Modeling of biogas production from Carum carvil waste

(1)

1

زاگویب دیلوت یزاسلدم هریز دنامسپ زا

دادرفریبک نمهب ،1

2یفجن هداز هلا ضیفانیس ، یلیبدرا

،3

یراهب یدهم

، 4

دورهجس یرفعج رذوبا

5

یلیبدرا ققحم هاگشناد یزرواشک هدکشناد، متسیسویب کیناکم یسدنهم دشرا یسانشراک یوجشناد1

هدکشناد متسیسویب کیناکم یسدنهم رایشناد2

یلیبدرا ققحم هاگشناد یزرواشک

متسیسویب کیناکم یسدنهم یرتکد یوجشناد3

- یلیبدرا ققحم هاگشناد ،ریذپدیدجت یاه یژرنا

یلیبدرا ققحم هاگشناد یزرواشک هدکشناد متسیس ویب کیناکم یسدنهم دشرا یسانشراک یوجشناد4

د یزرواشک هدکشناد متسیسویب کیناکم یسدنهم دشرا یسانشراک یوجشناد5

یلیبدرا ققحم هاگشنا

[email protected]

هدیکچ تخوس زا دح زا شیب هدافتسا لیلد هب رایسب ثحابم زا تسیز طیحم یگدولآ و یناهج یامرگ اهنآ زا یشان یگدولآ و یلیسف یاه

زا .تسا هتشاداو هینمز نیا رد قیقحت هب ار یرایسب ناققحم هک تسا یمهم ندش یلاخ رگید یوس

تخوس عبانم و یلیسف یاه

تخوس نتفای یوس هب ار ناققحم هک تسا هدش یژرنا نارحب ثعاب یژرنا نوزفازور یاضاقت نیزگیاج یاه

تسیز تارثا اب بسانم

رتمک یطیحم یم تیاده

یژرنا عبانم .دنک .دنتسه سمویب و یبآ قرب ، ییامرگ نیمز ، یداب ، دیشروخ یژرنا لماش ریذپدیدجت یاه

نم هلمج زا زاگویب یم هک تسا یریذپدیدجت عبا

تسیز طیحم ظفح مه و یژرنا دیلوت یاتسار رد مه نآ زا تسرد تیریدم اب ناوت

.بسانم رایسب یتصرف هب دیدهت لیدبت یارب تسا یتفایهر یزرواشک ریذپ بیرخت تسیز داوم مضه زا لصاح زاگویب .تشادرب ماگ د

ر

زاگویب دیلوت صوصخ رد یلبق قیقحت وریپ هلاقم نیا زا

دناممسپ 5

نیریش ییوراد هایگ مدآاباب و سودخوطسا ، هریز ، عانعن ، نایب

رد

نژورتین هب نبرک تبسن و صلاخ تلاح ود و کیلفوزم ییامد طیارش 03

لدم هب زا زاگویب دیلوت یزاس ییوراد هایگ دنامسپ

اب هریز

نژورتین هب نبرک تبسن 03

هتخادرپ دوب زاگویب دیلوت نیرتشیب یاراد هک .تسا هدش

سیفنا رازفا مرن و کیتسجلا یضایر لدم اب جیاتن

.تفرگ رارق هسیاقم و هعلاطم دروم : یدیلک تاملک مضه ، زاگویب

یب لدم ، یزاوه هریز ، ییوراد ناهایگ ، یزاس

1 - همدقم

شلات یناهج یارب دیلوت یژرنا دیدجت ریذپ و رد رادیاپ لوط دنچ ههد هتشذگ هب روط رمتسم رد لاح شیازفا تسباو تسا یگ

شیب زا دح هب ناهج یاهتخوس

یلیسف ، تافلت دوخ ار رب تیرشب زا رظن بیرخت طیحم

،تسیز شرتسگ

، یرامیب تارییغت

آ ب و

ییاوه شیامرگ و یناهج

زا قیرط یاهزاگ هناخلگ یا ( )GHG

یم تاراشتنا دیازفا

[ 1 ] [ 2 ].

