الهضم اللاهوائي للمرحلة المائية من الكربنة الحرارية المائية للنفايات الصلبة البلدية المختلطة

الطاقة الكهرومائيةورقة بحثيةإدارة المخلفات

المشاركة تعنى الاهتمام

10 يناير، 2022

يمكن أن تؤدي زيادة إنتاج الطاقة المتجددة ، جنبًا إلى جنب مع فكرة النفايات كمصدر محتمل للمنتجات الثانوية المفيدة ، إلى إدارة أكثر استدامة وصديقة للبيئة للنفايات الصلبة البلدية (MSW).

 

By كاميرون ج آدامز

قسم الهندسة المدنية والبيئية ، جامعة دومينيون القديمة ، نورفولك ، الولايات المتحدة الأمريكية

و بن ستيوارت

قسم الهندسة المدنية والبيئية ، جامعة دومينيون القديمة ، نورفولك ، الولايات المتحدة الأمريكية

و سانديب كومار

معمل أبحاث الكتلة الحيوية (BRL) ، مجموعة الطاقة BCET


 

ملخص

 

في عام 2017 ، ذكرت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) أن الأمريكيين أنتجوا أكثر من 268 مليون طن من النفايات الصلبة البلدية (MSW). ينتهي الأمر بغالبية (52٪) من هذه النفايات في مدافن النفايات ، والتي تعد ثالث أكبر مصدر لانبعاثات غاز الميثان البشرية المنشأ. يمكن حل التحسينات فيما يتعلق بإدارة النفايات وإنتاج الطاقة من خلال دمج معالجة النفايات الصلبة المحلية مع الكربنة الحرارية المائية (HTC) والهضم اللاهوائي (AD) لتحويل الكربون العضوي من النفايات الصلبة البلدية إلى وقود.

 

كانت أهداف هذه الدراسة هي (أ) التحقيق في تجارب HTC في درجات حرارة مختلفة وأوقات مكوث (ب) تقييم الطور المائي وخصائص المواد الصلبة ، و (ج) إجراء اختبار زجاجة مقياس AD على الطور المائي. تم استخدام خليط من مواد أولية مختلفة تمثل MSW. أنتجت HTC عند 280 درجة مئوية و 10 دقائق أعلى إجمالي كربون عضوي (TOC) قدره 8.16 جم / لتر مع إنتاج غاز حيوي قدره 222 مل من الغاز الحيوي / جم من الكربون العضوي. أظهرت النتائج أن AD من الطور المائي من خام التغذية MSW المختلط ممكن. يُظهر النهج المتكامل استرداد الكربون العضوي بنسبة 58٪ (الفحم الهيدروليكي والغاز الحيوي). هذه الدراسة هي الأولى من نوعها للتحقيق في درجات الحرارة المتغيرة والأوقات لمواد وسيطة غير متجانسة (مختلط MSW) ، وتقييم التحلل البيولوجي اللاهوائي في المرحلة المائية HTC MSW على وجه التحديد.

 

1.المقدمة

 

في عام 2017 ، ذكرت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) أن الأمريكيين أنتجوا أكثر من 268 مليون طن من النفايات الصلبة البلدية (MSW) ؛ 52٪ (طمر النفايات) ، 13٪ (ترميد) ، 35٪ (معاد تدويره / سماد) [1]. تعتبر مدافن النفايات الصلبة البلدية ثالث أكبر مصدر لانبعاثات غاز الميثان البشرية المنشأ والتي تزيد فيها احتمالية احتجاز غازات الاحتباس الحراري بمقدار 23 مرة عن ثاني أكسيد الكربون.2. يمكن حل التحسينات من حيث إدارة النفايات وإنتاج الطاقة من خلال دمج معالجة النفايات الصلبة المحلية مع الكربنة الحرارية المائية (HTC) والهضم اللاهوائي (AD) لتقليل النفايات إلى مدافن النفايات وزيادة الكربون العضوي واستعادة الموارد.

 

يتم تعريف HTC على أنها عملية تجفيف مجمعة ونزع الكربوكسيل من مادة أولية عضوية تحت الماء / وسط حراري مائي دون حرج لإثراء محتواها من الكربون مما يجعلها قابلة للمقارنة مع قيم تسخين الفحم الحجري (24-27 ميجا جول / كجم). تشير الأدبيات إلى ظروف تشغيل HTC تتراوح من 180 درجة مئوية إلى 320 درجة مئوية بناءً على المواد الخام المختلفة التي تنتج ثلاثة منتجات رئيسية ومتوسط ​​إنتاجية المنتج ؛ الفحم المائي "الفحم الأخضر" (45-70٪) ، المرحلة المائية (5-25٪) ، والغازات التي تتكون أساسًا من ثاني أكسيد الكربون2 (2-5٪) [2]. لوحظ أن HTC تقنية قابلة للتطوير لتحويل الكتلة الحيوية الرطبة (على سبيل المثال ، MSW) إلى وقود صلب غني بالكربون. تقدم HTC العديد من المزايا كواحدة من أكثر العمليات كفاءة لتثبيت الكربون في الوقود الصلب لمادة أولية رطبة في فترة بقاء قصيرة ؛ ومع ذلك ، فإن استعادة الحرارة وإعادة تدوير المرحلة المائية (مع 20-45 ٪ من إجمالي الكربون العضوي (TOC)) ضروريان لجدوى نفاياته إلى طاقة.

 

الدراسات السابقة [2,3,4,5,6] أظهرت أن المرحلة المائية HTC يمكن تعديلها للمعالجة البيولوجية اللاحقة ، مثل AD. حققت دراسة حديثة استخدمت HTC من علف الذرة متبوعًا بإعلان المرحلة المائية (بدون أي معالجة مسبقة) 16.3 لترًا من CH4/ كجم من المادة الطازجة الرطبة ، مما يثبت أن المرحلة المائية لديها إمكانية كبيرة لإنتاج أعلى من الغاز الحيوي [4]. مجموعة أخرى [3] إجراء تجارب على دفعات HTC باستخدام المخلفات الزراعية كمواد وسيطة ؛ وحساب إمكانات الغاز الحيوي لمياه العملية الناتجة (المرحلة المائية) بعد HTC. بالنسبة للمرحلة المائية ، أفادوا ، TOC (12-26 جم / لتر) ودرجة الحموضة (3-5) ، مما يدعم فكرة أن المرحلة المائية لديها إمكانات كبيرة لمزيد من العلاج بمرض الزهايمر.

 

ومع ذلك ، لم يتم إجراء الدراسات البحثية حول التحلل البيولوجي اللاهوائي للمرحلة المائية HTC MSW [2]. هناك العديد من المركبات الكيميائية الموجودة في المرحلة المائية HTC مثل الأحماض العضوية (مثل حمض اللاكتيك وحمض الخليك) والعطريات والمركبات الفينولية [7]. يمكن استعادة بعض هذه المركبات كمنتجات ثانوية أو معالجة أخرى بعد المعالجة المسبقة لزيادة غلة الغاز الحيوي. من المتوقع أن تعمل أنظمة AD على الصعيد الوطني على تقليل الاستهلاك التراكمي للطاقة بما يقرب من 15 مليون T / J وتقليل انبعاثات غازات الدفيئة بمقدار 7.2 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون2 أكثر من 50 عامًا وقد استخدمت لعلاج النفايات الصلبة المحلية ؛ ومع ذلك ، فهي ليست كبيرة الحجم في الولايات المتحدة بسبب الجدوى الاقتصادية وعيوبها بما في ذلك أسابيع إلى شهور من وقت الاحتفاظ بالمواد الصلبة لإنتاج طاقة الغاز الحيوي [8].

