1. Kinetika proizvodnje bioplina med anaerobno fermentacijo bioloških odpadkov, precepljenih z glivama Pleurotus ostreatus in Trametes versicolorAna Vozlič, 2018, diplomsko delo Opis: V okviru diplomskega dela smo izvajali anaerobno fermentacijo, pri kateri smo določali prostornino nastalega bioplina, koncentracijo metana ter določali kinetiko procesa anaerobne fermentacije. Za proizvodnjo bioplina smo kot substrat uporabili piščančji gnoj z žagovino, ki smo ga zmešali s predobdelano pšenično slamo preraščeno z micelijem gliv Pleurotus ostreatus ali pa Trametes versicolor. Za kontrolo smo uporabili nepreraščeno pšenično slamo. Mešanice so vsebovale tri različna masna razmerja (80 : 20, 60 : 40 in 50 : 50). Proces anaerobne fermentacije smo izvajali 21 d in fermentorje držali pri konstantni temperaturi (35, 40 in 45 °C). Med fermentacijo smo z metodo izpodrinjene tekočine spremljali prostornino nastalega bioplina. S plinskim kromatografom smo v bioplinu merili koncentracijo metana. Nato smo iz pridobljenih podatkov z modificiranim Gompertz-ovim ter kinetičnim modelom 1. reda izračunali kinetične parametre nastajanja CH4 in določili aktivacijsko energijo procesa. Naredili smo primerjavo ustreznosti prileganja modelov z eksperimentalnimi podatki.
Proizvodnost bioplina je bila največja pri pšenični slami, ki je bila preraščena z glivo Pleurotus ostreatus pri masnem razmerju 50 : 50 in temperaturi fermentacije 45 °C. Najmanjšo prostornino bioplina smo zabeležili pri fermentaciji piščančjega gnoja in pšenične slame, preraščene z glivo Trametes versicolor, z masnim razmerjem 80 : 20 in pri temperaturi 35 °C. Ugotovili smo, da temperatura vpliva na proizvodnost bioplina, saj so vrednosti višje pri višji temperaturi. Rezultati kažejo, da je koncentracija CH4 v začetnih dneh anaerobne fermentacije hitreje naraščala pri višji temperaturi, medtem ko smo po 21 dneh pri vseh temperaturah dosegli vrednosti koncentracij CH4 med 53 in 55 %. Večje prileganje modela eksperimentalnim ter izračunanim podatkom je pokazal kinetični model 1. reda.
Ključne besede: kinetika, aktivacijska energija, koncentracija metana, anaerobna fermentacija, bioplin, piščančji gnoj, glivna predobdelava
Objavljeno v DKUM: 10.10.2018; Ogledov: 1029; Prenosov: 97
 Celotno besedilo (2,65 MB) |
2. Razvoj modela sestave različnih rastlinskih substratov za proizvodnjo bioplinaMatjaž Ošlaj, 2016, doktorsko delo/naloga Opis: Najpomembnejši ukrep za zmanjševanje emisij toplogrednih plinov in energetske učinkovitosti je povečanje deleža rabe obnovljivih virov energije. Slovenija mora, tako kot ostale države EU, na področju razvoja obnovljivih virov energije doseči ambiciozne cilje, ki bodo tako prispevali k povečanju zanesljivosti oskrbe z energijo, zmanjšanju učinkov na okolje, gospodarski rasti in razvoju delovnih mest ter zaposlenosti. Potrebno je iskati nove obnovljive vire, ki v svetu igrajo vse pomembnejšo vlogo pri proizvodnji energije. Proizvodnja bioplina z anaerobno fermentacijo je ena izmed tehnologij za proizvodnjo energije, trajnostno obdelavo odpadkov in zmanjšanje emisij toplogrednih plinov.
Z raziskavo smo preučili energetsko vrednost rastlinskih vrst. S tem namenom smo izvajali poljske in laboratorijske poskuse v letih 2010 in 2011. Z optimatizacijo anaerobnega procesa fermentacije novih substratov za proizvodnjo bioplina smo uporabili poskusni reaktor. Pridobivanje bioplina iz energetskih substratov smo izvedli po nemškem standardu DIN 38 414, del 8. Anaerobno digestijo smo izvedli z osnovnim substratom prašičje gnojevke in v različnih sestavah sosubstrata. Sosubstrat smo sestavljali v različnih kombinacijah energetskih rastlin. Za sosubstrat smo uporabili koruzo (glavni posevek), koruzo (strniščni posevek), tritikale (glavni posevek), sirek (glavni posevek), mešanico rastlin za pridelavo biomase (glavni posevek) in koruzo za zrnje (zrnje v fazi voščene zrelosti).
