منابع پایان نامه ارشد با موضوع شرایط آب و هوایی، اکسیژن مصرفی، مواد غذایی

دانو که به آن واحد تثبیت کننده زیستی نیز اطلاق می گردد از یک استوانه گردان افقی با سرعت چرخش کم به قطر 9 تا 12 فوت و بطول حداکثر 150 فوت تشکیل شده است. استوانه تا تیغه از زباله پُر می شود و با سرعت 1/0 تا 1 دور در دقیقه می چرخد. عمل هوادهی در طی چرخش محفظه انجام می گیرد و برای اطمینان از تأمین اکسیژن کافی، هوا به درون استوانه تزریق می گردد. زمان ماند در این راکتور بین یک تا پنج روز می باشد و پس از آن عملیات عمل آوری در واحدهای ویندرو یا توده های ثابت انجام می گیرد]9.[
این فرآیند برای تولید کمپوست از مخلوط زباله و لجن در کشورهایی اروپایی و آمریکا مورد استفاده قرار گرفته است.
2-18-3- محفظه های با بستر همزده شده
امروزه تعداد راکتورهای افقی با محفظه های همزده شده رو به افزایش است. این راکتورها از دو سیستم هوادهی تحت فشار و همزنهای مکانیکی برخوردار بوده که راهبری آنها را انعطاف پذیرتر می نماید. این راکتور اغلب بصورت روباز مورد استفاده قرار می گیرند اما نوع سرپوشیده آنها در هر شرایط آب و هوایی بخوبی عمل می کند. ضمن اینکه مخاطرات بهداشتی آن نیز کمتر است. استفاده از راکتورهای دایره ای و مستطیلی شکل در این زمینه مرسوم بوده و این سیستم قابلیت کمپوست سازی از زباله های شهری، فضولات باغی و لجنهای فاضلاب صنعتی و شهری را دارد]2.[
در راکتورهای دایره ای مطابق شکل (2-11، الف) یک پل گردان در بالای راکتور همانند پلهای گردان حوضهای ته نشینی نصب شده است. تغذیه مواد خام ورودی از طریق محفظه خارجی پل صورت گرفته و در طول این پل میله های همزنی نصب شده که با چرخش پل، کار همزدن مواد موجود در راکتور را انجام می‌دهند. مواد بتدریج بسمت مرکز راکتور هدایت شده و از طریق یک رریز قابل تنظیم به روی یک تسمه نقاله در کانالی در زیر راکتور ریزش می نمایند]2[.