 

تم إجراء عدد أقل من الدراسات حول تيارات النفايات المعقدة للإدارة المستدامة للنفايات ، ولكن HTC تقدم طريقة مبتكرة لمعالجة المواد الأولية للنفايات الصلبة التي تحتوي على نسبة عالية من الرطوبة والكربون. بيرج وآخرون. قام بالتحقيق في HTC في MSW بسبب القليل من العمل الذي تم القيام به لاستكشاف كربنة تيارات النفايات المعقدة هذه من أجل تقييم HTC كأسلوب مستدام لإدارة النفايات. كان الغرض من دراستهم هو تحديد جدوى نموذج الكربنة الحرارية المائية لتيارات النفايات البلدية خاصة تلك التي ستذهب عادةً إلى مكب النفايات. تضمنت أهدافهم تقييم الآثار البيئية المرتبطة بكربنة تيارات النفايات البلدية التمثيلية ، وتقييم خصائص الفحم الهيدروليكي ، وتحديد طاقة الكربنة المرتبطة بكل تيار نفايات. ومن النتائج الرئيسية أن 20-37٪ من الكربون الأولي قد تم نقله إلى الطور المائي بعد مادة HTC لمواد وسيطة مختلطة من النفايات الصلبة البلدية ، والتي يمكن استعادتها من أجل الطاقة ؛ ومع ذلك ، في دراستهم ، لم يتم تحسين تجارب الكربنة ، ولم يتم اختبار الطور المائي من أجل الهضم [2].

 

تشمل مزايا استخدام HTC على طرق إدارة النفايات التقليدية عدم الحاجة إلى فصل المواد الأولية ، ويمكن استخدام المواد الأولية الرطبة بدون تجفيف ، واستخدام درجات حرارة منخفضة وطاقة أقل مقارنة بالمعالجات الحرارية الأخرى مثل الحرق والانحلال الحراري. لقد تبين أن وقت مكوث المرحلة المائية AD أسرع من هضم المواد الصلبة التقليدية (المواد العضوية MSW) [9]. تأتي أهمية هذا البحث في الوقت المناسب من حيث إدارة النفايات الصلبة وتحويل النفايات إلى طاقة. HTC على نطاق تجاري هي صناعة ناشئة مع ثلاثة مصانع تشغيلية واسعة النطاق في العالم ؛ يعتبر التعامل مع المرحلة المائية عاملاً مهمًا فيما يتعلق بترقية HTC لممارسات إدارة النفايات المستدامة [10]. إذا ثبت أن هذه العملية المتكاملة المقترحة (HTC + AD) باستخدام النفايات الصلبة البلدية تكون مجدية من الناحية التقنية والاقتصادية ، فقد يكون ذلك هائلاً من حيث التخفيف من العديد من المشكلات البيئية المرتبطة بالحرق التقليدي ودفن النفايات مثل تلوث الهواء ، وتلوث المياه الجوفية ، ومحدودية مدافن النفايات الفراغ.

 

لفهم تركيبة المنتج على وجه التحديد بعد HTC من MSW المختلط و HTC MSW التحلل البيولوجي في المرحلة المائية أثناء البناء على بعض الأعمال التي قام بها Berge et al. ، كان الغرض من هذه الدراسة الخاصة هو (أ) التحقيق في تجارب الكربنة في درجات حرارة مختلفة (250) ، 280 ، 310 درجة مئوية) وأوقات الإقامة (10 دقائق ، 1 ساعة ، 6 ساعات) (ب) تقييم خصائص الطور المائي والفحم الهيدروليكي (ج) إجراء اختبار الزجاجة بمقياس AD على الطور المائي لتوليد بيانات تجريبية عن إنتاج الغاز الحيوي لفهم التحلل البيولوجي (الشكل 1). هناك العديد من الدراسات حول المعالجة الحرارية المائية للمواد الأولية المتجانسة للكتلة الحيوية (مثل الأعشاب والأخشاب والأطعمة) وبعض الدراسات التي تجمع بين HTC و AD [3,4,9,11,12,13]. هذه الدراسة هي الأولى من نوعها للتحقيق في درجات الحرارة والأوقات المتغيرة لمواد وسيطة غير متجانسة مثل نموذج MSW المختلط الذي سيذهب عادةً إلى مكب النفايات ، وتقييم إضافي للتحلل البيولوجي اللاهوائي في المرحلة المائية HTC MSW.

 

الرقم 1: رسم تخطيطي لتدفق العملية الكلي.

 

رسم تخطيطي لتدفق العملية الكلي.

 

2. المواد والأساليب

 

2.1. اللقيم

 

تم إنشاء خليط من المكونات المعروفة (الورق ، البلاستيك ، المعدن ، الزجاج ، الطعام) تمثل النفايات التي تذهب عادةً إلى مكب النفايات لمواد التغذية HTC (بالوزن٪ أساس). تمت محاكاة MSW المخلوط باستخدام المواد التالية ، وتم إضافة الماء منزوع الأيونات (DI) إلى الخليط للحصول على تركيز مواد صلبة بنسبة 20٪ بالوزن ؛ 45.5٪ ورق (ورق مكتب مهجور تمزيقه) ، 9.6٪ زجاج (قوارير زجاجية مسحوقة) ، 16.4٪ بلاستيك (قوارير بلاستيكية ممزقة) ، 17.6٪ طعام (حبيبات طعام أرنب) ، 10.9٪ معدن (علب ألومنيوم مبشورة) [2].

 

2.2. تجارب الكربنة الحرارية المائية

 

تم إجراء HTC لمادة التغذية المختلطة MSW باستخدام مفاعل دفعي عالي الضغط سعة 500 مل (سلسلة PARR 4570). تشير الأدبيات إلى ظروف HTC تتراوح من 180 إلى 320 درجة مئوية وأوقات إقامة تتراوح من 5 دقائق إلى 12 ساعة [14]. تم اختيار ظروف العملية التالية (250 ، 280 ، 310 درجة مئوية) و (10 دقائق ، 1 ساعة و 6 ساعات) بناءً على درجات حرارة أقل (250 درجة مئوية) ونطاق عالي (310 درجة مئوية) مع درجات حرارة قصيرة ومتوسطة و فترة المكوث الطويلة ، لمقارنة المنتجات النهائية من HTC MSW وتوزيع الكربون.

 

بعد عمل خام التغذية المختلط لمحاكاة MSW وإضافة ماء DI لـ 20٪ بالوزن من المواد الصلبة ، تم إجراء التجربة عند 250 ، 280 ، 310 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، 1 ساعة و 6 ساعات في ثلاث نسخ. وتجدر الإشارة إلى أنه تم تشغيل 310 درجة مئوية لمدة 10 دقائق و 1 ساعة فقط. تضمنت العملية مرحلة تسخين ومرحلة تفاعل (عندما يتم استيفاء الظروف دون الحرجة ودرجة الحرارة المرغوبة) ومرحلة التبريد. بعد الحفاظ على درجة الحرارة والوقت المطلوبين تحت ظروف الضغط الذاتي ، تم تبريد المفاعل بسرعة إلى الظروف المحيطة باستخدام الماء من خلال ملف تبريد. بعد حدوث التفاعل ، يوضع الخليط الناتج في دورق ويقاس الرقم الهيدروجيني للمرحلة المائية. يرشح خليط المنتج بالفراغ (1.5 ميكرومتر ، مرشحات Whatman زجاجية من الألياف الدقيقة 47 مم). بعد ذلك ، تم وضع المواد الصلبة في الفرن عند 105 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لإزالة الرطوبة وتم قياس الطور المائي وتخزينه في المجمد (4 درجات مئوية) لمزيد من التحليل.