Podatke, vključene v raziskavo, smo analizirali s programi MS-Excel 2013 in SPSS (SPSS. Inc., Chicago, IL) ter programom R, verzije 3.0.2. Ločeno smo obravnavali in izračunali aritmetično sredino in standardni odklon. Z enosmerno analizo variance smo ugotavljali vpliv različnih mešanic poljščin na nekatere proučevane spremenljivke. Z multiplo regresijo smo ugotavljali vpliv spremenljivk (sestava substrata) na količino proizvedenega bioplina in količino proizvedenega biometana. Na osnovi MM-metode in OLS-metode smo izdelali več modelov, ki omogočajo napoved proizvodnje bioplina in biometana iz substrata s sosubstratom.
Z rezultati poljskih in laboratorijskih analiz smo razvili računalniški model BIOPLIN, s katerim lahko napovedujemo proizvodnjo bioplina in biometana iz določenega substrata in sosubstrata na osnovi metode DIN 38 414. Model za napoved proizvodnje bioplina in biometana je sestavljen iz štirih podmodelov, ki so sestavni del glavnega modela.
Koruzo, ki je ključna pri proizvodnji bioplina lahko nadomestimo z drugimi mešanicami sosubstrata. Sestava substrata vpliva na kvaliteto in kvantiteto nastalega bioplina in biometana.
Ključne besede: anaerobna fermentacija, bioplin, substrat, sestava substrata, model, statistični model
Objavljeno v DKUM: 12.01.2017; Ogledov: 2174; Prenosov: 224
Celotno besedilo (3,67 MB) |
3. Razgradnja lignoceluloznega materiala trdnih organskih odpadkov z glivo Pleurotus ostreatus pred procesom anaerobne fermentacije v trdnem stanjuNataša Belšak Šel, 2015, doktorska disertacija Opis: Omejeni viri, visoke cene in okoljski vpliv fosilnih goriv narekujejo razvoj alternativnih virov energije, med katere spada tudi proizvodnja energije iz lignocelulozne biomase. Lignocelulozna biomasa (LB) kmetijskih, vrtnih in gozdarskih ostankov se v veliki količini kopiči na regionalnem zbirnem centru za ravnanje z odpadki, kjer jo uporabijo v procesu kompostiranja. Z našo nalogo smo raziskali možnosti proizvodnje bioplina iz lokalno zbrane LB. S tem namenom smo optimirali in nadgradili proces anaerobne fermentacije LB za pridobitev biometana, obnovljivega vira energije. Izdelali smo pilotni sistem šaržnih reaktorjev s strnjenim slojem in križnim pretakanjem izcedne vode, z namenom simulacije procesa na ustrezni velikosti glede na vstopno biomaso.
Pri izvedbi eksperimentov v reaktorjih na pilotnem merilu, smo glavni poudarek namenili študiji vpliva pretakanja izcedne vode med reaktorji na proizvodnjo bioplina. Rezultati tovrstnih poskusov so pokazali, da je pretakanje izcedne vode med reaktorji ključnega pomena za stabilnost procesa in povečano proizvodnjo bioplina.
Raziskave kažejo, da je proizvodnjo bioplina iz LB možno povečati z učinkovito predobdelavo. Nadgradnjo procesa anaerobne fermentacije smo izvedli z biološko predobdelavo LB. In sicer smo glivo P.ostreatus gojili direktno na LB, v nadaljevanju smo za razgradnjo LB uporabili le encime glive. V laboratorijskem sistemu AMPTS smo določili biometanski potencial LB in LB preraščeni z glivo. Postopek predobdelave LB, pri katerem smo glivo gojili direktno na vzorcih LB, se je izkazal za neučinkovitega, saj je bil biometanski potencial vzorcev preraščenih z glivo mnogo nižji od biometanskega potenciala LB, ki ni bil izpostavljen nobeni predobdelavi.
Naše raziskave smo nato nadaljevali v smeri gojenja glive na trdnem gojišču, sestavljenem iz pšeničnih otrobov in lignocelulozne biomase, in nato pridobivanja hidrolitičnih in oksidativnih encimov. Iz rezultatov encimskih aktivnosti smo ugotovili, da je gliva P. ostreatus, proizvedla celulitične encime v manjših količinah, medtem ko so bile lakaze, ki razgrajujejo ligninske komponente, proizvedene v velikih količinah. Glede na to, da veljajo lakaze tudi za širše industrijsko zanimive encime, smo z optimizacijo po Taguchi metodi raziskovali vpliv sestave gojišča na produktivnost lakaz. Optimizacija gojišča s Taguchi ortogonalno matriko L18 (21 × 37) se je izkazala za uspešno metodo, s katero smo pridobili podatke za sestavo gojišča na katerem izloči gliva P. ostreatus največ lakaz.
Za primerjavo učinkovitosti razgradnje LB z encimskim ekstraktom, pridobljenim iz gojišč P. ostreatus, smo uporabili dva komercialna encima. Rezultati so pokazali, da je bil encimski ekstrakt učinkovit pri razgradnji LB, kakor tudi pri razgradnji trdnega ostanka po fermentaciji.