شکل (2-12)- راکتورهای افقی کمپوست با بستر همزده شده]2[.
شکل (2-11، ب) یک نمونه از راکتورهای مستطیلی شکل، با محفظه های همزده شده را نمایش می دهد. مطابق شکل فوق در این راکتورها معمولاً از یک ریل که بین دیوارها و بالای محفظه مستقر شده، استفاده می گردد. این راکتورها در اشکال و ابعاد مختلف و با روشهای بهره برداری متفاوت بکار گرفته شده اند اما اغلب آنها به شکل مربع و دارای میله های همزن متصل به یک پل متحرک می باشند. در این راکتورها نظیر راکتورهای دایره ای مواد خام از یک ‌طرف وارد شده در طول محفظه حرکت کرده بهم زده می شوند و از سوی دیگر خارج می شوند]2.[
در برخی از این راکتورها نسبت طول به عرض خیلی زیاد است که در این صورت جهت بهره برداری آسان بهتر است که این راکتورها به عرض 2 متر و ارتفاع 2 متر ساخته شوند. تعدادی از این راکتورها در ابعاد 6 متر عرض 3 متر ارتفاع و 220 متر طول ساخته و بکار گرفته شده اند. در راکتورهای طویل سلولهایی را در طول تعبیه می نمایند. مواد هر هفته یکبار زیرورو شده و وارد یکی از سلولها می گردد و پس از طی زمان ماند از این سلول ها خارج می شوند. در راکتورهای کوچک عملیات زیر و رو کردن مواد معمولاً روزی یکبار انجام می گیرد]2[.
2-18-4- راکتور فیرفیلد
راکتور فیرفیلد از یک محفظه دایره ای با بستر همزده شده مطابق شکل (2-11، الف) تشکیل شده است. محفظه دایره ای شکل به قطر حداکثر 120 فوت و به عمق 6 تا 10 فوت می باشد. میله های مارپیچی بلندی که بصورت عمودی بر روی یک پل گردان نصب شده اند با چرخش پل کار همزمان مواد موجود در راکتور و انتقال آنها به سمت دیواره مرکزی خروجی را انجام می دهند.
مواد خام ورودی از طریق تسمه نقاله ای که بر روی پل گردان نصب شده است به راکتور وارد می گردد. در این سیستم از هوادهی تحت فشار استفاده شده و زمان ماند بین 7 تا 14 روز در نظر گرفته می شود. این راکتور اولین بار در سال 1951 توسط شرکت مهندسی فیرفیلد برای تولید کمپوست از لجن دآلتون، “پنسیلوانیا” بکار گرفته شد و محصولات آن تحت عنوان شرکت تهیه کمپوست تا اواسط سال 1980 به بازار عرضه می گردید. درحال حاضر راکتورهایی از این نوع در آمریکا برای تولید کمپوست از لجن و زباله مورد بهره برداری قرار دارند]2[.
2-19- محفظه های با بستر ثابت
راکتورهای افقی با بستر ثابت برای اولین بار در سال 1979 بر اساس تجارب بدست آمده از سیستم سیلوهای عمودی در اروپا مطرح گردید. این سیستم قابلیت کمپوست سازی از مواد خام اولیه نظیر لجن و زباله های شهری را دارد. الگوی جریان در این راکتورها بصورت پیستونی بوده و اغلب به اشکال لوله ای و یا تونلی با سطح مقطع مستطیلی طراحی می گردند. حجم این راکتور ها از 10 تا 500 متر مکعب متغیر است، راکتورهای بزرگ از جنس بتن مسلح و راکتورهای کوچک از جنس فولاد ضد زنگ ساخته می شوند]2[.
دو نمونه از این راکتورها در شکل (2-11) نمایش داده می شوند. در یک نمونه از این راکتورها مطابق شکل (2-11، الف) از یک صفحه متحرک با قابلیت حرکت به سمت جلو و عقب در فضایی تونلی شکل استفاده می‌گردد. با حرکت صفحه به سمت عقب امکان تغذیه مواد خام جدید به فضای خالی راکتور فراهم می آید و با حرکت صفحه به سمت جلو کمپوست رسیده از قسمت انتهایی خارج می شود. امکانات هوادهی و خارج کردن گازهای تولیدی در کل طول راکتور وجود دارد. در نمونه دیگر این راکتورها مطابق شکل (2-11، ب) انتقال مواد در طول راکتور بوسیله تجهیزاتی نظیر تسمه نقاله انجام می پذیرد]2[.
نمونه هایی از مدلهای کاربردی راکتورهای افقی ذیلاً مورد اشاره قرار گرفته است.
2-19-1- راکتور پایگرو
این سیستم اولین بار توسط کارل کیپ
در شهر “چارلتون اوهایو” بکار گرفته شد. مطابق شکل این سیستم از راکتورهای کانالی مجهز به پلهای متحرک با همزن تشکیل شده است. این سیستم قادر به تولید کمپوست از زباله و لجن می باشدو هم اکنون در تعدادی از شهرهای آمریکا نظیر “کلمبوس، آکرون – اوهایو و بالتیمور- مریلند” در حال بهره برداری می باشد]9.[
2-19-2- راکتور تونلیBAV
راکتورهای تونلی اولین بار در سال 1979 بر اساس تجربیات سیستمهای سیلوی عمودی BAV در اروپا بکار گرفته شدند. راکتور BAV تونلی شکل با سطح مقطع مستطیلی ساخته می شود، این راکتور مجهز به صفحه‌ای متحرک بوده که ورود و خروج مواد را تنظیم می نماید]9.[
2-20- میکروبیولوژی فرایند
تهیه کمپوست یک فرآیند دینامیک است که ناشی از فعالیت مخلوطی از میکروارگانیزم هاست که هر یک از آنها برای محیطی مناسب هستند. جدول (1-2) فهرستی از انواع و تعداد میکروارگانیسم های معمولی را نشان می دهد:
جدول (1-2)- تعداد و انواع میکروارگانیسم های معمولی گرم کمپوست مرطوب]38 [.
گروه
نوع
تعداد در گرم کمپوست مرطوب
میکروفلورا
باکتری
109-108