 

2.3 الهضم اللاهوائي

 

طرق وأجهزة الاختبار

 

تم إجراء AD باستخدام اختبار الزجاجة على دفعات وتم قياس إنتاجية الغاز الحيوي باستخدام إزاحة الماء. تم قلب الأسطوانات المتدرجة في حاويات سعة 45 لترًا (ستريلايت) مملوءة بالماء وتمت مراقبة إنتاج الغاز يوميًا في مل من الغاز الحيوي المنتج. تم استخدام المراحل المائية الخمس التالية من HTC MSW للتحليل ؛ 250 درجة مئوية (10 دقائق ، ساعة واحدة) ، 1 درجة مئوية (280 دقائق ، ساعة واحدة) ، 10 درجة مئوية (ساعة واحدة) ؛ تم عمل كل حالة في ثلاث نسخ. بالنسبة إلى AD ، تمت إضافة متوسط ​​1 جم من الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) (~ 310 جم TOC) إلى الزجاجات و 1 مل من اللقاح. تم الحصول على اللقاح (TS = 1٪ ، VS = 0.3٪) من الهضم اللاهوائي في منطقة Hampton Roads Sanitation District (HRSD) لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي الأطلسية (Virginia Beach ، VA ، الولايات المتحدة الأمريكية). تمت إضافة ماء DI إلى خط 400 مل لضمان مسافة رأس متساوية.

 

تم تطهير الزجاجات بالنيتروجين لمدة دقيقة واحدة لضمان الظروف اللاهوائية في فراغ الرأس وتم إغلاقها على الفور بأغطية مطاطية مصممة بمداخل لقياسات الغاز. تم وضع أنابيب بلاستيكية بقطر ثمانية بوصات (أنابيب الهواء القياسية أكوا كالتشر) على المداخل وتم توصيل الأنابيب من الزجاجة إلى الأسطوانة المتدرجة المقلوبة في الأحواض المملوءة بالماء. لمدة 1 يومًا ، تم وضع زجاجات الهضم في شاكر حمام مائي ساخن (New Brunswick Scientific G-15D) عند 76 درجة مئوية (للحفاظ على ظروف المحبة الوسطى) و 37 دورة في الدقيقة للخلط. تمت مراقبة الغاز الحيوي يوميًا وتسجيله في مل من الغاز الحيوي المنتج. تم تصحيح حجم الغاز لبخار الماء ، والظروف العادية (40 درجة مئوية و 0 ضغط جوي) ، وتم قياسه عن طريق طرح مردود الغاز من اللقاح كعنصر تحكم. تم استخدام كروماتوغرافيا الغاز (SRI 1C) المجهزة بكواشف TCD / FID لمراقبة وجود الميثان وثاني أكسيد الكربون.

 

2.4 الطرق التحليلية

 

2.4.1. الكربنة الحرارية المائية والمنتجات: المواد الصلبة والغازات

 

تم اختبار جميع المواد الصلبة (مادة البدء من HTC MSW والفحم الهيدروليكي) لمجموع المواد الصلبة والمواد الصلبة المتطايرة والرماد كما هو موصوف في ASTM E1756-08 ، طريقة EPA 1684 ، ASTM E1755-01 ، على التوالي. التحليل الأولي (محلل عنصري Thermo Finnigan Flash EA 1112) مع 2,5،5-Bis (2-tert-butylbenzoxazol-202147-yl) معيار ثيوفين (BBOT) (معتمد رقم 10-03/2015/XNUMX ، ThermoFisher Scientific ، Cambridge ، المملكة المتحدة) في ثلاث نسخ لبدء المواد و HTC MSW hydrochar. نسبة محصول المواد الصلبة بالوزن وقيمة تسخين أعلى (HHV) باستخدام معادلة Dulong المعدلة [15] ، تم حسابه لـ HTC MSW hydrochar. تم إجراء التحليل الوزني الحراري (TGA) للفحم الهيدروليكي باستخدام TGA-50H (شركة Shimadzu) وفقًا لمعايير ASTM D7582-15 لتقييم خصائص الوقود للفحم الهيدروليكي.

 

تُستخدم ملامح الاحتراق من التحليل الحراري الوزني (TGA) لتقييم فئات الفحم (مثل الليغنيت والقار) ؛ وهكذا ، تم تقييم ملف الاحتراق باستخدام 10 ملغ من 280 درجة مئوية عند 10 دقائق هيدروكهار. تم استخدام الهواء المضغوط عند 50 مل / دقيقة مع زيادة درجة الحرارة من 25 درجة مئوية إلى 750 درجة مئوية عند 12.5 درجة مئوية / دقيقة لمدة 60 دقيقة وتم الاحتفاظ بها عند 750 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. تم إجراء تحليل Brunauer و Emmett و Teller (BET) باستخدام محلل مساحة السطح NOVA 2200e ومحلل حجم المسام (أدوات Quantachrome) لتحديد مساحة سطح HTC MSW hydrochar ؛ تم تفريغ 0.2 جم من العينة لمدة 4 ساعات عند 95 درجة مئوية. بعد الردم بالهيليوم ، تم تسجيل كتلة العينة المفرغة من الغاز. تم بعد ذلك غمر خلية العينة التي تحتوي على العينة في النيتروجين السائل عند درجة حرارة -196 درجة مئوية خلال فترة التحليل. ثم تم قياس مساحة سطح BET متعددة النقاط للعينة. تم حساب إنتاجية الطور الغازي HTC MSW باستخدام الفرق بين إنتاجية الطور الصلب والمائي.

 

2.4.2. المرحلة المائية

 

تم تحليل المرحلة المائية HTC MSW لمجموع المواد الصلبة والمواد الصلبة المتطايرة والرماد كما هو موصوف في ASTM E1756-08 ، طريقة EPA 1684 ، ASTM E1755-01 ، على التوالي. تم اختبارها أيضًا من أجل TOC و TN (محلل الكربون العضوي الكلي / النيتروجين الكلي (TOC / TN) TOC-VCSN ، Shimadzu المجهزة بآلة أخذ العينات الآلية ASI-V) ، COD باستخدام (HACH COD 20-1500 mg / L) أنابيب الهضم و HACH DR / 890 مقياس الألوان ، ودرجة الحموضة (ورق الأس الهيدروجيني فيشربراند). تم قياس السكريات والأحماض العضوية بواسطة Thermo Scientific Dionex Ultimate 3000 HPLC المجهز بعمود Aminex HPX-87P (السكريات) ، وعمود Aminex HPX-87H (الأحماض العضوية) ، وكاشف RefractoMax521 RI (معامل الانكسار). أجريت جميع التحليلات في ثلاث نسخ.

 

3. النتائج والمناقشة

 

3.1 الكربنة الحرارية المائية وتوزيع الكربون

 

تم تنفيذ HTC في ثلاث درجات حرارة مختلفة (250 ، 280 ، 310 درجة مئوية) وثلاث مرات إقامة (10 دقائق ، ساعة ، 1 ساعات) من أجل التحقيق في تأثيرات درجات الحرارة المتغيرة والأوقات لمواد التغذية المختلطة MSW. تم اختيار درجات الحرارة هذه على أنها درجات حرارة منخفضة ومتوسطة وعالية. على الرغم من اختلاف أوقات الإقامة ، فقد تم اختيار الأوقات لتمثل فترة إقامة أقصر إلى أطول. تم استبعاد أي وقت يزيد عن 6 ساعات بسبب زيادة استخدام الطاقة ؛ لم يتم تنفيذ HTC عند 6 درجة مئوية لمدة 310 ساعات بسبب نطاق درجات الحرارة المرتفع. أجريت دراسة سابقة واحدة (باستخدام مفاعل 6 مل عند 160 درجة مئوية لمدة 250 ساعة) لمواد التغذية المختلطة MSW ؛ ومع ذلك ، لم يتم التحقيق في درجات الحرارة والأوقات المتغيرة أو تحسينها لأنها لم تكن محور أبحاثهم [2].