Ključne besede: lignocelulozna biomasa, anaerobna fermentacija, lignocelulozni encimi, Pleurotus ostreatus, encimska hidroliza
Objavljeno v DKUM: 07.01.2016; Ogledov: 2879; Prenosov: 314
Celotno besedilo (2,71 MB) |
4. OPTIMIRANJE PROCESOV PROIZVODNJE BIOPLINA IZ ŽIVALSKIH IN DRUGIH ORGANSKIH ODPADKOV Z UPORABO RAČUNALNIŠKO PODPRTE PROCESNE TEHNIKERozalija Drobež, 2011, doktorska disertacija Opis: Eden glavnih okoljevarstvenih problemov živilskopredelovalne industrije je nenehno naraščajoča proizvodnja odpadkov različnega izvora. Proizvodnja bioplina iz organskih in živalskih odpadkov z anaerobno fermentacijo je primeren način za predelavo teh odpadkov. Predelava prinaša mnoge okoljske, ekonomske in družbene koristi.
Po drugi strani procesna sistemska tehnika s svojimi vrhunskimi orodji, ki temeljijo na matematičnem programiranju oz. optimizaciji, omogoča generiranje optimalnih in dopustnih rešitev za doseganje višjega nivoja konkurenčnosti proizvodnih podjetij.
V doktorski disertaciji obravnavamo uporabo algoritemskih metod procesne integracije v industrijskem merilu in sicer na primeru velikega živilskopredelovalnega podjetja za doseganje okoljsko sprejemljivih rešitev pri ravnanju in predelavi živalskih substratov in organskih odpadkov. Na osnovi iniciative živilskopredelovalne industrije smo za sintezo procesov proizvodnje bioplina razvili matematični model, ki omogoča selekcijo optimalnega procesa proizvodnje bioplina in sestave vhodnega substrata ter simultano optimizacijo snovnih tokov, investicijskih sredstev in obratovalnih stroškov procesa. Z matematičnim programiranjem smo postopoma najprej izvedli sintezo procesa za proizvodnjo bioplina, nato simultano sintezo s toplotno integracijo in nazadnje še sintezo procesa s simultano sintezo omrežja toplotnih prenosnikov.
Tako smo najprej razvili mešano celoštevilski nelinearni (MINLP) model za sintezo procesov proizvodnje bioplina. V primeru simultane toplotne integracije in sinteze procesa smo ga nadgradili z modelom za simultano toplotno integracijo (Duran in Grossmann, 1986), ki smo ga za potrebe industrijskega problema prilagodili za konstantne temperature in izotermno mešanje procesnih tokov. Model omogoča določitev optimalne procesne sheme in minimalne porabe pogonskih sredstev za množico alternativnih toplih in hladnih tokov procesa proizvodnje bioplina. Z omenjeno modifikacijo simultanega modela toplotne integracije in s konveksifikacijo konkavnih investicijskih členov v namenski funkciji z odsekovno linearizacijo smo razvili mešano celoštevilski linearni model (MILP), ki omogoča reševanje industrijskega problema do globalnih rešitev.
Ker pri reševanju sinteznih problemov praviloma dobimo boljše rešitve, če obravnavamo snovne in energetske bilance ter investicijska sredstva in obratovalne stroške hkrati, smo se v končni fazi sinteze procesa odločili, da tudi omrežje toplotnih prenosnikov (OTP) pri proizvodnji bioplina sintetiziramo simultano s procesom. Tako smo celotni sintezni problem zapisali na osnovi dveh med seboj povezanih superstruktur v obliki mešano celoštevilskega nelinearnega problema. Pri tem smo predlagali novo superstrukturo procesnih tokov, kjer se lahko procesni tokovi ne-izotermno mešajo in kombinirajo. Predhodno razviti model MINLP za sintezo procesa proizvodnje bioplina smo nadgradili z večstopenjskim modelom za simultano sintezo omrežja toplotnih prenosnikov (Yee in Grossmann, 1990), ki smo ga modificirali za potrebe simultanega pristopa in nove superstrukture procesnih tokov. Tako dodelan model omogoča simultano določitev optimalne procesne sheme z optimalnim omrežjem toplotnih prenosnikov pri optimalni sestavi in porabi vhodnih surovin, optimalnih obratovalnih stroških in investicijskih sredstvih.
Ključne besede: sinteza procesov, bioplin, anaerobna fermentacija, živalski odpadki, optimiranje, toplotna integracija, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje, metoda odsekovne linearizacije, omrežje toplotnih prenosnikov, industrijska aplikacija
Objavljeno v DKUM: 23.02.2012; Ogledov: 3804; Prenosov: 312
Celotno besedilo (4,74 MB) |