تسیز

،هدوت

،داب دیشروخ و هاگورین یاه

،یبآ عبانم یژرنا ریذپدیدجت دنتسه

هک موادت هضرع یژرنا و فرصم یژرنا نازرا

،رت نما رت و کاپ ار رت نیمضت یم بانب .دننک

،نیار

نیا عبانم یژرنا شقن یمهم رد تسایس یاه یژرنا اهروشک دنراد [ 0 ] شلاچ . کرتشم یگدولآ یناهج و شهاک یاهتخوس یلیسف

(2)

2

یاهوجتسج یدیدش

ار نتفای یارب عبانم

نیزگیاج هک ریذپدیدجت

تیاده اهنآ زا یکی زاگویب یم

دنک [ 4 ] . قیرط زا زاگویب مضه

یب

یزاوه

( )AD

تاعیاض تسیز یطیحم هیزجت ریذپ کی هک دنیارف یکیژولویب تسا

یم دیاوت دوش هجوت هک یدنیآرف یرایسب

زا ناققحم

ار هن اهنت هب ناونع یکینکت بسانم یارب عفد هلابز یاه

،یلآ هکلب ناونع هب کی

لیسناتپ هوقلاب دیلوت یارب یژرنا

ت دیدج بذج ریذپ

یم [دنک 5 .]

رد هسیاقم اب یاهدنیآرف

،یزاوه مضه یب یزاوه هب ناونع هنیزگ یا بسانم یارب تیریدم هلابز یاه یلآ و هدروآرف یاه

یبناج قیرط زا دیلوت رد ریذپدیدجت یژرنا بلاق

زاگویب و تفایزاب داوم یذغم یفرعم تسا هدش [

6 ].

دیلوت زاگویب زا مضه یب یزاوه

تاعیاض کیناگرا کی هعومجم یطخریغ تسا

هک هتسباو هب یگژیو یاه رتسب و طیارش یتایلمع تسا یرایسب زا یاهرتماراپ ع

یتایلم

دننام

، pH

شیپ

،نامرد

،امد هدام تظلغ

،دماج مه

،ندز تدم نامز

، دنام مضه ود ای دنچ رتسب و هریغ تحت ریثات رارق یم دریگ

7[ یارب .] ندیسر هب کی دنیآرف زاگویب رادیاپ و

،دمآراک بیکرت هریز رایسب مهم تابیکرت هک ارچ تسا رتسب

تبسن

C / N

ار نییعت

یم دنک [ 2 ] یم ناشن تاقیقحت زا لصاح جیاتن . رف یارب دهد

دشر یارب بسانم طیارش ندروآ مها یبورکیم

بولطم رد یط مضه ب ی

،یزاوه تبسن

C / N

رتسب دیاب دودح 23 ات 03 دشاب [ 8 . ] شهوژپ رد دنامسپ زا زاگویب دیلوت یجنسناکما یلبق

5 ییوراد هایگ

نیریش(

یارب زاگویب دیلوت نازیم هدمآ تسد هب جیاتن ساسا رب .تفرگ رارق یسررب دروم )مدآاباب و سودخوطسا ، هریز ، عانعن ، نایب نژورتین هب نبرک تبسن اب هریز 03

هریز زاگویب دیلوت شهوژپ نیا رد ات میدش نآ رب ور نیا زا دوب اراد ار رادقم نیرتشیب شیب هک

نیرت

خا دوخ هب ار دیلوت ار دوب هداد صاصت

.مینک لدم وجتسج

یارب لدم یاه بسانم یارب هدافتسا رد هیرظن رد لرتنک لاح

رضاح کی

تیولوا مهم یارب هنیهب یزاس دنیآرف ریمخت و لح لئاسم مهم دننام هعسوت یژرنا دیدجت ریذپ زا تاعیاض یلآ تسیز بیرخت پ ریذ

تسا [ 9 []

13 . ] لدم یزاس هب کرد رتهب اهدنیآرف و

هنیهب یزاس درکلمع هایگ و شهاک هنیزه یاه یتایلمع کمک دنک [ 11 ]

.