 

بالنسبة لهذه المجموعة من التجارب ، يُظهر توازن الكتلة أن 22-48٪ من الكربون بقي في الطور الصلب (فحم مائي) ، و 33-45٪ في الطور المائي و15-44٪ في الطور الغازي (الشكل 2). تم حساب الطور الغازي من طرح الأطوار المائية والصلبة. تشير الأدبيات إلى أن التركيب الرئيسي لمرحلة غاز HTC هو ثاني أكسيد الكربون والكميات النزرة من CO ، CH4، و H.2 غازات [16]. يجب أن يُذكر كما هو الحال في العديد من الدراسات التي أجريت على HTC ، أنه من الصعب إجراء مقارنات مباشرة خاصة مع محتوى الفحم الهيدروليكي حيث أن جميع عوامل HTC (درجة الحرارة والوقت والضغط وتصميم المفاعل والتركيز) تؤثر جميعها على الكربنة. أسفرت حالة 280 درجة مئوية و 10 دقائق عن أعلى نسبة كربون في المرحلة المائية (45٪). عن طريق رفع درجة الحرارة 30 درجة مئوية من 250 درجة مئوية ، تم تقليل وقت المكوث من 6 ساعات إلى 10 دقائق لإنتاج المزيد من الكربون في المرحلة المائية ، وغاز أقل ، ونسبة مئوية للمواد الصلبة من وقت مكوث أطول (الشكل 2).

 

الرقم 2: توزيع الكربون بعد HTC. القيم هي متوسط ​​التحليل الثلاثي. سيبسيشبيشسب.

 

توزيع الكربون بعد HTC. القيم هي متوسط ​​التحليل الثلاثي. سيبسيشبيشسب.

 

3.2 تكوين المرحلة المائية

 

تراوحت نسبة إنتاج الكربون في المرحلة المائية من HTC MSW بين 34-45٪ بما يتوافق مع الأدبيات السابقة [3,4]. أسفرت حالة 280 درجة مئوية عند 10 دقائق عن أعلى نسبة من الكربون العضوي الكلي عند 8.16 جم / لتر مع درجات أخرى تتراوح من 6-7 جم / لتر (الشكل 3). تشير الأدبيات إلى أن المرحلة المائية لـ HTC تتراوح من 5 إلى 20 جم / لتر [3]. دراسة مماثلة قام بها Berge et al. باستخدام مادة أولية مماثلة تم الإبلاغ عن المرحلة المائية من TOC بمقدار 20 جم / لتر و COD من 60 جم ​​/ لتر. حدث هذا التفاعل في مفاعل أصغر بكثير (160 مل) لفترة أطول (20 ساعة) عند 250 درجة مئوية ، والذي يمكن أن يكون سببًا لزيادة إنتاجية TOC و COD في الطور المائي مقارنة بتلك التي تم إجراؤها باستخدام مفاعل 500 مل المستخدم في هذه الدراسة. تميل الكربون العضوي الكلي إلى الانخفاض مع زيادة درجة الحرارة. تفسير ذلك هو أن المواد العضوية القابلة للذوبان في الماء هي مواد وسيطة في تكوين الغاز والنفط / الفحم ؛ تكون النسبة المئوية الأعلى للمركبات الغازية نتيجة للكربنة الأطول كما يتضح من التفاعلات عند 6 ساعات [17]. أسفرت قيم COD عن كميات أعلى من TOC ، مما يدل على وجود مواد غير عضوية في الطور المائي [9].

 

الرقم 3: HTC MSW المرحلة المائية COD و TOC. سيبسيشبيشسب.

 

HTC MSW المرحلة المائية COD و TOC. سيبسيشبيشسب.

 

تم الكشف عن العديد من الأحماض العضوية (مثل اللاكتيك والخل) والسكريات في المرحلة المائية HTC MSW. يرجع وجود السكريات والأحماض العضوية أساسًا إلى التحلل المائي للسليلوز والنصوص السليلوزية ومنتجاتها المتحللة مثل فورفورال وهيدروكسي ميثيل فورفورال (HMF) [7,9]. المرحلة المائية لـ HTC عبارة عن خليط معقد للغاية يتكون من العديد من المركبات المختلفة كما ورد في الأدبيات [7]. أظهر تحليل المرحلة المائية HTC MSW أن المركبات العضوية الرئيسية كانت حمض الخليك وحمض اللبنيك (الجدول 1). وشملت السكريات الرئيسية المانوز والزيلوز. من بين المركبات الأخرى ، كانت كميات ضئيلة من حمض الفورميك و HMF و furfural. أسفرت حالة 280 درجة مئوية و 10 دقائق عن 13.3 جم / لتر من حمض اللاكتيك الذي يمكن استرداده. تراوح الأس الهيدروجيني لجميع عينات الطور المائي من 3-4 نتيجة لوجود الأحماض العضوية. ذكرت دراسة مماثلة فقط البيانات النوعية للمركبات الموجودة في المرحلة المائية HTC MSW بما في ذلك حمض الأسيتيك الذي تم قياسه كمياً في هذه الدراسة [2]. في هذه الدراسة نفسها ، تم تحديد الفينولات أيضًا ، وعادة ما يتم الإبلاغ عنها على أنها عوائق للتحلل البيولوجي اللاهوائي.

 

جدول 1: المركبات الرئيسية في المرحلة المائية HTC MSW.

 

المركبات الرئيسية في المرحلة المائية HTC MSW.

 

تُعزى مساهمات الكربون العضوي الكلي الرئيسية في المرحلة المائية لـ HTC MSW إلى كربنة المكونات العضوية في المواد الأولية مثل الورق والطعام والبلاستيك. يساهم الورق المكتبي المقطوع بنسبة 45٪ ، أي ما يقرب من نصف إجمالي وزن المواد الأولية لـ HTC ، علاوة على ذلك ، فهو المادة الرئيسية (الورق) التي يتم التخلص منها في مكبات النفايات. أفادت دراسة أجريت على HTC على نفايات الورق وإعادة تدوير مياه المعالجة اللاحقة مع ظروف معالجة تبلغ 200 درجة مئوية لمدة 16 ساعة أن المرحلة المائية و COD على شكل 9.15 جم / لتر و 24.8 جم / لتر ، على التوالي [18]. النتائج في هذه التجربة عند 280 درجة مئوية لمدة 10 دقائق من TOC و COD هي 8.16 جم / لتر و 25.48 جم / لتر ، على التوالي (الشكل 3). حددوا أيضًا حمض اللاكتيك باعتباره أكثر الأحماض العضوية التي تم تحديدها وفرة ، وهذا هو الحال أيضًا لهذه البيانات التجريبية لتجارب HTC MSW. على الرغم من اختلاف ظروف التفاعل بين الدراسات ، يمكن أن توفر أوجه التشابه هذه نظرة ثاقبة حول تأثير الورق على تكوين المرحلة المائية HTC.

 

3.3 الهضم اللاهوائي للمرحلة المائية HTC MSW

 

تم اختبار المراحل المائية المسترجعة من خمسة شروط في HTC للتحقق من قابليتها للتحلل البيولوجي باستخدام عملية AD. يوضح الجدول 2 إجمالي إنتاج الغاز الحيوي و mL من الغاز الحيوي المنتج لكل جرام من TOC و COD. تراوح إنتاج الغاز الحيوي من 48 إلى 327 مل من الغاز الحيوي / غرام من الكربون العضوي الكلي.

 

جدول 2: إنتاج الغاز الحيوي للمرحلة المائية HTC MSW والمقارنات من الأدبيات.

 

إنتاج الغاز الحيوي للمرحلة المائية HTC MSW والمقارنات من الأدبيات.

