مروری بر هضم بی‌هوازی پسماندهای جامد شهری برای بازیابی مواد و انرژی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

هضم بی‌هوازی یکی از روش‌های تصفیه و مدیریت پسماندهای جامد آلی بوده و به‌عنوان راهکاری به‌منظور بازیابی ماده و انرژی از پسماند به شمار می‌رود. هدف از این مقاله، بررسی جامع فرایند هضم بی‌هوازی از جنبه‌های مختلف می‌باشد. در ابتدا، مهم‌ترین واکنش‌های زیست­شناسانۀ دخیل در فرایند هضم بی­هوازی، راهکارهایی جهت بهبود بازدهی فرایند و انواع واکنشگاه (راکتور) مناسب مورد بحث قرار گرفته­است. در نهایت امکان‌ انجام هضم بی‌هوازی برای مدیریت پسماندها در ایران به‌طور اجمالی بررسی شده‌است. باتوجه به بررسی­های صورت گرفته، با استفاده از روش پیش‌تصفیۀ گرمایی به‌همراه افزودن مواد قلیایی و سیستم‌های واکنشگاه دو/چندمرحله‌ای و ایجاد تغییرات در شرایط عملیاتی، می­توان بازده فرایند هضم بی‌هوازی پسماند را  افزایش داد، از طرفی، باتوجه به این‌که بخش زیادی از پسماند تولیدی در ایران شامل پسماندهای تجزیه‌پذیر است، هضم بی‌هوازی یک فرایند مناسب برای دفع پسماندهای شهری در ایران تلقی می‌گردد که می­توان از زیست‌گاز تولیدی و مواد هضم­شدۀ آن استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Review on Anaerobic Digestion of Municipal Solid Waste for Material and Energy Recovery

نویسندگان [English]

  • M. Masjoudi
  • J. Shayegan
  • A. Babaei
Sharif University of Technology
چکیده [English]

Anaerobic digestion provides a way of treatment and management of organic municipal solid wastes and is a strategy to recover material and energy from waste. This paper aims to review anaerobic digestion from different aspects. First of all, the most important biological reactions included in anaerobic digestion, some strategies to improve the efficiency of the process and suitable reactors are described. Finally, the feasibility of anaerobic digestion in Iran is discussed briefly. According to the studies, the thermal pretreatment with the addition of alkalis, two or multi-steps continuous reactors and changing the operating parameters increase the efficiency of anaerobic digestion process. On the other hand, since much of the waste produced in Iran contains decomposable waste, anaerobic digestion is considered as a suitable process for municipal waste disposal in Iran to produce biogas and fertilizer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • anaerobic digestion
  • Biogas
  • Material and Energy Recovery
  • Municipal solid waste

 