تاعلاطم یددعتم دوجو دراد هک اب هدافتسا زا عاونا شور یاه شوه یعونصم دننام

هکبش

،یبصع قطنم یزاف و متسیس لخادت

یرون - یزاف (ANFIS) رد

لدم یزاس هبنج یاه فلتخم دیلوت هدرک راک زاگویب نیا .دنا

شور اه رازبا یدیفم یارب لدم یزاس

یاهدنیارف هدیچیپ

ریغ یطخ و دنچ هریغتم دننام مضه یب یزاوه زا تاعیاض کیناگرا هب لیلد

،تعرس ییاناوت

،یریگدای پ شی ینیب

یریذپ و تیلباق نانیمطا دنتسه [ 12 []

10 []

14 .]

2 - شور و داوم اه

ناهایگدنامسپ زا زاگویب دیلوت هلاقم رد زا زاگویب دیلوت هب ییوراد

5 نیریش ییوراد هایگ هنومن سودخوطسا ، هریز، عانعن ، نایب

مدآاباب و (کیلفوزم ییامد طیارش رد 02

- 08 یتناس هجرد نژورتین هب نبرک تبسن و صلاخ تروص ود هب و )دارگ

03 دش هتخادرپ [

15 ]

نیا رد هک دش مولعم جیاتن و هتفرگ تروص تاشیامزآ ساسا رب نیب

هک دنامسپ نژورتین هب نبرک تبسن اب هریز هایگ 03

نیرتشیب یاراد

.تسا زاگویب دیلوت لدم

یزاس دنیارف کی یرازبا یعونصم شوه یاهازفا مرن زا هدافتسا اب

دیفم یارب فیصوت و شیپ ینیب درکلمع

متسیس یاه دنیارف یازفا و اه هنیزه شهاک و دنیآرف رتهب یسررب ثعاب هک تسا یکیژولویب یم نامدنار ش

دوش [ 16 ].

ور نیمه زا رب

.مینک لدم سیفنا رازفا مرن زا هدافتسا اب ار هریز ییوراد هایگ زا زاگویب دیلوت میدش نآ همانرب ریاس نایم رد سیفنا

یارب اه لدم یزاس

شهوژپ رد نوگانوگ یاه

متیروگلا .تسا هداد هئارا یرتهب باوج هداد

،یواک متسیس جاتنتسا یزاف یقیبطت یبصع ANFIS( )

و

هکبش یعونصم یاه

یبصع ( )ANN رد تخاس لدم یاه شیپ ینیب دنیارف زاگویب دیلوت قفوم

هدوب دنا [ 17 ] . ANFIS کی

هکبش

یبصع یعونصم تسا هک ساسارب متسیس جاتنتسا یزاف یم راک هک دنک یایازم متسیس یاه یزاف و هکبش یاه یبصع را .دراد مه اب

ANFIS رب

ساسا نیلوا لدم یزاف Sugeno تسا

هک زا متیروگلا ریثکت بقع هب ییاهنت ای متیروگلا یریگدای یبیکرت سا هدافت یم

(3)

3

دنک [ 18 ] . ساسا نیا رب .دنک ینیب شیپ ار زاگویب یعمجت دیلوت ات دش هداد هعسوت دنام نامز تدم ساسا رب لدم شهوژپ نیا رد

رد هدنوش ینیبشیپ ریغتم ناونع هب زاگ ویب یعمجت دیلوت و یدورو ریغتم ناونع هب نژورتین هب نبرک دصرد ساسا رب دنام نامز تدم .دش هتفرگ رظن زفا مرن اب سیفنا لدم