 

بالنسبة لاختبار الدُفعات AD ، تم قياس كمية الغاز الحيوي على أنه مزيج من CH4 وشارك2. تم استخدام وقت استبقاء 15 يومًا لأن المرحلة المائية تتطلب وقتًا أقل للتحلل مقارنةً بالركائز الصلبة التقليدية مع أسابيع إلى شهور من وقت الإقامة.

 

تم تسليط الضوء على حالة 280 درجة مئوية و 10 دقائق لتكون الحالة الأكثر مثالية في هذه المجموعة من التجارب نظرًا لأعلى إنتاجية من الكربون العضوي الكلي في المرحلة المائية ودرجة الحرارة المتوسطة وأقصر وقت مكوث يبلغ 10 دقائق. يوضح الشكل 4 مجموعتين من التجارب التي تغيرت كمية الكربون العضوي الكلي المستخدم في هذه الحالة والإنتاج التراكمي للغاز لتركيزات اثنين من الكربون العضوي الكلي (0.1 جم و 0.5 جم) عند 280 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. أظهرت زيادة كمية الكربون العضوي الكلي زيادة في إنتاج الغاز الحيوي. تشير الأدبيات إلى أن إنتاج الغاز الحيوي اليومي يتزايد بسرعة في الأيام السبعة الأولى بسبب المواد العضوية المتاحة بسهولة ، والتي لوحظت أيضًا في هذه المجموعة من التجارب [9]. الفينولات هي مركبات مثبطة معروفة لأداء الزهايمر. تشير الأدبيات إلى أنه مع تركيزات الفينول أقل من 500 ملغم / لتر ، تم تخمير الركائز إلى ميثان.

 

تتراوح تركيزات الفينول بين 800-1200 مجم / لتر ، ولم يتم تحسين الهضم أو تثبيطه ، ولكن مع تركيزات الفينول أكبر من 2000 مجم / لتر ، حدث تثبيط [19]. لاستبعاد أي تثبيط محتمل للفينول لمرض الزهايمر ، تم اختبار الفينول الكلي لدرجة 280 درجة مئوية لمدة 10 دقائق مما أدى إلى 16.1 مجم / لتر وهو أقل بكثير من القيم المبلغ عنها لتثبيط الفينول حتى AD.

 

الرقم 4: إنتاج الغاز الحيوي التراكمي عند 280 درجة مئوية و 10 دقائق (0.1 جم و 0.5 جم من الكربون العضوي الكلي).

 

إنتاج الغاز الحيوي التراكمي عند 280 درجة مئوية و 10 دقائق (0.1 جم و 0.5 جم من الكربون العضوي الكلي).

 

في المتوسط ​​، تم استخدام 1 جم COD لاختبار AD. إمكانات الميثان البيوكيميائية (BMP) هي إجراء لتحديد إنتاج الميثان من الركيزة العضوية أثناء التحلل البيولوجي اللاهوائي. BMPCOD يتم حساب النظرية على أساس تحويل 1 جم COD ينتج 0.35 لتر CH4 عند درجة الحرارة والضغط الطبيعيين ، للتعرف على قابلية التحلل الحيوي للمرحلة المائية HTC MSW. نظريًا ، يمكن أن ينتج 1 جم COD من الغاز الحيوي 464 مل بافتراض أن 60 ٪ من خليط الغاز الحيوي هو CH4 [20]. تشير الأدبيات إلى إنتاج الغاز الحيوي من 1.9 إلى 22.8 مل / مل من مياه الصرف الصحي HTC المستخدمة مع تجارب الدُفعات [5]. أظهرت دراسات أخرى إنتاجية الغاز الحيوي لمياه معالجة حمأة الصرف الصحي تبلغ 500 مل من الغاز الحيوي / غرام من الكربون العضوي الكلي ، و 600 مل من CH4/ ز الكربون العضوي الكلي باستخدام سيلاج الذرة مياه الصرف الصحي HTC [21].

 

من المعروف أن الزهايمر تتضمن العمليات المعقدة للتحلل المائي وتكوين الحمض وتكوين الأسيتات وتكوين الميثان. توليد الميثان هو مرحلة إنتاج الطاقة ، أو المرحلة التي تنتج عنها المنتجات (CH4 وشارك2). المكون العضوي الرئيسي للمرحلة المائية HTC MSW كان حمض اللاكتيك الذي يتراوح من 8.7 - 13.7 جم / لتر. تم إجراء دراسة بحثت في تأثير حمض اللاكتيك على ميلادي نفايات المطبخ ، حيث أن حمض اللاكتيك هو منتج التخمير الرئيسي لمخلفات المطبخ خلال ميلادي. خلصت دراستهم إلى أن حمض اللاكتيك كان له تأثير سلبي على أداء تكوين الميثان حيث لوحظ انخفاض معدل إنتاجية الغاز الحيوي خلال مرض الزهايمر [22].

 

كانت حالة 280 درجة مئوية و 10 دقائق هي محور هذه التجارب بشكل أساسي بسبب أعلى عائد من الكربون العضوي الكلي في أقصر وقت إقامة. على الرغم من أن هذه الحالة أنتجت أعلى نسبة من الكربون العضوي الكلي ، إلا أن حالة 250 درجة مئوية أنتجت أعلى إنتاج للغاز الحيوي لكل جرام من الكربون العضوي الكلي (327.4 مل من الغاز الحيوي / غرام من الكربون العضوي الكلي). بناءً على الدراسة المذكورة سابقًا ، يمكن أن يؤثر حمض اللاكتيك على إنتاج الغاز الحيوي في خطوة إنتاج الميثان المنتجة للطاقة. يمكن رصد آثار حمض اللاكتيك لإمكانية الاسترداد و / أو تحسين غلات الغاز الحيوي. شكل الورق ما يقرب من نصف نسبة الوزن في المواد الأولية المخلوطة MSW.

 

دراسة على HTC من نفايات الورق أجريت BMP على الطور المائي وكان إنتاج الغاز الحيوي 730 مل من الغاز الحيوي / غرام من المادة الجافة العضوية (ODM) ؛ كما لاحظوا وجود اتجاه لقابلية تحلل بيولوجي أسرع خلال الأيام العديدة الأولى بسبب الأحماض العضوية المتاحة بسهولة [18]. إلى جانب درجة الحموضة ودرجة الحرارة والتركيز ، تعد نسبة الكربون إلى النيتروجين (C / N) معلمة مهمة في وظائف AD الإجمالية وإنتاج الغاز الحيوي. تشير الأدبيات إلى أن تركيزات الأمونيا أقل من 200 مجم / لتر مفيدة لعملية الزهايمر حيث أن النيتروجين ضروري للكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية [23]. تعتمد إنتاجية الغاز الحيوي بدرجة كبيرة على نسبة C / N ويتم الإبلاغ عن النطاقات المثلى على أنها 20-30 [24]. يوضح الجدول 2 أيضًا نسبة C / N للمراحل المائية HTC MSW المستخدمة لهذه المجموعة من التجارب. أسفرت الحالة البالغة 250 درجة مئوية و 10 دقائق عن أعلى مستوى للغاز الحيوي مل / جم من الكربون العضوي الكلي وبالتالي كانت أقل نسبة C / N من 40 - أدنى نسبة C / N لجميع الظروف الأخرى التي تم اختبارها. كانت جميع نسب C / N الأخرى في الستينيات الأدنى مما قد يفسر انخفاض قابلية التحلل البيولوجي.