[1]     Mata-Alvarez, J., Mace, S., Llabres, P., "Anaerobic digestion of organic solid wastes. An overview of research achievements and perspectives", Bioresource Technology, 74, 3-16, (2000).
[2]     Khalid, A., Arshad, M., Anjum, M., Mahmood, T., Dawson, L., "The anaerobic digestion of solid organic waste: A review", Waste Management, 31, 1737-1744, (2011).
[3]     Fisgativa, H., Tremier, A., Dabert, P., "Characterizing the variability of food waste quality: A need for efficient valorization through anaerobic digestion", Waste Management, 50, 264-274, (2016).
[4]     Al Seadi, T., Rutz, D., Prassl, H., Kottner, M., Finsterwalder, T., Volk, S., Janssen R., "Biogas Handbook", University of Southern Denmark Esbjerg. ISBN: 978-87-992962-0-0, (2008).
[5]     Nayono, S. E., "Anaerobic digestion of organic solid waste for energy production", KIT Scientific Publishing, Vol.46, (2010).
[6]     Ariunbaatar, J., Panico, A., Esposito, G., Pirozzi, F., Lens, P. N., "Pretreatment methods to enhance anaerobic digestion of organic solid waste", Applied Energy, 123, 143-156, (2014).
[7]     Jain, S., Jain, S. H., Tim Wolf, I., Lee, J., Tong, Y. W., "A comprehensive review on operating parameters and different pretreatment methodologies for anaerobic digestion of municipal solid waste", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 52, 142-154, (2015).
[8]     Cesaro, A., Belgiorno V., "Pretreatment methods to improve anaerobic biodegradability of organic municipal solid waste fractions: A review". Chemical Engineering Journal, 240, 24-37 (2014).
[9]     Carrere, H., Antonopoulou, G., Affes, R., Passos, F., Battimelli, A., Lyberatos, G., Ferrer, I., "Review of feedstock pretreatment strategies for improved anaerobic digestion: from lab-scale research to
full-scale application", Bioresource Technology, 199: 386-397, (2016).‏
[10]   Agdag O. N., Sponza D. T., "Co-digestion of mixed industrial sludge with municipal solid wastes in anaerobic simulated landfilling bioreactors", Journal of Hazardous Material, 140, 75-85, (2007).
[11]   Fezzani, B., Cheick, R. B., "Two-phase anaerobic co-digestion of olive mill wastes in semi-continuous digesters at mesophilic temperature", Bioresource Technology, 101, 1628-1634, (2010).
[12]   Roshani, A., Shayegan, J., Babaee, A., “Methane production from anaerobic co-digestion of poultry manure”,   Journal of Environmental Studies, 38(62), 22-24, (2012).‏
[13]   Sasaki, D., Hori, T., Haruta, S. H., Ueno, Y., Ishii, M., Igarashi, Y., "Methanogenic pathway and community structure in a thermophilic anaerobic digestion process of organic solid waste", Journal of Bioscience and Bioengineering, 111, 41-46, (2011).
[14]   De Baere, L., "Will anaerobic digestion of solid waste survive in the future?", Water Science and Technology, 53(8), 187-194, (2006).
[15]   Fernandez, J., Perez, L., Romero, I., "Kinetics of mesophilic anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste: Influence of initial total solid concentration", Bioresource Technology, 101, 6322-6328, (2010).
[16]   De Baere, L., "Anaerobic digestion of solid waste: state of the art", Water Science and Technology, 41(3), 283-290, (2000).
[17]   Massé, D. I., Rajagopal, R., Singh, G., "Technical and operational feasibility of psychrophilic anaerobic digestion biotechnology for processing ammonia-rich waste", Applied Energy, 120, 49–55, (2014).
[18]   Rajagopal, R., Bellavance, D., Rahaman, M. S., "Psychrophilic anaerobic digestion of semi-dry mixed municipal food waste: For North American context", Process Safety and Environmental Protection, 105, 101-108, (2017).‏
[19]   Zhang, Y., Banks, C. J., Heaven, S., "Anaerobic digestion of two biodegradable municipal waste streams", Journal of Environmental Management, 104, 166–174, (2012).
[20]   Hartmann, H., Ahring, B. K., "Anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste: influence of co-digestion with manure", Water Research, 39, 1543–1552, (2005).
[21]   Hagos, K., Zong, J., Li, D., Liu, C., Lu, X., "Anaerobic co-digestion process for biogas production: Progress, challenges and perspectives", Renewable and Sustainable EnergyReviews, 76, 1485-1496, (2017).
 
[22]   Deublein, D., Steinhauser A., "Biogas from waste and renewable resources: an introduction", John Wiley & Sons, (2011).
[23]   Fernandez J, Perez M, Romero L. I., "Effect of substrate concentration on dry mesophilic anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). Bioresource Technology, 99(14), 6075–8, (2008).
[24]   Babaei, A., Shayegan, J., "Effects of temperature and mixing modes on the performance of municipal solid waste anaerobic slurry digester", Journal of Environmental Health Science and Engineering, 1-8, (2020).‏
[25]   Chen Y, Cheng J. J., Creamer K. S., "Inhibition of anaerobic digestion process: a review", Bioresource Technology, 99(10), 4044–64, (2008).
[26]   Jerry, R., Taricska, David, A., Long, J., Paul C. H., Yung-Tse H., Shuai-Wen Z., "Anaerobic digestion", Handbook of Environmental Engineering, Biological Treatment Processes, 8, 589-634, (2009).
[27]   Liangcheng, Y., Fuqing, X., Xumeng, G., Yebo, L., "Challenges and strategies for solid-state anaerobic digestion of lignocellulosic biomass", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 44, 824-834, (2015).
 
[28]   European Commission, "Digestate and compost as fertilisers: Risk assessment and risk management options", Wood Environment & Infrastructure Solutions UK Limited, (2019).
[29] کمالان، ح. ر.، عمرانی، ق.، منوری، م.، سعیدی، ن، "بررسی نحوه و میزان استحصال انرژی از مواد زائد جامد شهری در ایران از طریق فناوری‌های هضم بی‌هوازی"، دومین کنفرانس بی‌المللی رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی (1391).
[30]   Babaee, A., Shayegan, J., “Anaerobic digestion of vegetable waste”, Chemical Engineering Transactions, 24, 1291-1296, (2011).
[31] فیاض، س. م، نقوی، ر.، مالمیر، ط.،" استحصال انرژی از پسماندهای شهری به روش هاضم (مطالعه موردی: پروژه هاضم منطقه 4 شهرداری تهران)"، سومین همایش ملی مدیریت پساب و پسماند صنعتی )در صنایع نفت و انرژی(، تهران، (1391).