Document

Enhancing biogas generation with conductive material and enzymes in thermophilic digestion.

Source
Master's thesis
Other titles
تعزيز توليد الغازالحيوي باستخدام المواد الموصلة والإنزيمات باستخدام الهاضم اللاهوائي الحراري
Country
Oman
City
Muscat
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2023
Language
English
Thesis Type
Master's thesis
English abstract
The environmental drawbacks of energy production from fossil fuels can be substantially mitigated by transitioning to alternative renewable energy sources. The growing inclination towards renewable energy has amplified the adoption of anaerobic digestion (AD), evident from the surge in AD globally. AD efficiently converts organic waste into biogas, a versatile renewable energy medium, suitable for electricity generation, heating, and vehicle fuel, offering notable economic, environmental, and climatic advantages. In essence, AD involves the biological breakdown of organic materials into biogas, primarily composed of methane (50-70%) and CO2 (30-50%). It is worth noting that the potential of biogas generation is intrinsically linked to certain chemical properties, notably pH, total solids, volatile solids, and nitrogen. Furthermore, the efficiency of methane generation is influenced by waste attributes, operational factors, and reactor designs. In this study, I employed a dual approach involving a carbon brush and a fixed 1% VS dosage of enzyme mixture to examine methane gas production within a thermophilic (water bath) anaerobic digestion system. Four distinct thermophilic anaerobic digesters (TADs) were employed: a standard TAD (TAD-1) without adding any external enzyme and conductive material as a control, enzyme-assisted TAD (TAD-2), carbon electrode-assisted TAD (TAD-3), a combination of electrode and enzyme in TAD (TAD-4), and. The findings highlighted that the combined enzyme and carbon brush-assisted TAD-4 was the most effective in biogas generation, solid waste reduction, and COD removal. Specifically, this approach yielded an impressive 5300 mL of biogas in 10 days, outperforming other methods. Concurrently, reductions in total solids and COD were observed at 59.29% and 65%, respectively, within the same period. In addition, Thermophilic digestion allowed for shorter retention time in anaerobic digesters which was completed in 3 days of this experiment. This research signifies progress in optimizing resource recovery from organic waste through thermal processes
Arabic abstract
يمكن تخفيف العيوب البيئية المتعلقة بإنتاج الطاقة من الوقود الاحفوري بشكل كبير من خلال الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة البديلة. الانحياز المتزايد نحو الطاقة المتجددة قد زاد من اعتماد عمليات الهضم الاله وائي )AD)، كما يتضح من الزيادة الكبيرة في استخدامها على الصعيدين العالمي والمحلي. يقوم AD بتحويل النفايات العضوية بكفاءة إلى الغازالعضوي، وهو وسيلة للطاقة المتجددة متعددة الاستخدامات، مناسبة إلنتاج الكهرباء وتدفئة ووقود المركبات، وتقدم مزايا اقتصادية وبيئية ومناخية ملحوظة.بالاساس، يتضمن AD تحليل العضويات البيولوجيّة إلى الغازالعضوي ، وهو مكون أساسي يتألف أساسا %70-50( وثاني أكسيد الكربون )%50-30(. من المهم أن نالحظ أن ًمن الميثان ) بخصائص كيميائية معينة، وعلى وجه الخصوص د إمكانية إنتاج البيوغاز ترتبط جوهريا رجة الحموضة )pH )ً والمواد الصلبة الكلية والمواد الصلبة القابلة للتبخر )solids volatile )والنيتروجين. وبالاضافة إلى ذلك، فإن كفاءة إنتاج الميثان تتأثر بسمات النفايات والعوامل التشغيلية وتصاميم المفاعالت. يشمل الفرشاة الكربونية وجرعة ثابتة بنسبة في هذه الدراسة، استخدمت نهجا %1 من خليط الانزيم لفحص ً مزدوجاً إنتاج الغاز الميثان داخل نظام الهضم الحراري الالهوائي )حمام مائي(. تم استخدام أربعة مفاعالت حرارية للهضم )TADs )متميزة: مفاعل TAD قياسي )-1TAD )بدون إضافة إنزيم خارجي أو مواد موصلة، TADمساعد بالانزيم (-2TAD(، TAD مساعد بالفرشاة الكربونية )-3TAD)، ومفاعل يجمع بين الفرشاة والانزيم في TAD (-4TAD(. أظهرت النتائج أن النهج الجمعي بين الانزيم والفرشاة الكربونية المساعدة في -4TAD كان الاكثر فعالية في إنتاج الغازالعضوي وتقليل من النفايات الصلبة وإزالة COD. على وجه الخصوص، أسفر هذا النهج عن إنتاج 5300 مل من الغازالعضوي في مدة عشرة أيام، متفوقاً على الاساليب الاخرى. في الوقت نفسه، تم مالحظة انخفاض في المواد الصلبة الكلية وCOD بنسب تبلغ %59.29 و %65 على التوالي خلال نفس الفترة. بالاضافة إلى ذلك، أتاح الهضم الحراري لفترة أقصر في معالجات الهضم الالهوائي واكتمل في 3 أيام من هذه التجربة. تُظهر هذه الدراسة تقدماً في تحسين استرداد الموارد من النفايات العضوية من خلال العمليات الحرارية.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Journal articles
8
0
Ramadan, Rabie A.
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
2024-04-29
Journal articles
9
0
Kandothillath, Fidhin J.
Sultan Qaboos University.
2024-08-14
Journal articles
4
0
Yip, Chak Man Andrew.
Nature Publishing Group.
2017-12-01
Journal articles
6
0
Hosseinzadeh, N.
Sultan Qaboos University.
2018-01-01
Theses and Dissertations
5
0
Al-Ghadaniyah, Ohood Mohammed Said.
Sultan Qaboos University.
2024
Theses and Dissertations
2
0
Al-Abri , Zayid Mahmood.
Sultan Qaboos University
2024