 

حتى الآن وعلى حد علمنا ، لم تكن هناك دراسات أخرى لاختبار المرحلة المائية HTC لمواد وسيطة مختلطة من النفايات الصلبة البلدية والتي تمثل أهمية اختبار الدُفعات هذه ، لإثبات إمكانية ذلك وإمكانية القيام به. هذه التجارب هي إثبات لمفهوم أن الكربون العضوي الكلي المتاح بسهولة في المرحلة المائية HTC MSW يمكن أن يكون ركيزة مجدية لإنتاج الغاز الحيوي. يجب أن تبحث دراسات أخرى في استخدام تركيزات أعلى من الكربون العضوي الكلي ، واستعادة حمض اللاكتيك ، والإضافة المحتملة لركيزة مشتركة لزيادة إنتاج الغاز الحيوي وتعظيمه. تعد إضافة النيتروجين وتحسين نسبة C / N أمرًا ضروريًا في زيادة إنتاج الغاز الحيوي الكلي وتحسين نظام AD.

 

3.4. تكوين المرحلة الصلبة

 

تراوحت غلة الهيدروكربونات من 35 إلى 56٪ (الجدول 3). الدراسة التي تستخدم مواد أولية مماثلة لها عوائد تتراوح بين 29-63٪ [2]. يعود العائد الأكبر إلى المركبات غير المعدلة مثل الزجاج والمعدن. نتجت مادة نوع الفحم بشكل أساسي عن كربنة الورق والمواد الغذائية والبلاستيك. جاء أقل إنتاج لفحم الهيدروجين من حالة 280 درجة مئوية لمدة 6 ساعات والأعلى عند 250 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. عند درجة حرارة منخفضة تبلغ 250 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، كان الورق لا يزال على شكل المادة الأولية الأصلية للورق المقطّع ، مما يوضح أنه بالنسبة لدرجة الحرارة هذه ، لم يكن 10 دقائق وقتًا كافيًا لتفحيم مادة التغذية بالكامل إلى الفحم الهيدروليكي.

 

جدول 3: خصائص المواد الأولية والمواد الخام المنتجة من HTC MSW Hydrochar.

 

خصائص المواد الأولية والمواد الخام المنتجة من HTC MSW Hydrochar.

 

يتم عرض التركيب الأولي للفحم الهيدروليكي في الجدول 3. نتج عن مادة HTC لمواد التغذية المختلطة MSW في HTC MSW Hydrochar بنسب مئوية أعلى من الكربون مع انخفاض الأكسجين والرماد. من المواد الخام الأصلية (الورق ، البلاستيك ، الطعام) ، كانت هناك زيادة بنسبة 40 ٪ في HHV. تراوحت قيم الرماد من 4.8 إلى 21.7٪ ، وتزداد مع زيادة زمن المكوث ودرجة الحرارة. نتجت أعلى قيمة رماد بنسبة 21.7٪ من حالة التفاعل البالغة 310 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. تم حساب قيم تسخين أعلى باستخدام معادلة Dulong المعدلة [15] بقيم تتراوح من 19-25 (MJ / kg) والتي تقارن بالـ HHV لأنواع الفحم ذات الرتبة الأدنى (على سبيل المثال ، الليغنيت وشبه القار).

 

في دراسات أخرى ، أظهرت اتجاهات HTC hydrochar أنه مع زيادة درجة حرارة التفاعل ، يزداد محتوى الطاقة وينخفض ​​غلة الهيدروكربونات. بشكل عام ، يزداد محتوى الكربون في الهيدروكربونات مع ارتفاع درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى زيادة HHV [21]. الاتجاه الذي لوحظ في هذه التجارب ، هو زيادة HHV مع زيادة الوقت. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تحلل وإزالة الهيميسليلوز الغني بالأكسجين ؛ لذلك ، زيادة قيمة HHV والوقود.

 

TGA و BET

 

على الرغم من أن تركيز هذه الدراسة لم يكن الهيدروكربونات ؛ تم إجراء تحليل قياس الوزن الحراري (TGA) وتحليل مساحة السطح BET للتحقيق في خصائص الوقود المحتملة وتطبيقات الفحم الهيدروليكي بناءً على مساحة السطح ، على التوالي. تم استخدام Hydrochar من ظروف 280 درجة مئوية و 10 دقائق لهذه التجارب. تُستخدم ملفات تعريف حرق TGA لمقارنة التصنيفات المختلفة (على سبيل المثال ، lignite ، البيتومين ، إلخ) للفحم ، حيث يحتوي كل منها على ملف تعريف حرق مثالي يتكون من أربعة عناصر موجودة في مخطط كروماتوجراف TGA.

 

في تصنيف فئة الفحم ، تكون نقطة التوصيف هي "درجة حرارة الذروة (PT)" حيث يكون فقدان الوزن عند الحد الأقصى ، ويتراوح من أقل من 400 درجة مئوية إلى أكثر من 700 درجة مئوية [25]. تشمل المكونات الأخرى لملف الاحتراق درجة حرارة الاشتعال (IT) ، ودرجة حرارة اشتعال الكربون الثابتة (ITFC) ، ودرجة حرارة الاحتراق (BT) [25]. يقارن الجدول 4 معلمات الاحتراق النموذجية للفحم اللجنيت والبيتومين والأنثراسايت مع الفحم الهيدروليكي HTC MSW. تم تحديد درجات حرارة الفحم الهيدروليكي MSW HTC استنادًا إلى القمم المشتقة في مخطط كروماتوجرافي TGA (الشكل 5) ، والذي تم إجراؤه في نسختين. عادةً ما يحتوي ملف حرق الفحم Lignite على ذروتين يتم رؤيتهما أيضًا في ملف حرق HTC hydrochar مما يدل على بعض التشابه مع الفحم من الدرجة اللجنايت.

 

الرقم 5: TGA لـ HTC MSW hydrochar (الحالة 280 درجة مئوية ، 10 دقائق) يتم إجراؤه في نسختين (خطوط وردية وخضراء). تمثل القمم في الرسم البياني المشتق المظهر الجانبي المحترق للفحم الهيدروليكي.

 

TGA لـ HTC MSW hydrochar (الحالة 280 درجة مئوية ، 10 دقائق) يتم إجراؤه في نسختين (خطوط وردية وخضراء). تمثل القمم في الرسم البياني المشتق المظهر الجانبي المحترق للفحم الهيدروليكي.

 

جدول 4: مقارنة بين معلمات الاحتراق لأنواع الفحم الشائعة مع الفحم الهيدروليكي التجريبي HTC MSW [25].

 

مقارنة بين معلمات الاحتراق لأنواع الفحم الشائعة مع الفحم الهيدروليكي التجريبي HTC MSW

 

هناك احتمالية كبيرة لاستخدام الفحم المائي كتعديل للتربة وحتى كمساعد في عملية الزهايمر بسبب المسام المكشوفة أثناء الكربنة. كانت مساحة سطح هذا الفحم الهيدروليكي في المتوسط ​​1.2 متر2/ ز. هناك مجموعة كبيرة من المساحات السطحية للفحم المائي ؛ ومع ذلك ، تشير الأدبيات إلى أن الزيادة في وقت الإقامة تسمح بتعديل السليلوز والهيميسليلوز الذي يمكن أن يؤثر إيجابًا على مساحة السطح ؛ 10 دقائق لم تكن وقتًا كافيًا لزيادة حجم المسام ومساحة السطح بشكل فعال [14]. كان للفحم المائي الذي تم اختباره مدة بقاء HTC تبلغ 10 دقائق عند 280 درجة مئوية ، وهو ما قد يكون سببًا لمثل هذا متوسط ​​مساحة السطح الصغيرة. يتكون الورق والمواد الغذائية والبلاستيك من مكونات HTC MSW hydrochar. تم اختيار ظروف تحليل BET البالغة 95 درجة مئوية لأن استخدام درجات حرارة أعلى طرد مادة زيتية من الفحم المائي أثناء التحليل. والسبب في ذلك هو أن درجة غليان البلاستيك تبلغ حوالي 105 درجة مئوية ، وخلال تحليل BET كان من الممكن تعديل أي مادة بلاستيكية (خام حيوي) داخل الهيدروكربونات.

