بین ذرات را پر نماید که بواسطه آن میزان انتقال اکسیژن کاهش یافته و نهایتاً سرعت تجزیه تقلیل یابد. علاوه بر این، تولید یک محصول خشک بسیار مقبول تر می باشد.
بهینه سازی تمامی این فاکتورها در یک زمان امکان پذیر نمی باشد. از این رو بحث بازرگانی و اقتصادی مطرح می شود]38و22[.
2-21-4- کنترل رطوبت
اهمیت کنترل رطوبت در سطح و میزان مطلوب، در کارهای تحقیقاتی آقای سن به طور بارزی مدنظر قرار گرفته است. وی سیستم مورد استفاده جهت کمپوست فضولات دامی را یک سیستم تونلی با ابعاد 4/2 متر عمق و مجهز به سیستم هوای فشرده در کف بستر انتخاب کرد.
اثر میزان رطوبت بر روی درجه حرارت در شکل ذیل نشان داده شده است. در رطوبت 66% درجه حرارت فقط تا میزان افزایش می یابد و نه بیشتر. در این وضعیت تونل تخلیه می شود و جهت کاهش رطوبت به میزان 61% به محتویات تونل مواد خشک اضافه و به هم زده می شود. مشاهده می شود درجه حرارت به سرعت به بیش از افزایش می یابد. در یک آزمایش موازی مواد با رطوبت 60% مورد عمل قرار می‌گیرند و مشاهده می شود که درجه حرارت به سرعت تا بالا می رود و به مدت چند روز در این درجه حرارت باقی می مانند. زمان افزایش درجه حرارت به بالاترین میزان خود فقط 6 ساعت طول کشیده است.
البته میزان رطوبت 60% که آقای “سن” جهت کمپوست فضولات دامی به روش تونلی به دست آورد، در مورد سایر مواد قابل تعمیم نیست. مثلاً در مورد لجن که مواد فیبریش بسیار کمتر از فضولات دامی است، می‌باید رطوبت اولیه اش پایین تر باشد.
جهت تنظیم و کاهش رطوبت راههای متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد، از جمله:
خشک کردن بوسیله مواد کمپوست شده ( استفاده از کمپوست تولیدی )
اضافه کردن مواد جاذب الرطوبه از قبیل خاک اره، زباله خرده شده همراه یا بدون کمپوست
اضافه نمودن عوامل حجیم کننده از قبیل چیپس چوب که هم قابلیت حجیم کنندگی را دارا هستند و هم فضای خالی بین توده را افزایش می دهند
جابجایی مداوم بوسیله وسایل مکانیک
استفاده از هوا یا حرارت جهت خشک کردن و کاهش میزان رطوبت]22و37و38 [.
2-21-5- نسبت C/N
میکروارگانیزم های دخیل در ساخت کمپوست، جهت تأمین انرژی و مواد لازم جهت ساخت سلول های جدید به منبع کربن نیاز دارند. همچنین جهت ساخت پروتئین سلولی نیاز به نیتروژن دارند. در اکثر موارد این نیازمندیها توسط مواد آلی موجود در مواد به خوبی تامین می شوند. ولی در تعدادی از کشورها به جهت پایین بودن درصد مواد آلی، نیاز به تأمین نیتروژن می باشد. آنالیز شیمیایی میکروارگانیزم ها نشان می دهد که به صورت میانگین این موجودات دارای 50 درصد کربن، 5 درصد نیتروژن و 1- 25/0 درصد فسفر (برمبنای وزن خشک) هستند]12و14.[
در طی فرآیند تخمیر 60-50 درصد کربن مواد آلی به دی اکسید کربن تبدیل می شود. جدول زیر نسبت C/N را در مواد مختلف نشان می دهد.
جدول (2-4)- نسبت C/N در مواد مختلف]12[.
مواد
C/N
ضایعات چوب
لجن فاضلاب
چوب
خاک اره

مطلب مشابه :  منابع پایان نامه ارشد با موضوعحقوق جزا، قانون مجازات، منشور ملل متحد، حقوق متهم

دیدگاهتان را بنویسید