را 2312 MATLAB هک دش هداد هعسوت

لدم اب 0 یطخ عون اب یسواگ عون زا تیوضع عبات

باختنا هدش هداد هعسوت لدم ناونع هب بیترت نیدب .داد صاصتخا دوخ هب لااب تقد اب یعمجت دیلوت ینیبشیپ رد ار هجیتن نیرتهب .دیدرگ .دشاب یم کیتسجلا لدم اهنآ نیرتلوادتم زا یکی هک دنا هدش هداد هعسوت یبورکیم لدم ینیبشیپ یارب یفلتخم یاه شور

لومرف( دنک یم ینیبشیپ ار یعمجت یدیلوت زاگ نازیم هک هدوب دنام نامز ساسا رب لدم نیا ساسا و هیاپ 1

.) لدم نیا هعسوت یارب

رازفا مرن زا SPSS 22

دش هدافتسا .



 



  





2 ) 4 (

exp

1 t

A Y A

m 

 (1)

.دنتفرگ رارق هسیاقم دروم کیتسجلا یزاسلدم زا لصاح جیاتن اب سیفنا اب یزاسلدم زا لصاح جیاتن اپ زا جیاتن هسیاقم یارب

یاهرتمار

.دش هدافتسا یدرکلمع هسیاقم یاهرتماراپ

یا (اطخ تاعبرم نیگنایم هشیر :لماش ) RMSE

و (یگتسبمه بیرض )R

دندوب .

 ²

1

1 ^N

i

RMSE A P

N _





 (2)

1/ 2 2 1

2 1

( )

1

n

i n

i i

A P

R

A



   

  

 

  

 

  

 



(0)

A هک ،یعقاو رادقم رگنایامن و هدش ینیب شیپ رادقمP

دهد یم ام هب ار ناکما نیا اه رتماراپ نیا زا هدافتسا .تسا اه هداد دادعتN

هکبش طسوت هدش ینیبشیپ رادقم هک میبای رد ات اه

یعقاو رادقم هب کیدزن نازیم هچ هب دنراد توافت رادقم هچ مه هب تبسن و هدوب

.

3 - ثحب و جیاتن

یبورکیم یزاسلدم هب طوبرم جیاتن شخب نیا رد .تفرگ رارق یبایزرا و هسیاقم دروم یعمجت زاگویب نازیم ینیبشیپ یارب سیفنا و

لودج 1 .دشاب یم یبورکیم یزاسلدم و سیفنا یاه یجورخ هب طوبرم جیاتن رگناشن

(4)

4

رتماراپ رتماراپ و یعقاو یجورخ و هکبش یجورخ ندوب یطخ نازیم هدنهد ناشنR

هکبش یجورخ یکیدزن و تقد زا ناشنRMSE

نیرتلااب ندوب اراد اب سیفنا ،تفگ ناوت یم هدش هداد ریداقم هب هجوت اب ساسا نیا رب .دشاب یم یعقاو ربداقم و (R

39999 نیرتمک و )

(RMSE 29427

رتلااب یاراد ) نیاربانب .دشاب یم کیتسجلا یبورکیم یزاسلدم هب تبسن دیلوت نازیم یزاسلدم و ینیبشیپ تقد نی

.دشاب کیتسجلا یضایر یزاسلدم یارب یبسانم نیزگیاج دناوتیم لکش

1 یم لدم ود یاه یجورخ تارییغت دصرد هدنهد ناشن

تاسون یاراد سیفنا هب طوبرم رادومن ،تسا صخشم هک روطنامه .دشاب نیاربانب .دشاب یم کیتسجلا لدم یجورخ هب تبسن یرتمک

.دیامن دیلوت ار تقد نیرتلااب و اطخ نیرتمک دناوت یم ،یعقاو طیارش اب ینیزیگیاج تروص رد