 

3.5. نقاش

 

التوازن المادي

 

يوضح الشكل 6 التوازن المادي الكلي للعمليتين اللتين تم تنفيذهما لفهم نطاق عملية HTC + AD بشكل أفضل. تم حساب موازين الكتلة بناءً على كمية الكربون التي دخلت النظام وخرجت من النظام في أشكال الأطوار الصلبة والمائية والغازية. يحاكي هذا الشكل ما سيحدث إذا تم تفحيم 100 كجم C (230 كجم من MSW المختلط) وتم استخدام المرحلة المائية الناتجة لـ AD ، بناءً على بيانات توازن الكتلة التجريبية لـ 280 درجة مئوية و 10 دقائق (الشكل 2).

 

يتم حساب لترات الغاز الحيوي باستخدام أعلى إنتاجية للغاز الحيوي التجريبي تبلغ 222 مل من الغاز الحيوي / جرام من الكربون العضوي الكلي. الغاز الحيوي أو مزيج من CH4 وشارك2 تم قياسها معًا لهذه المجموعة من تجارب AD ؛ لذلك ، بالنسبة لهذه المحاكاة ، تم افتراض أن CH4 تمثل 60٪ وثاني أكسيد الكربون2 شكلت 40٪ من خليط الغاز الحيوي في حساب كلغ من الكربون للغاز الحيوي. يعتمد تكوين الغاز الحيوي على الركيزة المستخدمة ولكن تم الإبلاغ عن أنه يتراوح بين 50-70٪ CH4 و 30-40٪ CO2 [20].

 

الرقم 6: إجمالي توازن المواد لعملية دمج HTC + AD.

 

إجمالي توازن المواد لعملية دمج HTC + AD.

 

عادةً ما يكون للغاز الحيوي قيمة حرارية تبلغ 22 ميغا جول / م3 والميثان بقيمة حرارية 36 ميجا جول / م3. يمكن أن ينتج عن عملية استخدام 100 كجم من الكربون إنتاج 218 ميجا جول من الطاقة بناءً على لترات الغاز الحيوي المنتج. عند تقييم توازن الكتلة ، يخرج 5 Kg C من النظام كغاز حيوي. يثير هذا الآن تساؤلات حول كيفية الاستفادة من 40 كجم المتبقية (89٪) من الكربون ، ولماذا لم يتم هضمه.

 

فيما يتعلق بـ HTC ، هناك دراسات محدودة تبحث في المرحلة المائية ؛ علاوة على ذلك ، فإن المرحلة المائية لمادة وسيطة مختلطة مثل نموذج تيار النفايات الصلبة البلدية المختلط يتجه عادةً إلى مكب النفايات. تبحث دراسة العمل المنجزة في هذه الورقة البحثية عن الجزء العضوي من MSW (OFMSW) المقترن بـ AD [6,26]. العمل الذي أنجزه لوسيان وآخرون. هي دراسات رائعة على وجه التحديد للجزء العضوي من النفايات الصلبة البلدية ؛ ومع ذلك ، فإن هذا لا يأخذ في الاعتبار الكسور التي لا تزال تنتهي في المكب (إذا لم يتم فصلها إلى كسور عضوية) ومصيرها. لقد أثبتنا أن م جدوى ؛ ومع ذلك ، فإن تحسين الهضم أمر بالغ الأهمية في دعم عملية HTC + AD المتكاملة لمعالجة MSW. يجب أن يقيِّم الاختبار المستقبلي الطرق التي من شأنها تحسين الهضم ، بما في ذلك التحقيقات المتعلقة بتحسين ظروف نظام الزهايمر عن طريق خفض نسب C / N مع إضافة النيتروجين ، أو المرحلة المائية قبل المعالجة ، أو الهضم المشترك.

 

4. الاستنتاجات

 

حتى الآن كان هناك عدد محدود من الدراسات على HTC لمواد النفايات المختلطة. أظهر النهج المتكامل (HTC و AD) استردادًا للكربون العضوي بنسبة 58 ٪ على شكل هيدروكربون وغاز حيوي. على المستوى التجاري ، تعتبر مصانع HTC عبارة عن معامل تكرير بيولوجي تم فيها استكشاف الهيدروكربونات بمزيد من التفصيل ؛ ومع ذلك ، فإن الاستفادة الكاملة من جميع التدفقات الحالية مثل المرحلة المائية لـ HTC ستزيد من استخدام هذه الأنظمة ، وتجعل العملية الكلية أكثر استدامة من الناحية البيئية. على حد علمنا ، لم تكن هناك تقارير أخرى عن التحقيق وفهم قابلية التحلل البيولوجي لتيار النفايات الصلبة المحلية المختلط من خلال تغيير وقت الإقامة ودرجة الحرارة. هذه الدراسة هي إثبات لمفهوم أن AD للمرحلة المائية HTC MSW أمر ممكن ويمكن تحسينه. سيركز الاختبار المستقبلي على تعزيز عائدات الغاز الحيوي من المرحلة المائية وتكوين الغاز الحيوي المحدد. من أجل استعادة واستخدام وتعظيم الكربون في المرحلة المائية ، يوضح توازن الكتلة أن تحسين المرحلة المائية HTC MSW (على سبيل المثال ، المعالجة المسبقة ، الهضم المشترك) سيكون ضروريًا للنظام المتكامل.

 

الكاتب الاشتراكات:

 

المفاهيم ، KJA و SK ؛ تنظيم البيانات ، KJA ؛ التحليل الرسمي ، KJA ؛ حيازة التمويل ، BS و SK ؛ التحقيق ، KJA ؛ المنهجية ، KJA و BS ؛ الموارد ، BS و SK ؛ الإشراف ، BS و SK ؛ الكتابة - المسودة الأصلية ، KJA ؛ الكتابة - مراجعة وتحرير ، KJA قرأ جميع المؤلفين النسخة المنشورة من المخطوطة ووافقوا عليها.

 

التمويل:

 

تم تمويل هذا البحث من قبل شركة Fiberight، LLC. رقم الجائزة 500298-010.

 

شكر وتقدير:

 

يود المؤلفون أن يقروا بمختبر أبحاث الكتلة الحيوية (BRL) ، قسم الهندسة المدنية والبيئية في ODU الذي تم من خلاله دعم هذا المشروع. يود المؤلفون أيضًا أن يشكروا قسم الكيمياء في جامعة ODU ؛ Oumar Sacko ، ومحطة معالجة مياه الصرف الصحي Virginia Atlantic HRSD (David Ewing) لدعمهم في هذا المشروع.