اکتینومایست
108-105

قارچ
106-104

جلبک
104

ویروس

میکروفونا
پروتوزوا
105-104
ماکروفلورا
قارچ

ماکروفونا
کرمها،حشرات بی بال، مورچه ها، موریانه ها، هزارپاها، عنکبوت ها وسوسک ها

این میکروارگانیسم ها از هر دو دسته گیاهی و حیوانی هستند. هر یک از اعضای گروه میکروفلورا که نام برده شد، مقادیر بسیار متفاوتی دارند، مثلاً 2000 باکتری و حداقل 50 قارچ در یک گروه قرار گرفته اند. هر یک از گروههای اصلی بر حسب محدوده دمایی فعالیتهایشان به چندین زیر گروه تقسیم می شوند.
پسیکلروفیل ها دمای کمتر از را ترجیح می دهند. در حالی که مزوفیل ها و ترموفیل ها دمای بالاتر از را ترجیح می دهند. گروه ماکروفلورا و ماکروفونا که در آخرین مرحله عملیات ساخت کمپوست رشد و نمو می کنند و احتمالاً از دسته مزوفیل ها هستند]38.[
اگرچه باکتری ها از جهت تعداد بسیار متنوع هستند اما از نظر اندازه بسیار کوچک بوده و نیمی از کل پروتوپلاسم میکروبی را تشکیل می دهند. بعضی از گروه اندوسپورها می توانند دما و خشکی زیاد را تحمل کنند. دسته اکتینومایست ها بسیار آرامتر از باکتریها و قارچها توسعه می یابند. اما در دمای ماکزیمم که آخرین مرحله ساخت کمپوست است، افزایش می یابند. قارچهای ترموفیلیک نسبتاً گروه شناخته شده تری در عملیات ساخت کمپوست هستند. حداقل هشت گونه از این نوع قارچها که قابلیت رشد در دمای را دارند، مورد مطالعه قرار گرفته اند. این گروه در دمای بیشتر از می میرند.]38و26[
مطالعه بر روی تعداد و جمعیت باکتری ها، اکتینومایست ها و قارچها در طی عملیات ساخت کمپوست توسط”yung chang (1977),Hedger(1972) Hages and lim (1972), yung chang Hudson(1967)” انجام گرفته است. هرگاه دمای پُشته کمپوست از دمای ماکزیمم پایین تر بیاید، احتمال ایجاد محدوده وسیعی از ماکروفوناهای خاک وجود دارد. این گروه از سایر حیوانات، فضولات حیوانی و باقیمانده های گیاهی تغذیه می کنند. آنها نیاز به شرایط هوادهی مناسب، رطوبت لازم و دما ( ترجیحاً در محدوده) دارند. در اثر شکستن مولکولهای بزرگ به مولکولهای کوچک تر سطح تماس بیشتری جهت حمله میکروفلورا ایجاد می شود، همچنین این گروه در مخلوط کردن مواد مختلف به علت توزیع و پراکندگی زیاد، نقش مؤثری دارند]26[.
در شرایط اقلیمی مناسب، خزندگان خاک بیشترین نقش را در فرآیند شکست در تهیه کمپوست ایفا می کنند. همچنین در زمینه توزیع مواد آلی در خاک نیز این گروه بسیار مهم هستند. در مناطق خشک و نیمه خشک این وظیفه را اغلب موریانه ها بر عهده دارند.(Edwards,1974).
بیوشیمی و میکروبیولوژی ساخت کمپوست با جزئیات بیشتری توسط Groy et al. (1971) بیان شده است.
2-20-1- الگوی دما – زمان
وقتی که مواد آلی به صورت پشته در می آیند تا به کمپوست تبدیل شوند، اثر عایق کردن مواد جهت جلوگیری از هدر رفتن گرما و افزایش آن بسیار مهم است. فرآیند ساخت کمپوست به صورت قراردادی به چهار مرحله تقسیم می شود: مزوفیلیک، ترموفیلیک، سردکردن و رسیدن.
در آغاز عملیات ساخت کمپوست، مواد در دمای محیط قرار دارند و کمی نیز اسیدی هستند. در طی مرحله مزوفیلیک میکروارگانیزم ها به سرعت چندتایی می شوند، دما تا حدود افزایش یافته و pH مواد شروع به اسیدی شدن می کند. دما به صورت پیوسته افزایش یافته و وارد مرحله ترموفیلیک می شود، pH قلیایی شده و در حین شکست مولکول های پروتئین، گاز آمونیاک متصاعد می شود. در دمای فعالیت قارچهای ترموفیلیک افزایش یافته و واکنش توسط اکتینومایست ها و تشکیل باکتریها ادامه می یابد. سرعت واکنش کاهش یافته و دمای ماکزیمم حاصل می شود که در این حالت سرعت تولید گرما مساوی سرعت از دست رفتن آن از سطح پشته ها می شود. این نشانه پایان مرحله ترموفیلیک است. مواد در این حالت به پایداری می رسد و به راحتی به موادی مانند کربوهیدرات، چربی و پروتئین تبدیل می شود. سپس این مواد تجزیه شده و بیشتر مقدار اکسیژن را به مصرف می‌رسانند. مواد در این حالت دیگر جاذب پرندگان و خزندگان نیست و همچنین بوی بدی از مواد به مشام نمی رسد. مواد در این مرحله می توانند به صورت پُشته هایی در محیط آزاد قرار بگیرند، البته بدون اینکه باعث آلودگی شوند. ماکزیمم دمایی که ممکن است مواد به آن برسند به کمیت مواد بستگی دارد]22.[
پس از رسیدن به دمای ماکزیمم، مرحله سردکردن فرا می رسد که در آن pH به آرامی کم می شود. ا
ما همچنان در منطقه قلیایی باقی می ماند. زمانی که دما کمتر از باشد. قارچهای ترموفیلیک مجدداً شروع به فعالیت می کنند. این قارچها پس از جمع شدن به همراه اکتینومایست ها به زنجیره های بلندتر پلی ساکاریدها مانند همی سلولز و سلولز حمله می کنند و آنها را به قندهای ساده تبدیل می کنند که این قندها مورد توجه محدوده وسیعی از میکروارگانیزم ها هستند. در طی مراحل شکست پلی ساکاریدها سرعت آزاد شدن انرژی خیلی کم است و دمای مواد به دمای محیط می رسد]22.[
در این مرحله فرآیند وارد مرحله بلوغ می شود که همراه با آزاد شدن گرما و کاهش وزن است. ماکروفلورا و ماکروفونا وارد پشته می شوند. چون تهیه مواد غذایی در این مرحله سخت است، بین میکروارگانیزم ها و آنتی بیوتیک ها رقابتی در می گیرد.
واکنش های شیمیایی پیچیده ای بین باقیمانده های لیگنین، مواد اولیه و پروتئین های تشکیل شده از میکروارگانیزم های مُرده رخ می دهد که باعث تشکیل اسید هیومیک می شود. در پایان مرحله بلوغ که ممکن است ماهها طول بکشد، مواد دیگر گرمایی تولید نمی کنند و نیازی نیز به هوادهی در مراحل ذخیره سازی ندارند و همچنین جاذب نیتروژن خاک نیز نیستند. در نهایت می‌توان گفت که این مواد به «هوموس» یا «کمپوست» تبدیل شده اند]22و37.[
2-21- عوامل مؤثر بر تخمیر
مسئله مهم و حائز اهمیت در تخمیر هوازی ایجاد شرایط مناسب جهت فعالیت میکروارگانیزم ها و بدست آوردن کمپوست با کیفیت مناسب و مطلوب می باشد.
اختلاف اساسی سیستم های مختلف تهیه کمپوست را می توان اصولاً در فرآیند های مختلف مرحله تخمیر دانست. شرکت های صاحب تکنولوژی در این زمینه، ایده های متفاوتی را ارائه می دهند، اما همگی اصول و فاکتورهای اساسی در فرآیند تخمیر هوازی را رعایت می نمایند. این اصول و عوامل که بطور مستقیم در فرآیند تخمیر هوازی مطرح می باشند و می باید مورد نظر طراح قرار گیرند، عبارتند از:

