engleski

Mathematical model of the whey and cow manure co-digestion process

Anaerobna razgradnja (digestija) učinkovita je i ekološki prihvatljiva tehnologija oporabe energije iz biorazgradivog organskog otpada. Osnovni produkt procesa anaerobne razgradnje je bioplin, a proces se u pravilu provodi tako da se kao izvor biorazgradivog organskog otpada upotrebljavaju dva ili više različitih supstrata te u tom slučaju govorimo o kodigestiji. Uobičajeni supstrati u procesu anaerobne digestije koja se provodi u svrhu proizvodnje bioplina su poljoprivredni otpad, otpad iz stočarstva te u zadnje vrijeme možda i najzanimljiviji supstrat – biorazgradiva frakcija komunalnog otpada. U ovom radu analiziran je matematički model procesa kodigestije sirutke i goveđe gnojovke. Ovaj matematički model procesa uzima u obzir specifičan sastav supstrata koji se sastoji od ugljikohidrata, proteina i lipida. Kinetika biokemijskih procesa koji se provode tijekom hidrolize celuloze, proteina i lipida opisana je kinetičkim izrazima za reakciju prvog reda. Kinetika biotransformacija tijekom acidogeneze (fermentacije) šećera i aminokiselina, acetogeneze (anaerobne oksidacije) dugolančanih masnih kiselina, acetogeneze hlapivih masnih kiselina, metanogeneze octene kiseline i metanogeneze vodika opisana je pomoću nestrukturnog Monodovog modela, uključujući razne ihibicijske učinke. Rezultirajući matematički model procesa numerički je riješen pomoću programskog paketa Wolfram Mathematica 10.0. Rezultati simulacije matematičkog modela procesa korišteni su za predviđanje dinamičke promjene koncentracije metana u bioplinu, a metan je izabran kao mjerodavna komponenta jer ima najveći udio u sastavu bioplina dobivenom kodigestijom iz sirutke i goveđe gnojovke. Za određivanje stupnja nesigurnosti predmetnoga kompleksnoga matematičkog modela procesa korištene su metode analize osjetljivosti. Metodama analize osjetljivosti, koje mogu biti lokalne i globalne, određuje se u kolikoj mjeri neodređenost ulaznih čimbenika utječe na neodređenost izlaznih čimbenika matematičkog modela procesa. Analize osjetljivosti matematičkog modela procesa razgradnje sirutke i goveđe gnojovke pokazale su da u pravilu samo jedan kinetički parametar ima dominantan utjecaj na koncentraciju supstrata i brzinu reakcija pojedinih faza anaerobnog procesa.

anaerobic degradation ; codigestion ; mathematical modeling of processes ; local sensitivity ; global sensitivity

nije evidentirano