 

المراجع:

 

  1. وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). النهوض بإدارة المواد المستدامة: صحيفة الوقائع لعام 2017 التي تقيم الاتجاهات في توليد المواد ، وإعادة التدوير ، والتسميد ، والاحتراق مع استعادة الطاقة ودفن النفايات في الولايات المتحدة؛ وكالة حماية البيئة: واشنطن العاصمة ، الولايات المتحدة الأمريكية ، 2019.
  2. بيرج ، إن دي ؛ رو ، ك. ماو ، ياء ؛ فلورا ، جي آر في ؛ تشابيل ، ماساتشوستس ؛ Bae، S. الكربنة الحرارية المائية لتيارات النفايات البلدية. البيئة. علوم. تكنول. 201145، 5696 – 5703. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [مجلات]
  3. أوليفيرا ، أنا. بلوهسي ، د. رامكي ، هـ. الكربنة الحرارية المائية للمخلفات الزراعية. بيوريسور. تكنول. 2013142، 138 – 146. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  4. ويرث ، ب. Mumme، J. الهضم اللاهوائي لمياه الصرف من الكربنة الحرارية المائية لسيلاج الذرة. تطبيق الطاقة الحيوية 20131، 1 – 10. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  5. ويرث ، ب. مومياء ، ياء ؛ Erlach، B. المعالجة اللاهوائية لمياه الصرف الناتجة عن الكربنة الحرارية المائية. في وقائع المؤتمر والمعرض الأوروبي العشرين للكتلة الحيوية ، ميلان ، إيطاليا ، 20-18 يونيو 22. [الباحث العلمي من Google]
  6. لوسيان ، م. فولبي ، م. مرزاري ، ف. Wüst ، D. ؛ كروس ، أ. أندريوتولا ، جي ؛ الكربنة الحرارية المائية مقرونة بالهضم اللاهوائي لتثمين الجزء العضوي من النفايات الصلبة البلدية. بيوريسور. تكنول. 2020314، 123734. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [مجلات]
  7. بيكر ، ر. دورجيرلوه ، يو ؛ بولك ، إي. مومياء ، ياء ؛ Nehls، I. الكربنة الحرارية المائية للكتلة الحيوية: المكونات العضوية الرئيسية للمرحلة المائية. علم. م. تكنول. 201437، 511 – 518. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  8. ديستيفانو ، TD ؛ Belenky ، تحليل دورة حياة الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من التحلل البيولوجي اللاهوائي للنفايات الصلبة البلدية. J. Environ. م. 2009135، 1097 – 1105. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  9. أردوغان ، إي. أتيلا ، ب. مومياء ، ياء ؛ رضا ، MT ؛ Toptas ، أ. إليبول ، م. يانيك ، ج. توصيف المنتجات من الكربنة الحرارية المائية لثفل البرتقال بما في ذلك الهضم اللاهوائي لسائل العملية. بيوريسور. تكنول. 2015196، 35 – 42. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  10. باردو ، BDM ؛ دويل ، إل. رينز ، م. ساليمبيني ، أ. الكربنة الحرارية المائية على النطاق الصناعي: تطبيقات جديدة لنفايات الكتلة الحيوية الرطبة؛ ttz بريمرهافن: بريمرهافن ، ألمانيا ، 2016. [الباحث العلمي من Google]
  11. Marques، IP معالجة بالهضم اللاهوائي لمياه الصرف الصحي لمعاصر الزيتون لإعادة استخدام النفايات السائلة في الري. تحلية مياه البحر 2001137، 233 – 239. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  12. بوسمانيك ، ر. لاباتوت ، را ؛ كيم ، آه ؛ أوساك ، جي جي ؛ اختبار ، JW ؛ Angenent، L. اقتران التسييل الحراري المائي والهضم اللاهوائي من أجل تثمين الطاقة من المواد الأولية للكتلة الحيوية النموذجية. بيوريسور. تكنول. 2017233، 134 – 143. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  13. تشاو ، ك. لي ، واي. تشو ، واي. قوه ، دبليو. جيانغ ، هـ. Xu، Q. توصيف منتجات الكربنة الحرارية المائية (الهيدروكربونات والسائل المستهلك) وأداء إنتاج الميثان الحيوي. بيوريسور. تكنول. 2018267، 9 – 16. [الباحث العلمي من Google]
  14. كامبو ، هـ. دوتا ، أ. مراجعة مقارنة للفحم الحيوي والفحم الهيدروليكي من حيث الإنتاج والخصائص الفيزيائية والكيميائية والتطبيقات. تجديد. الحفاظ. القس الطاقة. 201545، 359 – 378. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  15. تشانيوالا ، إس. Parikh، P. ارتباط موحد لتقدير HHV للوقود الصلب والسائل والغازي. وقود 200281، 1051 – 1063. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  16. فونك ، أ. زيجلر ، ف. الكربنة الحرارية المائية للكتلة الحيوية: ملخص ومناقشة الآليات الكيميائية لهندسة العمليات. الوقود الحيوي Bioprod. تكرير بيولوجي 20104، 160 – 177. [الباحث العلمي من Google]
  17. Hoekman ، SK ؛ كتيب ، أ. روبينز ، سي الكربنة الحرارية المائية (HTC) للكتلة الحيوية Lignocellulosic. وقود الطاقة 201125، 1802 – 1810. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  18. وينر ، ب. بورشمان ، ياء ؛ Wedwitschka، H.؛ كوهلر ، ر. كوبينكي ، ف. تأثير إعادة استخدام المياه العملية على الكربنة الحرارية المائية للورق. ACS استدامة. تشيم. م. 20142، 2165 – 2171. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  19. فيدوراك ، بي إم ؛ Hrudey، SE تأثيرات الفينول وبعض مركبات الفينول الألكيل على تكوين الميثان اللاهوائي الدفعي. الدقة المياه. 198418، 361 – 367. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  20. يورجنسن ، PJ الغاز الحيوي والطاقة الخضراء؛ كلية العلوم الزراعية ، جامعة آرهوس: آرهوس ، الدنمارك ، 2009. [الباحث العلمي من Google]
  21. رضا ، MT ؛ أنديرت ، ياء ؛ ويرث ، ب. بوش ، د. بيلرت ، ياء ؛ لينام ، جي جي ؛ Mumme، J. الكربنة الحرارية المائية للكتلة الحيوية لإنتاج الطاقة والمحاصيل. تطبيق الطاقة الحيوية 20141، 11 – 29. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  22. تشانغ ، ب. كاي ، دبليو- إم. هو ، P.-J. تأثير حمض اللاكتيك على مرحلتين من الهضم اللاهوائي لمخلفات المطبخ. J. البيئة. علوم. 200719، 244 – 249. [الباحث العلمي من Google]
  23. تشين ، واي. تشنغ ، ي. مقشدة ، KS تثبيط عملية الهضم اللاهوائي: مراجعة. بيوريسور. تكنول. 200899، 4044 – 4064. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  24. ديوها ، أنا. إيكيمي ، سي إتش ؛ نافيو ، ت. سوبا ، ني ؛ يوسف ، MBS تأثير نسبة الكربون إلى النيتروجين على إنتاج الغاز الحيوي. كثافة العمليات الدقة. ج. نات. علوم. 20131، 1 – 10. [الباحث العلمي من Google]
  25. كومينغ ، جي دبليو ؛ ماكلولين ، ج. السلوك الحراري الوزني للفحم. ثيرموشيم. اكتا 198257، 253 – 272. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
  26. لوسيان ، م. فولبي ، م. جاو ، إل. بيرو ، جي. Goldfarb ، JL ؛ Fiori، L. تأثير ظروف الكربنة الحرارية المائية على تكوين الفحم الهيدروليكي والفحم الثانوي من الجزء العضوي من النفايات الصلبة البلدية. وقود 2018233، 257 – 268. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]

 

تم نشر هذه المقالة في الأصل من قبل المرخص له MDPI ، بازل ، سويسرا ، في 06 سبتمبر 2021 ، وتم إعادة نشره وفقًا لـ Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International Public License. يمكنك قراءة المقال الأصلي هنا . الآراء المعبر عنها في هذا المقال هي آراء المؤلف وحده وليست WorldRef.


 

استكشف خدمات WorldRef لتتعلم كيف نجعل توسعك العالمي أسهل واقتصاديًا!

الطاقة الحرارية والتوليد المشترك | التعدين والمعادن | التحكم في تلوث الهواء | أنظمة مناولة المواد | معالجة المياه والصرف الصحي | قطع الغيار والأدوات والمواد الاستهلاكية |  حلول محطة توليد الكهرباء  |  حلول الطاقة المتجددة مع التمويل