بهینه‌سازی متغیرهای دما و زمان پیش‌تیمار حرارتی و غلظت مواد آلی به‌منظور تولید بیشینه متان در هضم بی‌هوازی پسماندهای آلی

هضم بی‌هوازی پسماندهای آلی دارای مشکلاتی همچون کند بودن فرآیند و در نتیجه نیاز به حجم زیاد راکتور، عدم تولید متان کافی برای تامین انرژی مورد نیاز فرآیند و همچنین عدم اطمینان از سلامت مواد هضم ‌شده برای استفاده در اراضی کشاورزی به عنوان کود آلی است. پیش‌تیمار حرارتی پسماندهای آلی می‌تواند به عنوان روشی برای حل مشکلات مطرح شده در خصوص فرآیند هضم بی‌هوازی در نظر گرفته ‌شود. از سوی دیگر محققین بسیاری اعمال دماهای بالا به‌منظور پیش‌تیمار انواع مواد آلی مانند پسماندهای غذایی که به سهولت قابل تجزیه هستند را به دلیل تاثیر نامطلوب در فرآیند هضم و کاهش تولید متان توصیه نمی‌کنند. در این تحقیق تاثیر پارامترهای مستقل شامل دمای پیش‌تیمار در سه سطح 70، 90 و 110 درجه سلسیوس، زمان پیش‌تیمار در سه سطح 30، 75 و 120 دقیقه و غلظت در سه سطح 8، 12 و 16 درصد بر روی میزان تولید متان  بررسی شدند. به‌منظور بهینه‌سازی این پارامترها، مدل‌سازی با استفاده از روش سطح پاسخ و در قالب طرح باکس بنکن انجام و سپس از الگوریتم ژنتیک برای یافتن سطوح بهینه متغیرهای مورد‌ بررسی بهره‌گیری شد. نتایج بهینه‌سازی فرآیند پیش‌تیمار حرارتی با استفاده از الگوریتم ژنتیک نشان داد که مطلوب ترین مقادیر مربوط به دما و زمان پیش‌تیمار و غلظت مورد بررسی به ترتیب 96 درجه سلسیوس و 95 دقیقه و 12 درصد بوده‌اند. میزان مورد انتظار تولید متان بر اساس الگوریتم ژنتیک با اعمال شرایط بهینه دما و زمان پیش‌تیمار و غلظت برابر 354 میلی‌لیتر به ازای هر گرم ماده آلی فرار بوده که مطابقت خوبی با میزان واقعی متان حاصل شده پس از اعمال این پیش‌تیمار بر پسماندهای آلی داشته است (4/58 ± 347).

optimization of thermal pre-treatment temperature and time and material concentration to maximize methane production in anaerobic digestion of organic waste

anaerobic digestion of municipal organic waste faces numerous challenges. this process is often lengthy, requires a large reactor volume and produces insufficient methane to supply the process energy need, as well as uncertain digestate to be utilized in farmlands. thermal pretreatment sometimes can be considered as an efficient method to address these problems. many researchers, on the other hand, suggest that applying high temperature thermal pretreatment for easily biodegradable organics such as food waste will result in reduced methane production. in the current study, the contribution of the independent variables, including pretreatment temperature at 70, 90 and 110 ̊c, pretreatment duration of 30, 75 and 120 minutes as well as the digestible concentration at 8, 12 and 16% to methane production were considered. to optimize the aforementioned variables, modeling was conducted using box-behnken design followed by genetic algorithm to find the optimal quantities for mentioned parameters. the results of genetic algorithm revealed that the optimum pretreatment temperature and time and organic concentration to achieve the highest amount of methane from anaerobic digestion of organic waste would be 96 ̊c, 95 minutes and 12%. the predicted amount of methane applying the optimal conditions of temperature and pretreatment time and solid content resulting from genetic algorithm was 354 ml per gram of volatile solids. this value was in a good agreement with the actual amount of methane obtained applying these pretreatment conditions to organic wastes (354  ±4.58).