لکش –1 سیفنا و کیتسجلا لدم هسیاقم

4 - هجیتن یریگ

زا هک دش ماجنا سمویب تمسق رد ریذپدیدجت یعبنم نتفای فده اب ییوراد ناهایگ دنامسپ زا زاگویب دیلوت 5

رب هدش باختنا هنومن

نژورتین هب نبرک تبسن اب هریز دنامسپ هب طوبرم یدیلوت زاگویب نیرتشیب جیاتن ساسا 03

رادقم هک 08872

یلیم .دوب رتیل هلاقم نیا رد

لدم هب لوت یزاس نژورتین هب نبرک تبسن اب و کیلفوزم ییامد طیارش رد هک هریز ییوراد هایگدنامسپ زا زاگویب دی 03

دیلوت زاگویب

اب اهنآ زا لصاح جیاتن هسیاقم زا و تفرگ رارق هعلاطم دروم سیفنا رازفا مرن و کیتسجلا یضایر لدم اب جیاتن .دش هتخادرپ دوب هدرک رازفا مرن رتلااب تقد هب هجوت لدم رد سیفنا

.دیدرگ باختنا زاگویب دیلوت دنیآرف یزاس

لودج 1 هسیاقم یاهرتماراپ زا لصاح جیاتن . یا

ANFIS یبورکیم یزاسلدم

0.999 0.997 R

3.99 6.672 RMSE

(5)

5

5 - عبانم

1 - Anjum, M., Khalid, A., Mahmood, T., Aziz, I., 2016. Anaerobic co-digestion of catering waste with partially pretreated lignocellulosic crop residues. J. Clean. Prod. 117, 56e63

2 - Samuel Olatunde Dahunsi , Solomon Oranusi ,Vincent Enontiemonria Efeovbokhan , Cleaner energy for cleaner production:

Modeling and optimization of biogas generation from Carica papayas (Pawpaw) fruit peels , Journal of Cleaner Production 156 (2017) 19e29

3 - Akbas, H., Bilgen, B., Turhan, A.M., An integrated prediction and optimization model of biogas production system at a wastewater treatment facility, Bioresource Technology (2015)

4 - E.B. Gueguim Kana , J.K. Oloke , A. Lateef , M.O. Adesiyan , Modeling and optimization of biogas production on saw dust and other co-substrates using Artificial Neural network and Genetic Algorithm , Renewable Energy 46 (2012) 276e281

5 - Li, J., Wei, L., Duan, Q., Hu, G., Zhang, G., 2014b. Semi-continuous anaerobic codigestion of dairy manure with three crop residues for biogas production. Bioresour. Technol. 156, 307–313

Björnsson et al. 2001; 6 - Demirbas and Ozturk 2005; Fakhru’l-Razi et al. 2005; Yetilmezsoy 2008; Azbar et al2009;

Yetilmezsoy and Sapci-Zengin 2009; Luste and Luostarinen 2010; Moon and Song 2011; Wu and Zhou 2011

7 - Samira Zareei, Jalal Khodaei, Modeling and optimization of biogas production from cow manure and maize straw using an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, Renewable Energy (2017)

8 - Yadvika, A., Santosh, S., Sreekrishnan, T. R., Sangeeta, K., Vineet, R., 2004. Enhancement of biogas production from solid substrates using different techniques- areview, Bioresource Technology 95: 1-10

9 - Benyahia B, Sari T, Cherki B, Harmand J. Bifurcation and stability analysis of a two steps model for monitoring anaerobic digestion processes. Journal of Process Control, 2012; 22: 1008–1019

10 - Simeonov I, Stoyanov S. Modelling and dynamic compensator control of the anaerobic digestion of organic wastes. Chem.

