Modeling and simulation of small-scale biogas digester based on kitchen waste

Other Title(s)

نمذجة و محاكاة لهاضم حيوي لمخلفات المطبخ على نطاق صغير

Joint Authors

al-Shabasi, Adil B.

Joint Authors
Undefined array key "EN_NAME"

Source

Journal of Environmental Science

Issue

Vol. 48, Issue 2 (30 Sep. 2019), pp.37-66, 30 p.

Publisher

Ain Shams University Institute of Environmental Studies and Rese Arch Accredited

Publication Date

2019-09-30

Country of Publication

Egypt

No. of Pages

30

Main Subjects

Earth Sciences, Water and Environment

Topics

Abstract AR

الهضم اللاهوائي هى تكنولوجيا لانتاج الغاز الحيوى من المخلفات العضوية و يمكن تمثيله بمجموعة من العمليات البيولوجية حيث يتم تحويل المخلفات العضوية عن طريق الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج مزيج من الميثان و ثاني أكسيد الكربون (الغاز الحيوي) في غياب الأكسجين.

و يمكن استخدام الغاز الحيوي في تلبية متطلبات الطاقة في العديد من الأماكن فغاز الميثان هو أحد غازات الدفيئة القوية للغاية و التي يمكن استخدامها لتوليد الحرارة و الكهرباء و بالأخص في المناطق الريفية.

من ناحية أخرى يمكن استخدام مخلفات المطبخ لإنتاج الغاز الحيوي نظرا لقدرتها العالية على التحلل الحيوي و التي يمكن أن تقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري.


تقدم هذه الورقة تصميما و محاكاة لمنظومة الهضم اللاهوائي لمخلفات المطبخ.

تم تصميم العمليات البيولوجية للهاضم المقترح بحيث تعطى تمثيلا كاملا للتفاعلات الفيزيائية و الكيميائية إعتمادا على جوانب عديدة مثل النشاط الميكروبي و تحلل المادة الأولية و درجة الحرارة.

وتم تصميم الهاضم المقترح لمخلفات المطبخ ذات الحجم الصغير للاستفادة من مخلفات المطبخ لعائلة مصرية متوسطة حيث يستخدم الغاز الحيوى الناتج لتوفير الحرارة المطلوبة للطهي في المنزل.

تم محاكاة النموذج المقترح باستخدام برنامج الماتلاب/سيميولنك في ظل ظروف مختلفة لدراسة تأثير كل من مدة التفاعل و درجة حرارة الهاضم ونوع التغذية على إنتاج الغاز الحيوي و تحدد نتائج محاكاة النموذج أفضل القيم لتصميم و تشغيل هاضم حيوي لمخلفات المطبخ على نطاق صغير.

وقد توصلت الدراسة إلى أن الحجم المناسب لهاضم حيوي لمخلفات مطبخ مصري لأسرة متوسطة هو 0.06 متر3 و أبعاده هى 0.4 و 0.5 متر للقطر و الارتفاع على الترتيب وأن انتاج الميثان في هذا الهاضم يتم من خلال زيادة تدريجية في حجمه لنحو 18 يوم عند درجة حرارة 30 oC قبل أن يصبح الحجم ثابتا عند 0.05369 متر3 / يوم.

Abstract EN

Anaerobic digestion (AD) is a collection of biological processes where the organic material is converted by microorganisms to produce a mixture of mainly methane and carbon dioxide (biogas) in the ence of oxygen.

Methane is a very powerful greenhouse gas.

The combustion of methane releases energy, which can be used to generate heat and electricity.

AD proves to be a beneficial technology in various spheres.

Biogas technology has the potential to meet the energy requirements in many places, it can be designed to meet the electrical and/or heat demand in rural areas.

On the other hand, kitchen waste can be used to produce biogas due to its high biodegradability which can reduce the dependency on fossil fuels.

This paper presents a proposed design, modeling and simulation of small-scale biogas digester based on kitchen waste.

The biological processes of the AD are mathematically modeled to give a complete representation of the physic-chemical reactions depending on several aspects such as microbial activity, substrate degradation, and temperature.

A small-scale family size kitchen waste digester is designed to utilize the kitchen waste of an average Egyptian family and provides the required cooking heat of the house.

The model is then simulated in Matlab/Simulink environment.

The proposed model is simulated under different conditions to investigate the impacts of digester temperature, feed type, and reaction time on biogas production.

The simulation results identify the best parameters for the operation of the proposed model.

The study explains that the suitable size for a biogas digester based on the kitchen waste of an average Egyptian family is 0.06 m3, with a diameter of 0.4 m and a height of 0.5 m.

The results show that there is a regular increase in methane production at 30 ºC for about 18 days before it becomes constant, and best volume of methane equals to 0.05369 m3 /day.


American Psychological Association (APA)

Abbas, Amr M.& al-Shabasi, Adil B.& al-Sadawi, Majdi Muhammad Ali. 2019. Modeling and simulation of small-scale biogas digester based on kitchen waste. Journal of Environmental Science،Vol. 48, no. 2, pp.37-66.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1115008

Modern Language Association (MLA)

Abbas, Amr M.…[et al.]. Modeling and simulation of small-scale biogas digester based on kitchen waste. Journal of Environmental Science Vol. 48, no. 2 (Sep. 2019), pp.37-66.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1115008

American Medical Association (AMA)

Abbas, Amr M.& al-Shabasi, Adil B.& al-Sadawi, Majdi Muhammad Ali. Modeling and simulation of small-scale biogas digester based on kitchen waste. Journal of Environmental Science. 2019. Vol. 48, no. 2, pp.37-66.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1115008

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

-

Record ID

BIM-1115008