Enhancing methane production by adding conductive materials in anaerobic digester

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Organic waste generation and the depletion of energy resources have become pressing issues that must be addressed. In this regard, adopting waste-to-energy technologies is critical for managing organic waste and producing renewable energy. Anaerobic digestion (AD) is among the most widely used technologies, offering dual benefits: waste treatment and alternative energy generation. It has been commonly applied to treat various types of organic waste, such as agricultural residues, livestock manure, and wastewater sludge. However, AD technology faces several limitations, including low biodegradation efficiency, specific temperature requirements, and the need for special gas handling. Recent research has mainly focused on enhancing biogas production and improving biodegradation efficiency. Several studies have demonstrated that incorporating conductive additives into the AD matrix can enhance both biodegradation and biogas production performance. The type of conductive additive used significantly affects the efficiency of the AD process. Therefore, this study aims to: (i) synthesize a novel conductive composite additive made of granular activated carbon (GAC) coated with nano zero-valent iron (nZVI) via the co-precipitation method; (ii) characterize the surface morphology and electrical conductivity of the synthesized materials; and (iii) evaluate the effects of adding these conductive materials on biogas production and biodegradation efficiency in AD systems. To achieve this, thermophilic anaerobic digestion (TAD) was operated under three different conditions: Addition of GAC/nZVI to the TAD matrix during co-digestion of cow manure with food waste (ground rice and bread); Addition of GAC/nZVI to the TAD matrix during mono-digestion of cow manure; A control TAD reactor without GAC/nZVI additives, used for co-digestion. Biogas production increased 11-fold in the reactor using GAC/nZVI compared to the control TAD without additives. Additionally, the methane content (%) in the biogas increased 20.7-fold compared to the control reactor. This enhancement is attributed to the conductive additives, which facilitated electron transfer between microorganisms, thereby improving microbial communication and growth. However, the addition of conductive materials in the TAD matrix did not enhance methane production during mono-digestion with cow manure alone. This is likely due to the significantly lower levels of biodegradable nutrients in cow manure, which are essential for acetogenic and methanogenic microbes. The findings demonstrate that incorporating GAC/nZVI conductive materials into the TAD matrix significantly improves methane production, COD removal, and pH stabilization during co-digestion of cow manure with food waste.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

ee5aefac-52ff-4914-91b9-32986adceb14

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

ee5aefac-52ff-4914-91b9-32986adceb14_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تعزيز إنتاج الميثان عن طريق إضافة مواد موصلة في الهضم اللاهوائي

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":" Md. Abdullah Al-Mamun","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":" Talal Etri","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Zahra Khasib Mohammed Al-Hasaniyah","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Enhancing methane production by adding conductive materials in anaerobic digester

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

أصبح إنتاج النفايات العضوية واستنفاد موارد الطاقة من القضايا الملحة التي يجب معالجتها. في هذا الصدد، يُعد اعتماد تكنولوجيا تحويل النفايات إلى طاقة أمرًا بالغ الأهمية لإدارة النفايات العضوية وإنتاج الطاقة المتجددة. يُعتبر الهضم اللاهوائي (AD) من بين التقنيات الأكثر شيوعًا، حيث قدّم فوائد مزدوجة في معالجة النفايات وتوليد الطاقة البديلة. لقد استُخدمت هذه التقنية بشكل شائع لمعالجة عدة أنواع من النفايات العضوية، مثل النفايات الزراعية، وروث الماشية، وحمأة مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، فإن كفاءة التحلل البيولوجي المنخفضة، ودرجة حرارة التشغيل، ومتطلبات معالجة الغاز الخاصة، تحد من تطبيقات تقنية AD. تركز الأبحاث الحالية بشكل أساسي على تعزيز إنتاج الغاز الحيوي وكفاءة التحلل البيولوجي، حيث أثبتت العديد من الدراسات أن استخدام المواد الموصلة في مفاعل AD قد حسّن من التحلل البيولوجي وأداء إنتاج الغاز الحيوي. وتُعد أنواع المضافات الموصلة عاملًا مؤثرًا بشكل كبير على كفاءة الهضم اللاهوائي. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى: تحضير مادة موصلة مركبة جديدة من الكربون المنشط الحبيبي (GAC) مغلفة بحديد النانو صفر التكافؤ (nZVI) بطريقة الترسيب المشترك. وصف مورفولوجيا السطح والسلوك التوصيلي للمواد الموصلة المركبة. تحديد تأثير إضافة المواد الموصلة على كفاءة إنتاج الغاز الحيوي والتحلل البيولوجي في تقنية AD. ولهذا الغرض، تم تشغيل مفاعل AD المحب للحرارة (TAD) تحت ثلاث ظروف مختلفة: إضافة مادة nZVI/GAC في مفاعل TAD، والذي شُغّل من أجل الهضم المشترك لروث الأبقار مع مخلفات الطعام (الأرز المطحون والخبز). إضافة مادة nZVI/GAC في مفاعل TAD، والذي شُغّل من أجل الهضم الأحادي لروث الأبقار. مفاعل TAD مرجعي بدون إضافة مادة nZVI/GAC، والذي شُغّل من أجل الهضم المشترك. أظهر إنتاج الغاز الحيوي زيادة بمقدار 11 ضعفًا عند استخدام nZVI/GAC مقارنة بالمفاعل المرجعي TAD بدون إضافات. علاوة على ذلك، أدت إضافة nZVI/GAC في مفاعل TAD إلى زيادة محتوى الميثان (%) في الغاز الحيوي بمقدار 20.7 ضعفًا مقارنة بالمفاعل المرجعي. ويُعزى ذلك إلى أن إضافة المواد الموصلة في مفاعل AD عززت نقل الإلكترونات بين الكائنات الحية الدقيقة، مما أدى إلى تحسين التواصل والنمو الميكروبي. ومع ذلك، فإن إضافة المواد الموصلة في مفاعل TAD لم تُعزز إنتاج الميثان عند تشغيله باستخدام روث الأبقار فقط (الهضم الأحادي)، وذلك لأن روث الأبقار يحتوي على مواد مغذية قابلة للتحلل الحيوي بنسبة أقل، وهي ضرورية للميكروبات المنتجة للأسيتات والميثانوجينات. وقد كشفت النتائج أن إضافة المواد الموصلة nZVI/GAC في مفاعل TAD لها تأثير كبير في الهضم المشترك لروث الأبقار مع مخلفات الطعام، من حيث إنتاج الميثان، وإزالة الـCOD، وتثبيت درجة الحموضة (pH).

كلمات الباحثين

Anaerobic digestion, Conductive materials, Renewable energy, Biogas, Methane.

إشراف وإعداد

الإشراف

Md. Abdullah Al-Mamun, Talal Etri

الإعداد

Zahra Khasib Mohammed Al-Hasaniyah

الاقتباسات الببليوغرافية