Biochem. Eng. Q, no 2003 ; 17 (4) : 285–292

11 - Turkdogan-Aydinol, F. I., Yetilmezsoy, K., 2010. A fuzzy-logic-based model to predict biogas and methane production rates in a pilot-scale mesophilic UASB reactor treating molasses wastewater, Journal of Hazardous Materials 182: 460–471

12 - Hamed, M. M., Khalafallah, M. G., Hassanien, E. A., 2004. Prediction of wastewater treatment plant performance using artificial neural networks, Environmental Modelling and Software 19: 919–928

13 - Traore, A., Grieu, S., Puig, S., Corominas, L., Thiery, F., Polit, M., 2005. Fuzzy control of dissolved oxygen in a sequencing batch reactor pilot plant, Chemical Engineering Journal 111: 13–19.

14 - Waewsak, C., Nopharatana, A., Chaiprasert, P., 2010. Neural-fuzzy control system application for monitoring process response and control of anaerobic hybrid reactor in wastewater treatment and biogas production, Journal of Environmental Sciences 22(12): 1883–1890.

11 الله ضیف ،. ب ، یفجن ،. ک ، دادرف– یرفعج ،. س ، یلیبدرا هداز

. م ، یراهب ،. فلا ، یدورهجس 1931

ییوراد ناهایگ دنامسپ زا زاگویب دیلوت .

تسیز طیحم و یژرنا رد رادیاپ هعسوت یرسارس شیامه نیلوا .

16 - Hu, W.C., K. Thayanithy, and C.F. Forster. 2002. A kinetic study of the anaerobic digestion of icecream wastewater. Process Biochemistry 37:965–71.

17 - Strik, D., Domnanovich, A.M., Zani, L., Braun, R., Holubar, P., 2005. Prediction of trace compounds in biogas from anaerobic digestion using the MATLAB neural network toolbox. Environ. Model. & Softw., 20, 803-810.

(6)

6

18 - Perendeci, A., Arslan, S., Tanyolaç, A., Celebi, S., 2009. Effects of phase vector and history extension on prediction power of adaptive-network based fuzzy inference system (ANFIS) model for a real scale anaerobic wastewater treatment plant operating under unsteady state, Bioresource Technology 100: 4579–4587.

(7)

7

Modeling of biogas production from Carum carvil waste

Kabir Fardad^a.*,Bahman Najafi ,Sina Feizolazadeardabili ,Mehdi Baharid , Abozar Jazarisejahrudi

a : Master student, Biosystem Mechanics Engineering, Renewable Energies, University of Mohaghegh Ardabili b:Associate Professor of Biosystem Mechanics, Renewable energy, University of Mohaghegh Ardabili c:PhD student, Biosystem Mechanics Engineering, Renewable Energies, University of Mohaghegh Ardabili d and e: Master student, Biosystem Mechanics Engineering, Renewable Energies, University of Mohaghegh Ardabili

* Corresponding author:[email protected]

Abstract

Because of the excessive use of fossil fuels and pollution caused by them, global warming and environmental pollution are the most important issues that have led many researchers to research in this field.On the other hand, the depletion of fossil fuels and the increasing demand for energy have led to a energy crisis that has led researchers to find suitable alternative fuels with less environmental impact. Renewable energy sources include solar, wind, geothermal, hydroelectric and biomass energy.Biogas is one of the sources of renewable energy that can be taken with proper management of both energy generation and environmental protection.Biogas derived from digestion of biodegradable agricultural products is an approach to turning the threat into a very suitable opportunity.In this paper, following the previous study on the production of biogas from the remaining 5medical plant include Glycyrrhiza glabra, mint, Carum carvil, lavender and burdock(deve-dikeni) in the mesophilic temperatures conditions and two pure states and C/N ratio 30 to model the production of biogas from the Carum carvil residue with The C/N ratio 30, which has the highest biogas production, has been studied.The results were compared with the Logistic mathematical model and Anfis software.

Keywords: Biogas , Anaerobic digestion , Modeling , Medical plants , Carum carvil