2-21-1- هوادهی
هوادهی یکی از اساسی ترین فاکتورها در تخمیر می باشد. هدف از هوادهی، تغذیه میکروارگانیزم های هوازی با مقدار کافی اکسیژن می باشد که موجب خروج بیشتر حجم می گردد. به بیان دیگر اکسیژن جهت متابولیسم گونه های مختلف هوازی میکروارگانیزم ها ضروری است.
میکروارگانیسم های هوازی جهت ادامه حیات، رشد، تکثیر و تبدیل ترکیبات حلقوی و زنجیره ای به ترکیبات ساده تر نیاز به اکسیژن دارند که مقدار مورد نیاز آن با توجه به نوع میکروارگانیزمها و مواد تشکیل دهنده مواد متفاوت است.
در تخمیر هوازی، نسبت تنفسی ( ) برابر 1 می باشد. یعنی مصرف اکسیژن معادل تولید گازکربنیک است. یا به بیان دیگر مقدار گازکربنیک حاصله از عملیات تخمیر، متناسب با مقدار اکسیژن مصرفی است. به علت سنگین تر بودن وزن نسبت به هوا، می باید سیستم های هوادهی و هواگیری (هواکشی) طوری طراحی گردند که خروج گازکربنیک حاصله که بیشتر در قسمت تحتانی توده کمپوست تولید می شود، از داخل توده تسهیل گردد و بدین ترتیب فعالیت میکروارگانیزم را تشدید نمود، زیرا وجود گازکربنیک بیش از حد معمول در داخل توده، موجب کاهش فعالیت میکروارگانیزم ها می گردد و در نتیجه عمل تخمیر کند می شود بدین خاطر مسئله تهویه در مرحله تخمیر عامل بسیار مهمی بشمار می رود که به طریق مختلف می توان اکسیژن کافی را به توده ها رسانده وگازکربنیک را از داخل آنها

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *