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मिश्रित नगर ठोस अपशिष्ट के हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन से जलीय चरण का अवायवीय पाचन

मिश्रित नगर ठोस अपशिष्ट के हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन से जलीय चरण का अवायवीय पाचन

पनबिजलीशोध पत्रअपशिष्ट प्रबंधन

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जनवरी 10th, 2022

उपयोगी उपोत्पादों के संभावित स्रोत के रूप में कचरे के विचार के साथ अक्षय ऊर्जा का बढ़ा हुआ उत्पादन, नगरपालिका ठोस अपशिष्ट (एमएसडब्ल्यू) के अधिक टिकाऊ और पर्यावरण के अनुकूल प्रबंधन का कारण बन सकता है।

 

By कामेरोन जे. एडम्स

सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग विभाग, ओल्ड डोमिनियन यूनिवर्सिटी, नॉरफ़ॉक, यूएसए

तथा बेन स्टुअर्ट

सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग विभाग, ओल्ड डोमिनियन यूनिवर्सिटी, नॉरफ़ॉक, यूएसए

तथा संदीप कुमार

बायोमास अनुसंधान प्रयोगशाला (बीआरएल), बीसीईटी ऊर्जा क्लस्टर

 

सार

 

2017 में, यूनाइटेड स्टेट्स एनवायर्नमेंटल प्रोटेक्शन एजेंसी (EPA) ने बताया कि अमेरिकियों ने 268 मिलियन टन से अधिक नगरपालिका ठोस अपशिष्ट (MSW) उत्पन्न किया। इस कचरे का बहुमत (52%) लैंडफिल में समाप्त होता है, जो मानवजनित मीथेन उत्सर्जन का तीसरा सबसे बड़ा स्रोत है। एमएसडब्ल्यू के कार्बनिक कार्बन को ईंधन में परिवर्तित करने के लिए हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन (एचटीसी) और एनारोबिक पाचन (एडी) के साथ एमएसडब्ल्यू प्रसंस्करण को एकीकृत करके अपशिष्ट प्रबंधन और ऊर्जा उत्पादन के मामले में सुधार को हल किया जा सकता है।

 

इस अध्ययन के उद्देश्य थे (ए) अलग-अलग तापमान और निवास समय पर एचटीसी प्रयोगों की जांच करना (बी) जलीय चरण और ठोस गुणों का मूल्यांकन करना, और (सी) जलीय चरण पर एक एडी बेंच-स्केल बोतल परीक्षण करना। MSW का प्रतिनिधित्व करने वाले विभिन्न फीडस्टॉक के मिश्रण का उपयोग किया गया था। एचटीसी ने 280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट पर 8.16 एमएल बायोगैस/जी टीओसी की बायोगैस पैदावार के साथ 222 ग्राम/ली का उच्चतम कुल कार्बनिक कार्बन (टीओसी) प्राप्त किया। परिणामों से पता चला कि मिश्रित MSW फीडस्टॉक से जलीय चरण का AD संभव है। एकीकृत दृष्टिकोण 58% (हाइड्रोचर और बायोगैस) की कार्बनिक कार्बन वसूली को दर्शाता है। यह अध्ययन एक विषम फीडस्टॉक (मिश्रित एमएसडब्ल्यू) के लिए अलग-अलग तापमान और समय की जांच करने के लिए अपनी तरह का पहला है, और विशेष रूप से एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण एनारोबिक बायोडिग्रेडेबिलिटी का मूल्यांकन करता है।

 

1. परिचय

 

2017 में, यूनाइटेड स्टेट्स एनवायर्नमेंटल प्रोटेक्शन एजेंसी (EPA) ने बताया कि अमेरिकियों ने 268 मिलियन टन से अधिक नगरपालिका ठोस अपशिष्ट (MSW) उत्पन्न किया; 52% (लैंडफिल्ड), 13% (भस्म किया हुआ), और 35% (पुनर्नवीनीकरण / खाद) [1]. MSW लैंडफिल मानवजनित मीथेन उत्सर्जन का तीसरा सबसे बड़ा स्रोत है जिसमें CO की तुलना में 23 गुना अधिक ग्रीनहाउस गैस ट्रैपिंग क्षमता है।2. अपशिष्ट प्रबंधन और ऊर्जा उत्पादन के मामले में सुधार को हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन (एचटीसी) और एनारोबिक पाचन (एडी) के साथ एमएसडब्ल्यू प्रसंस्करण को एकीकृत करके हल किया जा सकता है ताकि कचरे को लैंडफिल में कम किया जा सके और जैविक कार्बन और संसाधन वसूली को अधिकतम किया जा सके।

 

एचटीसी को कार्बन सामग्री को समृद्ध करने के लिए सबक्रिटिकल वाटर/हाइड्रोथर्मल माध्यम के तहत कार्बनिक फीडस्टॉक के संयुक्त निर्जलीकरण और डीकार्बोक्साइलेशन के रूप में परिभाषित किया गया है, जिससे यह बिटुमिनस ग्रेड कोयले के हीटिंग वैल्यू (24-27 एमजे/किग्रा) के बराबर हो जाता है। साहित्य एचटीसी की परिचालन स्थितियों को 180 डिग्री सेल्सियस से 320 डिग्री सेल्सियस तक विभिन्न फीडस्टॉक के आधार पर रिपोर्ट करता है जो तीन मुख्य उत्पादों और औसत उत्पाद उपज का उत्पादन करता है; हाइड्रोचर "ग्रीन कोल" (45-70%), जलीय चरण (5-25%), और गैसें जो मुख्य रूप से CO . हैं2 (2-5%) [2]. एचटीसी को गीले बायोमास (जैसे, एमएसडब्ल्यू) को कार्बन युक्त ठोस ईंधन में बदलने के लिए एक स्केलेबल तकनीक के रूप में देखा जाता है। एचटीसी एक छोटे से निवास समय में गीले फीडस्टॉक के लिए ठोस ईंधन में कार्बन निर्धारण के लिए सबसे कुशल प्रक्रियाओं में से एक के रूप में कई फायदे प्रदान करता है; हालांकि, गर्मी की वसूली और जलीय चरण (20-45% कुल कार्बनिक कार्बन (टीओसी) के साथ) रीसाइक्लिंग इसके अपशिष्ट से ऊर्जा व्यवहार्यता के लिए आवश्यक हैं।

 

पिछला अध्ययन [2,3,4,5,6ने दिखाया है कि एचटीसी जलीय चरण बाद के जैविक उपचार, जैसे एडी के लिए संशोधन योग्य हो सकता है। हाल ही में एक अध्ययन जिसमें मकई के साइलेज के एचटीसी का उपयोग किया गया था, उसके बाद जलीय चरण के AD (बिना किसी पूर्व उपचार के) ने 16.3 L CH हासिल किया।4/ किग्रा गीला ताजा पदार्थ, आगे यह साबित करता है कि जलीय चरण में उच्च बायोगैस पैदावार के लिए काफी संभावनाएं हैं [4]. एक अन्य समूह [3] फीडस्टॉक के रूप में कृषि अवशेषों का उपयोग करते हुए बैच एचटीसी प्रयोग किए; और एचटीसी के बाद परिणामी प्रक्रिया जल (जलीय चरण) के लिए बायोगैस क्षमता की गणना की। जलीय चरण के लिए, उन्होंने टीओसी (12–26 ग्राम / एल) और पीएच (3–5) की सूचना दी, इस विचार का समर्थन करते हुए कि जलीय चरण में एडी के साथ आगे के उपचार की काफी संभावनाएं हैं।

 

हालांकि, HTC MSW जलीय चरण की अवायवीय जैवअवक्रमण क्षमता पर शोध अध्ययन नहीं किया गया है [2]. एचटीसी जलीय चरण में कई रासायनिक यौगिक मौजूद होते हैं जैसे कार्बनिक अम्ल (जैसे, लैक्टिक एसिड और एसिटिक एसिड), एरोमेटिक्स और फेनोलिक यौगिक [7]. इनमें से कुछ यौगिकों को संभावित रूप से बायप्रोडक्ट के रूप में पुनर्प्राप्त किया जा सकता है या बायोगैस की पैदावार बढ़ाने के लिए पूर्व उपचार के बाद आगे संसाधित किया जा सकता है। राष्ट्रव्यापी AD सिस्टम से संचयी ऊर्जा खपत को लगभग 15 मिलियन T/J कम करने और GHG उत्सर्जन को 7.2 बिलियन टन COXNUMX कम करने का अनुमान है।2 50 से अधिक वर्षों से और MSW के इलाज के लिए उपयोग किया गया है; हालांकि, वे आर्थिक व्यवहार्यता और नुकसान के कारण अमेरिका में बड़े पैमाने पर नहीं हैं, जिसमें बायोगैस ऊर्जा उत्पादन के लिए ठोस प्रतिधारण समय के हफ्तों से महीनों तक शामिल हैं [8].

 

टिकाऊ अपशिष्ट प्रबंधन के लिए जटिल अपशिष्ट धाराओं पर कम अध्ययन किए गए हैं, लेकिन एचटीसी एमएसडब्ल्यू फीडस्टॉक्स के उपचार के लिए एक अभिनव तरीका प्रदान करता है जिसमें उच्च नमी और उच्च कार्बन सामग्री होती है। बर्ज एट अल। एचटीसी ने एमएसडब्ल्यू की जांच की क्योंकि एचटीसी को एक स्थायी अपशिष्ट प्रबंधन तकनीक के रूप में मूल्यांकन करने के लिए इन जटिल अपशिष्ट धाराओं के कार्बोनाइजेशन की खोज में बहुत कम काम किया गया है। उनके अध्ययन का उद्देश्य हाइड्रोथर्मली कार्बोनाइजिंग मॉडल नगरपालिका अपशिष्ट धाराओं की व्यवहार्यता का निर्धारण करना था, विशेष रूप से वे जो आमतौर पर लैंडफिल में जाते थे। उनके उद्देश्यों में प्रतिनिधि नगरपालिका अपशिष्ट धाराओं के कार्बोनाइजेशन से जुड़े पर्यावरणीय प्रभावों का मूल्यांकन करना, हाइड्रोचर के गुणों का मूल्यांकन करना और प्रत्येक अपशिष्ट धारा से जुड़े कार्बोनाइजेशन ऊर्जावान का निर्धारण करना शामिल था। एक प्रमुख खोज यह थी कि मिश्रित MSW फीडस्टॉक के HTC के बाद प्रारंभिक कार्बन का 20-37% जलीय चरण में स्थानांतरित किया गया था, जिसे ऊर्जा के लिए पुनर्प्राप्त किया जा सकता है; हालांकि, उनके अध्ययन में, कार्बोनाइजेशन प्रयोगों को अनुकूलित नहीं किया गया था, और जलीय चरण का पाचन क्षमता के लिए परीक्षण नहीं किया गया था [2].

 

पारंपरिक अपशिष्ट प्रबंधन विधियों पर एचटीसी का उपयोग करने के लाभों में फीडस्टॉक का कोई आवश्यक पृथक्करण नहीं है, गीले फीडस्टॉक्स को बिना सुखाए इस्तेमाल किया जा सकता है, और अन्य थर्मल उपचार जैसे कि भस्मीकरण और पायरोलिसिस की तुलना में कम तापमान और कम ऊर्जा का उपयोग किया जा सकता है। जलीय चरण का AD निवास समय पारंपरिक ठोस (MSW ऑर्गेनिक्स) पाचन की तुलना में तेज़ दिखाया गया है [9]. ठोस अपशिष्ट प्रबंधन और अपशिष्ट से ऊर्जा की दृष्टि से इस शोध का महत्व सामयिक है। वाणिज्यिक पैमाने पर एचटीसी दुनिया में तीन बड़े पैमाने पर परिचालन संयंत्रों के साथ एक उभरता हुआ उद्योग है; टिकाऊ अपशिष्ट प्रबंधन प्रथाओं के लिए एचटीसी को बढ़ाने के मामले में जलीय चरण का प्रबंधन एक महत्वपूर्ण कारक है [10]. यदि MSW का उपयोग करने वाली यह प्रस्तावित एकीकृत (HTC + AD) प्रक्रिया तकनीकी-आर्थिक रूप से व्यवहार्य साबित होती है, तो यह पारंपरिक भस्मीकरण और लैंडफिलिंग जैसे वायु प्रदूषण, भूजल जल प्रदूषण और सीमित लैंडफिल से जुड़े कई पर्यावरणीय मुद्दों को कम करने के मामले में महत्वपूर्ण हो सकती है। स्थान।

 

एचटीसी के मिश्रित एमएसडब्ल्यू के बाद उत्पाद संरचना को विशेष रूप से समझने के लिए, और एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण बायोडिग्रेडेबिलिटी बर्ज एट अल द्वारा किए गए कुछ कार्यों पर निर्माण करते समय, इस विशेष अध्ययन का उद्देश्य (ए) विभिन्न तापमानों पर कार्बोनाइजेशन प्रयोगों की जांच करना था (250) , 280, 310 डिग्री सेल्सियस) और निवास समय (10 मिनट, 1 घंटे, 6 घंटे) (बी) जलीय चरण और हाइड्रोचर गुणों का मूल्यांकन (सी) बायोगैस पैदावार पर प्रयोगात्मक डेटा उत्पन्न करने के लिए जलीय चरण पर एडी बेंच-स्केल बोतल परीक्षण करते हैं। बायोडिग्रेडेबिलिटी को समझने के लिए (चित्र 1)। एक सजातीय बायोमास फीडस्टॉक (जैसे, घास, जंगल, खाद्य पदार्थ) के हाइड्रोथर्मल उपचार पर कई अध्ययन हैं और एचटीसी और एडी के संयोजन के कुछ अध्ययन हैं [3,4,9,11,12,13]. यह अध्ययन एक मिश्रित फीडस्टॉक जैसे मॉडल मिश्रित एमएसडब्ल्यू के लिए अलग-अलग तापमान और समय की जांच करने के लिए अपनी तरह का पहला अध्ययन है जो आम तौर पर लैंडफिल में जाता है, और एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण एनारोबिक बायोडिग्रेडेबिलिटी का मूल्यांकन करता है।

 

चित्रा 1: समग्र प्रक्रिया प्रवाह का योजनाबद्ध आरेख।

 

समग्र प्रक्रिया प्रवाह का योजनाबद्ध आरेख।

 

2। सामग्री और तरीके

 

2.1. फीडस्टॉक

 

ज्ञात संरचना (कागज, प्लास्टिक, धातु, कांच, भोजन) का मिश्रण जो कचरे का प्रतिनिधित्व करता है जो आमतौर पर लैंडफिल में जाता है, एचटीसी फीडस्टॉक (wt.% आधार) के लिए बनाया गया था। मिश्रित MSW को निम्नलिखित सामग्रियों का उपयोग करके सिम्युलेटेड किया गया था, और 20 wt.% की ठोस सांद्रता प्राप्त करने के लिए मिश्रण में विआयनीकृत पानी (DI) मिलाया गया था; 45.5% कागज (कटा हुआ त्याग दिया कार्यालय कागज), 9.6% कांच (कुचल कांच की बोतलें), 16.4% प्लास्टिक (कटी हुई प्लास्टिक की बोतलें), 17.6% भोजन (खरगोश भोजन छर्रों), 10.9% धातु (कटे हुए एल्यूमीनियम के डिब्बे) [2].

 

2.2. हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन प्रयोग

 

मिश्रित MSW फीडस्टॉक का HTC 500 mL उच्च दबाव बैच रिएक्टर (PARR 4570 श्रृंखला) का उपयोग करके आयोजित किया गया था। साहित्य एचटीसी की स्थिति 180-320 डिग्री सेल्सियस और निवास समय 5 मिनट -12 घंटे से लेकर रिपोर्ट करता है [14]. निम्न प्रक्रिया स्थितियों (250, 280, 310 डिग्री सेल्सियस) और (10 मिनट, 1 घंटे और 6 घंटे) को निम्न (250 डिग्री सेल्सियस) और उच्च श्रेणी (310 डिग्री सेल्सियस) एचटीसी तापमान के आधार पर चुना गया था, जिसमें एक छोटा, मध्य और लंबी अवधि के निवास समय, HTC MSW अंत उत्पादों और कार्बन वितरण की तुलना करने के लिए।

 

मिश्रित MSW सिमुलेशन फीडस्टॉक बनाए जाने के बाद और 20 wt.% ठोस के लिए DI पानी जोड़ा गया, प्रयोग 250, 280, 310 ° C पर 10 मिनट, 1 घंटे और 6 घंटे के लिए तीन प्रतियों में चलाया गया। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 310 डिग्री सेल्सियस केवल 10 मिनट और 1 घंटे के लिए चलाया गया था। इस प्रक्रिया में एक हीटिंग चरण, प्रतिक्रिया चरण (जब उप-महत्वपूर्ण स्थितियां और वांछित तापमान मिले थे), और शीतलन चरण शामिल थे। ऑटोजेनस दबाव की स्थिति में वांछित तापमान और समय बनाए रखने के बाद, रिएक्टर को एक कूलिंग कॉइल के माध्यम से पानी का उपयोग करके परिवेशी परिस्थितियों में तेजी से ठंडा किया गया। प्रतिक्रिया होने के बाद, परिणामी मिश्रण को बीकर में रखा गया और जलीय चरण का पीएच मापा गया। उत्पाद मिश्रण वैक्यूम फ़िल्टर किया गया था (1.5 माइक्रोन, व्हाटमैन 47 मिमी ग्लास माइक्रोफाइबर फिल्टर)। इसके बाद, नमी को दूर करने के लिए ठोस को 105 घंटे के लिए 24 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखा गया और जलीय चरण को मापा गया और आगे के विश्लेषण के लिए फ्रीजर (4 डिग्री सेल्सियस) में संग्रहीत किया गया।

 

2.3. एनोरोबिक डाइजेशन

 

तरीके और परीक्षण उपकरण

 

AD को एक बैच बोतल परीक्षण का उपयोग करके किया गया था और बायोगैस की पैदावार को पानी के विस्थापन का उपयोग करके मापा गया था। ग्रैजुएट किए गए सिलेंडरों को पानी से भरे 45 लीटर डिब्बे (स्टरलाइट) में उलट दिया गया और उत्पादित बायोगैस के एमएल में प्रतिदिन गैस उत्पादन की निगरानी की गई। विश्लेषण के लिए निम्नलिखित पांच एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरणों का उपयोग किया गया था; 250 डिग्री सेल्सियस (10 मिनट, 1 घंटे), 280 डिग्री सेल्सियस (10 मिनट, 1 घंटे), 310 डिग्री सेल्सियस (1 घंटे); प्रत्येक शर्त तीन प्रतियों में की गई थी। AD के लिए, औसतन 1 ग्राम रासायनिक ऑक्सीजन मांग (सीओडी) (~ 0.3 ग्राम टीओसी) को बोतलों में और 400 एमएल इनोकुलम में जोड़ा गया था। इनोकुलम (TS = 4.5%, VS = 77%) हैम्पटन रोड्स सेनिटेशन डिस्ट्रिक्ट (HRSD) अटलांटिक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र (वर्जीनिया बीच, VA, यूएसए) में एनारोबिक डाइजेस्टर से प्राप्त किया गया था। समान हेडस्पेस सुनिश्चित करने के लिए 450 mL लाइन में DI पानी जोड़ा गया।

 

हेडस्पेस में अवायवीय स्थिति सुनिश्चित करने के लिए बोतलों को 1 मिनट के लिए नाइट्रोजन से शुद्ध किया गया था और गैस माप के लिए इनलेट्स के साथ डिज़ाइन किए गए रबर कैप से तुरंत सील कर दिया गया था। एक-आठवीं इंच की प्लास्टिक ट्यूब (एक्वा कल्चर स्टैंडर्ड एयरलाइन ट्यूबिंग) को इनलेट्स पर रखा गया था और ट्यूबों को बोतल से पानी से भरे टब में उल्टे स्नातक सिलेंडर में जोड़ा गया था। 15 दिनों के लिए, पाचन की बोतलों को 76 डिग्री सेल्सियस (मेसोफिलिक स्थितियों को बनाए रखने के लिए) और मिश्रण के लिए 37 आरपीएम पर गर्म पानी के स्नान शेकर (न्यू ब्रंसविक साइंटिफिक जी-40डी) में रखा गया था। बायोगैस की प्रतिदिन निगरानी की गई और उत्पादित बायोगैस के एमएल में दर्ज किया गया। जल वाष्प, सामान्य परिस्थितियों (0 डिग्री सेल्सियस और 1 एटीएम) के लिए गैस की मात्रा को सही किया गया था, और नियंत्रण के रूप में इनोकुलम से गैस की उपज को घटाकर मापा गया था। TCD/FID डिटेक्टरों से लैस गैस क्रोमैटोग्राफी (SRI 8610C) का उपयोग मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति की निगरानी के लिए किया गया था।

 

2.4. विश्लेषणात्मक तरीकों

 

2.4.1. हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन और उत्पाद: ठोस और गैसें

 

सभी ठोस (HTC MSW प्रारंभिक सामग्री और हाइड्रोचर) का परीक्षण क्रमशः ASTM E1756-08, EPA विधि 1684, ASTM E1755-01 में वर्णित कुल ठोस, वाष्पशील ठोस और राख के लिए किया गया था। 1112-बीआईएस (2,5-टर्ट-ब्यूटिलबेन्ज़ोक्साज़ोल-5-वाईएल) थियोफीन (बीबीओटी) मानक (प्रमाणित संख्या 2-202147/10/03, थर्मोफिशर साइंटिफिक, कैम्ब्रिज, के साथ मौलिक विश्लेषण (थर्मो फिनिगन फ्लैश ईए 2015 मौलिक विश्लेषक) यूके) सामग्री और एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर शुरू करने के लिए तीन प्रतियों में किया गया था। संशोधित डुलोंग समीकरण का उपयोग करके ठोस wt.% उपज और उच्च ताप मान (HHV) [15], HTC MSW हाइड्रोचर के लिए परिकलित किया गया था। हाइड्रोचर के ईंधन गुणों का मूल्यांकन करने के लिए ASTM D50-7582 मानकों का पालन करते हुए TGA-15H (Shimadzu Corporation) का उपयोग करके हाइड्रोचर का थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (TGA) किया गया था।

 

TGA से बर्निंग प्रोफाइल का उपयोग कोयले के वर्गों (जैसे, लिग्नाइट, बिटुमिनस) का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है; इस प्रकार, 10 मिनट हाइड्रोचर पर 280 डिग्री सेल्सियस के 10 मिलीग्राम का उपयोग करके जलती हुई प्रोफ़ाइल का मूल्यांकन किया गया था। संपीड़ित हवा का उपयोग 50 एमएल/मिनट पर 25 डिग्री सेल्सियस से 750 डिग्री सेल्सियस तक 12.5 मिनट के लिए 60 डिग्री सेल्सियस/मिनट पर तापमान के साथ किया गया था और 750 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट के लिए आयोजित किया गया था। एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर के सतह क्षेत्र को निर्धारित करने के लिए नोवा 2200e सतह क्षेत्र और ताकना आकार विश्लेषक (क्वांटाक्रोम इंस्ट्रूमेंट्स) का उपयोग करके ब्रूनौर, एम्मेट और टेलर (बीईटी) विश्लेषण किया गया था; 0.2 ग्राम नमूना 4 घंटे के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पर नष्ट कर दिया गया था। हीलियम के साथ एक बैकफिल के बाद, विघटित नमूने का द्रव्यमान दर्ज किया गया था। नमूना युक्त नमूना सेल को विश्लेषण अवधि के दौरान −196 डिग्री सेल्सियस पर तरल नाइट्रोजन में स्नान किया गया था। नमूने के बहु-बिंदु बीटा सतह क्षेत्र को तब मापा गया था। HTC MSW गैस-चरण पैदावार की गणना ठोस और जलीय चरण पैदावार के अंतर का उपयोग करके की गई थी।

 

2.4.2. जलीय चरण

 

HTC MSW जलीय चरण का विश्लेषण क्रमशः ASTM E1756-08, EPA विधि 1684, ASTM E1755-01 में वर्णित कुल ठोस, वाष्पशील ठोस और राख के लिए किया गया था। उनका परीक्षण टीओसी और टीएन (कुल कार्बनिक कार्बन/कुल नाइट्रोजन (टीओसी/टीएन) विश्लेषक टीओसी-वीसीएसएन, शिमदज़ू एक एएसआई-वी ऑटोसैंपलर से लैस), सीओडी (एचएसीएच सीओडी 20–1500 मिलीग्राम/ली) पाचन ट्यूबों का उपयोग करने के लिए भी किया गया था। HACH DR/890 Colorimeter, और pH (फिशरब्रांड pH पेपर)। चीनी और कार्बनिक अम्लों को थर्मो साइंटिफिक डायोनेक्स अल्टीमेट 3000 एचपीएलसी द्वारा एमिनेक्स एचपीएक्स-87पी कॉलम (शर्करा), और एमिनेक्स एचपीएक्स-87एच कॉलम (ऑर्गेनिक एसिड), और रेफ्रैक्टोमैक्स 521 आरआई (अपवर्तक सूचकांक) डिटेक्टर से मापा गया। सभी विश्लेषण तीन प्रतियों में किए गए थे।

 

3। परिणाम और चर्चा

 

3.1. हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन और कार्बन वितरण

 

मिश्रित MSW फीडस्टॉक के लिए अलग-अलग तापमान और समय के प्रभावों की जांच करने के लिए एचटीसी को तीन अलग-अलग तापमानों (250, 280, 310 डिग्री सेल्सियस) और तीन निवास समय (10 मिनट, 1 घंटे, 6 घंटे) पर किया गया था। इन तापमानों को निम्न, मध्यम और उच्च श्रेणी के तापमान के रूप में चुना गया था। हालांकि निवास का समय अलग-अलग होता है, लेकिन समय को छोटे से लंबे निवास समय का प्रतिनिधित्व करने के लिए चुना गया था। किसी भी समय 6 घंटे से अधिक की ऊर्जा खपत में वृद्धि के कारण इनकार किया गया था; एचटीसी 310 डिग्री सेल्सियस पर 6 घंटे के निवास समय के लिए इस उच्च तापमान सीमा के कारण प्रदर्शन नहीं किया गया था। एक पिछला अध्ययन (160 घंटे के लिए 250 डिग्री सेल्सियस पर 20 एमएल रिएक्टर का उपयोग करके) इस मिश्रित एमएसडब्ल्यू फीडस्टॉक के लिए किया गया था; हालांकि, अलग-अलग तापमान और समय की जांच या अनुकूलन नहीं किया गया था क्योंकि यह उनके शोध का फोकस नहीं था [2].

 

प्रयोगों के इस सेट के लिए, द्रव्यमान संतुलन से पता चलता है कि 22-48% कार्बन ठोस चरण (हाइड्रोचर) में, 33-45% जलीय चरण में और 15-44% गैस चरण में बना रहा (चित्र 2)। गैस चरण की गणना जलीय और ठोस चरणों के घटाव से की गई थी। साहित्य रिपोर्ट करता है कि एचटीसी गैस चरण की मुख्य संरचना कार्बन डाइऑक्साइड और सीओ, सीएच . की ट्रेस मात्रा है4, और वह2 गैसें [16]. एचटीसी पर कई अध्ययनों में यह कहा जाना चाहिए कि विशेष रूप से हाइड्रोचर सामग्री के साथ प्रत्यक्ष तुलना करना मुश्किल है क्योंकि सभी एचटीसी कारक (तापमान, समय, दबाव, रिएक्टर डिजाइन, एकाग्रता) सभी कार्बोनाइजेशन को प्रभावित करते हैं। 280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट की स्थिति में जलीय चरण (45%) में उच्चतम कार्बन प्रतिशत प्राप्त हुआ। तापमान को 30 डिग्री सेल्सियस से 250 डिग्री सेल्सियस बढ़ाकर, निवास का समय 6 घंटे से घटाकर 10 मिनट कर दिया गया, जिससे जलीय चरण में अधिक कार्बन, कम गैस, और लंबे समय तक रहने वाले ठोस प्रतिशत का उत्पादन हुआ (चित्र 2)।

 

चित्रा 2: एचटीसी के बाद कार्बन का वितरण। मान तीन प्रतियों के विश्लेषण का औसत हैं। त्रुटि सलाखें मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करतीं हैं।

 

एचटीसी के बाद कार्बन का वितरण। मान तीन प्रतियों के विश्लेषण के औसत हैं। त्रुटि सलाखें मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करतीं हैं।

 

3.2. जलीय चरण संरचना

 

HTC MSW जलीय चरण कार्बन प्रतिशत पैदावार पिछले साहित्य के साथ संरेखित 34-45% से लेकर [3,4]. 280 मिनट पर 10 डिग्री सेल्सियस की स्थिति ने 8.16 ग्राम/ली पर उच्चतम टीओसी प्राप्त किया, अन्य 6-7 ग्राम/ली (चित्रा 3) से लेकर। साहित्य एचटीसी के जलीय चरण की रिपोर्ट 5-20 ग्राम/लीटर से लेकर [3]. इसी तरह का एक अध्ययन बर्ज एट अल द्वारा किया गया। एक समान फीडस्टॉक का उपयोग करके 20 ग्राम/ली के जलीय चरण टीओसी और 60 ग्राम/ली के सीओडी की सूचना दी। यह प्रतिक्रिया 160 डिग्री सेल्सियस पर लंबे समय (20 घंटे) के लिए बहुत छोटे रिएक्टर (250 एमएल) में हुई, जो कि 500 ​​एमएल रिएक्टर के साथ किए गए लोगों की तुलना में उच्च जलीय चरण टीओसी और सीओडी पैदावार का कारण हो सकता है। ये अध्ययन। तापमान बढ़ने के साथ टीओसी में कमी आई है। इसके लिए एक स्पष्टीकरण यह है कि पानी में घुलनशील जीव गैस और तेल/चार के निर्माण में मध्यवर्ती होते हैं; गैसीय यौगिकों का एक उच्च प्रतिशत लंबे कार्बोनाइजेशन का परिणाम है जैसा कि 6 घंटे पर प्रतिक्रियाओं के साथ देखा जा सकता है [17]. सीओडी मूल्यों ने टीओसी की तुलना में अधिक मात्रा में उत्पादन किया, जो जलीय चरण में अकार्बनिकों की उपस्थिति को दर्शाता है [9].

 

चित्रा 3: HTC MSW जलीय चरण COD और TOC। त्रुटि सलाखें मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करतीं हैं।

 

HTC MSW जलीय चरण COD और TOC। त्रुटि सलाखें मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करतीं हैं।

 

HTC MSW जलीय चरण में कई कार्बनिक अम्ल (जैसे, लैक्टिक और एसिटिक) और शर्करा का पता चला था। शर्करा और कार्बनिक अम्लों की उपस्थिति मुख्य रूप से सेल्यूलोज और हेमिकेलुलोज के हाइड्रोलिसिस और उनके क्षरण उत्पादों जैसे कि फरफुरल और हाइड्रोक्सीमिथाइलफुरफुरल (एचएमएफ) के कारण होती है।7,9]. एचटीसी जलीय चरण एक बहुत ही जटिल मिश्रण है जिसमें कई अलग-अलग यौगिक शामिल हैं जैसा कि साहित्य में बताया गया है [7]. HTC MSW जलीय चरण के विश्लेषण से पता चला कि प्रमुख कार्बनिक यौगिक एसिटिक एसिड और लैक्टिक एसिड (तालिका 1) थे। प्रमुख शर्करा में मैनोज़ और ज़ाइलोज़ शामिल थे। अन्य यौगिकों में, फॉर्मिक एसिड, एचएमएफ और फुरफुरल की मात्रा का पता लगाया गया था। 280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट की स्थिति में 13.3 ग्राम/लीटर लैक्टिक एसिड निकला, जिसमें ठीक होने की क्षमता है। कार्बनिक अम्लों की उपस्थिति के कारण सभी जलीय चरण के नमूनों का पीएच 3-4 से लेकर है। इसी तरह के एक अध्ययन में एसिटिक एसिड सहित एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण में मौजूद यौगिकों के लिए केवल गुणात्मक डेटा की सूचना दी गई थी जिसे इस अध्ययन में निर्धारित किया गया था [2]. इसी अध्ययन में, फिनोल की भी पहचान की गई थी, और आमतौर पर एनारोबिक बायोडिग्रेडेबिलिटी में बाधा के रूप में रिपोर्ट की जाती है।

 

टेबल 1: एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण में प्रमुख यौगिक।

 

एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण में प्रमुख यौगिक।

 

HTC MSW जलीय चरण के लिए मुख्य TOC योगदान को कागज, भोजन और प्लास्टिक जैसे फीडस्टॉक में कार्बनिक घटकों के कार्बोनाइजेशन के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। कटा हुआ कार्यालय का कागज 45% योगदान देता है, कुल एचटीसी फीडस्टॉक वजन का लगभग आधा, और इसके अलावा, लैंडफिल में छोड़ी गई मुख्य सामग्री (कागज) है। एचटीसी को बेकार कागज पर आयोजित करने और 200 घंटे के लिए 16 डिग्री सेल्सियस की प्रक्रिया की स्थिति के साथ बाद की प्रक्रिया पानी के पुनर्चक्रण ने जलीय चरण टीओसी और सीओडी को क्रमशः 9.15 ग्राम / एल और 24.8 ग्राम / एल के रूप में रिपोर्ट किया [18]. 280 मिनट जलीय चरण टीओसी और सीओडी के लिए 10 डिग्री सेल्सियस पर इस प्रयोग के परिणाम क्रमशः 8.16 ग्राम/ली और 25.48 ग्राम/ली हैं (चित्र 3)। उन्होंने लैक्टिक एसिड को सबसे प्रचुर मात्रा में पहचाने जाने वाले कार्बनिक अम्ल के रूप में भी पहचाना, जो कि HTC MSW प्रयोगों के लिए इस प्रयोगात्मक डेटा के मामले में भी है। हालांकि प्रतिक्रिया की स्थिति अध्ययन के बीच भिन्न होती है, ये समानताएं एचटीसी जलीय चरण संरचना पर कागज के प्रभाव पर अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती हैं।

 

3.3. HTC MSW जलीय चरण का अवायवीय पाचन

 

पांच एचटीसी स्थितियों से बरामद जलीय चरणों का परीक्षण एडी प्रक्रिया का उपयोग करके इसकी बायोडिग्रेडेबिलिटी की जांच के लिए किया गया था। तालिका 2 कुल बायोगैस उत्पादन और टीओसी और सीओडी के प्रति ग्राम उत्पादित बायोगैस के एमएल को दर्शाती है। बायोगैस का उत्पादन 48-327 एमएल बायोगैस/जी टीओसी से होता है।

 

टेबल 2: एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण का बायोगैस उत्पादन और साहित्य से तुलना।

 

एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण का बायोगैस उत्पादन और साहित्य से तुलना।

 

इन AD बैच परीक्षण के लिए, बायोगैस को CH . के संयोजन के रूप में निर्धारित किया गया था4 और सह2. 15 दिनों के प्रतिधारण समय का उपयोग किया गया था क्योंकि जलीय चरण को पारंपरिक ठोस सब्सट्रेट की तुलना में हफ्तों से महीनों के निवास समय की तुलना में कम समय की आवश्यकता होती है।

 

280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट की स्थिति को जलीय चरण में इसकी उच्चतम टीओसी उपज, मध्य तापमान और 10 मिनट के सबसे कम निवास समय के कारण प्रयोगों के इन सेटों में सबसे आदर्श स्थिति के रूप में उजागर किया गया था। चित्र 4 इस स्थिति में प्रयुक्त टीओसी की मात्रा और 0.1 मिनट के लिए 0.5 डिग्री सेल्सियस पर दो टीओसी सांद्रता (280 ग्राम और 10 ग्राम) के संचयी गैस उत्पादन को बदलते हुए प्रयोगों के दो सेट दिखाता है। टीओसी की मात्रा बढ़ाने से बायोगैस की उपज में वृद्धि देखी गई। साहित्य आसानी से उपलब्ध कार्बनिक पदार्थों के कारण पहले 7 दिनों में दैनिक बायोगैस उत्पादन में तेजी से वृद्धि की रिपोर्ट करता है, जो कि प्रयोगों के इस सेट में भी देखा गया था [9]. फिनोल एडी प्रदर्शन के लिए जाने-माने निरोधात्मक यौगिक हैं। साहित्य रिपोर्ट करता है कि 500 ​​मिलीग्राम / एल से कम फिनोल सांद्रता के साथ, सबस्ट्रेट्स को मीथेन में किण्वित किया गया था।

 

800-1200 मिलीग्राम / एल से लेकर फिनोल सांद्रता, पाचन न तो बढ़ाया और न ही बाधित किया गया था, लेकिन 2000 मिलीग्राम / एल से अधिक फिनोल सांद्रता के साथ, अवरोध हुआ [19]. एडी के लिए किसी भी संभावित फिनोल निषेध को रद्द करने के लिए, कुल फिनोलिक्स का परीक्षण 280 डिग्री सेल्सियस के लिए 10 मिनट की स्थिति के लिए किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप 16.1 मिलीग्राम / एल जो कि एडी के लिए फिनोल निषेध के रिपोर्ट किए गए मूल्यों से काफी नीचे है।

 

चित्रा 4: 280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट (0.1 ग्राम और 0.5 ग्राम टीओसी) के लिए संचयी बायोगैस उत्पादन।

 

280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट (0.1 ग्राम और 0.5 ग्राम टीओसी) के लिए संचयी बायोगैस उत्पादन।

 

AD परीक्षण के लिए औसतन 1 g COD का उपयोग किया गया। बायोकेमिकल मीथेन क्षमता (बीएमपी) एनारोबिक बायोडिग्रेडेबिलिटी के दौरान एक कार्बनिक सब्सट्रेट के मीथेन उत्पादन को निर्धारित करने की एक प्रक्रिया है। बीएमपीसीओडी सैद्धांतिक गणना 1 एल सीएच उत्पादन करने वाले 0.35 जी सीओडी के रूपांतरण के आधार पर की जाती है4 सामान्य तापमान और दबाव पर, एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण की बायोडिग्रेडेबिलिटी की भावना प्राप्त करने के लिए। सैद्धांतिक रूप से, 1 ग्राम सीओडी 464 एमएल बायोगैस का उत्पादन कर सकता है, यह मानते हुए कि 60% बायोगैस मिश्रण सीएच है4 [20]. साहित्य बैच प्रयोगों के साथ प्रयोग किए गए एचटीसी अपशिष्ट जल के 1.9-22.8 एमएल/एमएल की बायोगैस पैदावार की रिपोर्ट करता है [5]. अन्य अध्ययनों ने 500 एमएल बायोगैस / जी टीओसी, और 600 एमएल सीएच के सीवेज कीचड़ प्रक्रिया पानी के लिए बायोगैस पैदावार दिखाई है।4/जी टीओसी मकई सिलेज एचटीसी अपशिष्ट जल का उपयोग कर [21].

 

यह सर्वविदित है कि AD में हाइड्रोलिसिस, एसिडोजेनेसिस, एसीटोजेनेसिस और मेथनोजेनेसिस की जटिल प्रक्रियाएं शामिल हैं। मेथनोजेनेसिस ऊर्जा देने वाला चरण है, या वह चरण जो ऊर्जा देने वाले उत्पाद (सीएच .)4 और सह2) उत्पादित किए जाते हैं। HTC MSW जलीय चरण का एक प्रमुख कार्बनिक घटक 8.7-13.7 g/L से लेकर लैक्टिक एसिड था। एक अध्ययन किया गया जिसमें रसोई के कचरे के AD पर लैक्टिक एसिड के प्रभाव की जांच की गई, क्योंकि AD के दौरान लैक्टिक एसिड रसोई के कचरे का मुख्य किण्वन उत्पाद है। उनके अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि लैक्टिक एसिड का मेथनोजेनेसिस के प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव पड़ा क्योंकि ईस्वी सन् के दौरान कम बायोगैस उत्पादकता दर देखी गई थी [22].

 

280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट की स्थिति मुख्य रूप से सबसे कम निवास समय में उच्चतम टीओसी उपज के कारण इन प्रयोगों का फोकस थी। हालांकि इस स्थिति ने उच्चतम टीओसी का उत्पादन किया, 250 डिग्री सेल्सियस की स्थिति ने टीओसी (327.4 एमएल बायोगैस/जी टीओसी) के प्रति ग्राम उच्चतम बायोगैस उपज का उत्पादन किया। पहले उल्लेख किए गए अध्ययन के आधार पर, लैक्टिक एसिड ऊर्जा उत्पादन चरण मेथनोजेनेसिस में बायोगैस के उत्पादन को प्रभावित कर सकता है। पुनर्प्राप्ति की क्षमता और/या बायोगैस की पैदावार में सुधार के लिए लैक्टिक एसिड के प्रभावों की निगरानी की जा सकती है। मूल मिश्रित MSW फीडस्टॉक में कागज का वजन प्रतिशत लगभग आधा था।

 

अपशिष्ट कागज के एचटीसी पर एक अध्ययन ने जलीय चरण पर बीएमपी का प्रदर्शन किया और बायोगैस की पैदावार 730 एमएल बायोगैस / ग्राम कार्बनिक शुष्क पदार्थ (ओडीएम) थी; उन्होंने आसानी से उपलब्ध कार्बनिक अम्लों के कारण पहले कई दिनों में तेजी से बायोडिग्रेडेबिलिटी की प्रवृत्ति को भी नोट किया [18]. पीएच, तापमान और एकाग्रता के साथ, कार्बन से नाइट्रोजन (सी/एन) अनुपात समग्र एडी कार्यक्षमता और बायोगैस उत्पादन में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। 200 मिलीग्राम/लीटर से कम अमोनिया सांद्रता की साहित्य रिपोर्ट AD प्रक्रिया के लिए फायदेमंद है क्योंकि नाइट्रोजन अवायवीय सूक्ष्मजीवों के लिए आवश्यक है [23]. बायोगैस की पैदावार सी/एन अनुपात पर अत्यधिक निर्भर होती है और इष्टतम श्रेणियों को 20-30 के रूप में सूचित किया जाता है [24]. तालिका 2 प्रयोगों के इस सेट के लिए उपयोग किए जाने वाले HTC MSW जलीय चरणों के C/N अनुपात की भी रिपोर्ट करती है। 250 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट की स्थिति में उच्चतम एमएल बायोगैस/जी टीओसी प्राप्त हुआ और बाद में 40 का न्यूनतम सी/एन अनुपात था - परीक्षण की गई अन्य सभी स्थितियों का सबसे कम सी/एन अनुपात। अन्य सभी सी/एन अनुपात निचले साठ के दशक में थे जो निम्न बायोडिग्रेडेबिलिटी की व्याख्या कर सकते थे।

 

आज तक और सबसे अच्छी जानकारी के लिए, मिश्रित MSW फीडस्टॉक के HTC जलीय चरण का परीक्षण करने के लिए कोई अन्य अध्ययन नहीं किया गया है, जो कि इन बैच परीक्षण का महत्व है, यह दिखाने के लिए कि यह संभव है और किया जा सकता है। ये प्रयोग इस अवधारणा का प्रमाण हैं कि एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण में आसानी से उपलब्ध टीओसी बायोगैस उत्पादन के लिए एक व्यवहार्य सब्सट्रेट हो सकता है। आगे के अध्ययनों में उच्च टीओसी सांद्रता, लैक्टिक एसिड रिकवरी, और बायोगैस उत्पादन को बढ़ाने और अधिकतम करने के लिए सह-सब्सट्रेट के संभावित जोड़ का उपयोग करके जांच करनी चाहिए। समग्र बायोगैस पैदावार बढ़ाने और एडी प्रणाली में सुधार के लिए नाइट्रोजन की वृद्धि और सी/एन अनुपात में सुधार आवश्यक है।

 

3.4. ठोस चरण संरचना

 

हाइड्रोचर की पैदावार 35-56% (तालिका 3) से होती है। इसी तरह के फीडस्टॉक का उपयोग करने वाले अध्ययन में उपज 29-63% के बीच है [2]. बड़ी पैदावार कांच और धातु जैसे असंशोधित यौगिकों के कारण होती है। चार प्रकार की सामग्री मुख्य रूप से कागज, भोजन और प्लास्टिक के कार्बोनाइजेशन के परिणामस्वरूप हुई। सबसे कम हाइड्रोचर यील्ड 280 घंटे के लिए 6 डिग्री सेल्सियस और 250 मिनट के लिए 10 डिग्री सेल्सियस पर उच्चतम स्थिति से प्राप्त हुई। 250 मिनट के लिए 10 डिग्री सेल्सियस के निचले तापमान पर, कागज अभी भी कटे हुए कागज के मूल फीडस्टॉक के रूप में था, यह दर्शाता है कि इस तापमान के लिए, 10 मिनट फीडस्टॉक को हाइड्रोचर में पूरी तरह से कार्बोनेट करने के लिए पर्याप्त समय नहीं था।

 

टेबल 3: प्रारंभिक फीडस्टॉक और उत्पादित एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर के लक्षण।

 

प्रारंभिक फीडस्टॉक और उत्पादित एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर के लक्षण।

 

हाइड्रोचर की मौलिक संरचना तालिका 3 में प्रस्तुत की गई है। मिश्रित एमएसडब्ल्यू फीडस्टॉक के एचटीसी के परिणामस्वरूप एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर कम ऑक्सीजन और राख के साथ कार्बन का उच्च प्रतिशत है। मूल फीडस्टॉक (कागज, प्लास्टिक, भोजन) से, एचएचवी में 40% की वृद्धि हुई थी। राख का मान 4.8-21.7% के बीच था, जो निवास के समय और तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ रहा था। 21.7% का उच्चतम राख मूल्य 310 घंटे के लिए 1 डिग्री सेल्सियस की प्रतिक्रिया स्थिति के परिणामस्वरूप हुआ। उच्च ताप मूल्यों की गणना एक संशोधित डुलोंग के समीकरण का उपयोग करके की गई थी [15] 19-25 (MJ/kg) के मान के साथ, जो निचली श्रेणी के कोयले (जैसे, लिग्नाइट और सब-बिटुमिनस) के HHV से तुलना करता है।

 

अन्य अध्ययनों में, एचटीसी हाइड्रोचर रुझानों से पता चला है कि जैसे-जैसे प्रतिक्रिया तापमान बढ़ता है, ऊर्जा की मात्रा बढ़ती है और हाइड्रोचर की पैदावार घटती है। आम तौर पर, तापमान बढ़ने पर हाइड्रोचर की कार्बन सामग्री बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एचएचवी की वृद्धि होती है [21]. इन प्रयोगों के लिए एक प्रवृत्ति देखी गई, जैसे-जैसे समय बढ़ता गया, HHV बढ़ता गया। तापमान में वृद्धि ऑक्सीजन युक्त हेमिकेलुलोज के अपघटन और हटाने का कारण बनती है; इसलिए, एचएचवी और ईंधन मूल्य में वृद्धि।

 

टीजीए और बीटा

 

हालांकि इस अध्ययन का फोकस हाइड्रोचर नहीं था; थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (टीजीए) और बीईटी सतह क्षेत्र विश्लेषण क्रमशः सतह क्षेत्र के आधार पर संभावित ईंधन गुणों और हाइड्रोचर अनुप्रयोगों की जांच के लिए किया गया था। इन प्रयोगों के लिए 280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट की स्थितियों से हाइड्रोचर का उपयोग किया गया था। TGA बर्निंग प्रोफाइल का उपयोग कोयले की विभिन्न रैंकिंग (यानी, लिग्नाइट, बिटुमिनस आदि) की तुलना करने के लिए किया जाता है, क्योंकि प्रत्येक में TGA क्रोमैटोग्राम के भीतर पाए जाने वाले चार तत्वों से युक्त एक आदर्श बर्निंग प्रोफाइल होता है।

 

कोयला श्रेणी को वर्गीकृत करने में, विशेषता बिंदु "पीक तापमान (पीटी)" होता है जहां वजन घटाने अधिकतम होता है, 400 डिग्री सेल्सियस से नीचे 700 डिग्री सेल्सियस से ऊपर [25]. बर्निंग प्रोफाइल के अन्य घटकों में इग्निशन तापमान (आईटी), निश्चित कार्बन इग्निशन तापमान (आईटी .) शामिल हैंFC), और बर्नआउट तापमान (बीटी) [25]. तालिका 4 में एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर के साथ लिग्नाइट, बिटुमिनस और एन्थ्रेसाइट कोयले के विशिष्ट जलने के मापदंडों की तुलना की गई है। HTC MSW हाइड्रोचर तापमान TGA क्रोमैटोग्राम (चित्र 5) में व्युत्पन्न चोटियों के आधार पर निर्धारित किया गया था, जो डुप्लिकेट में किया गया था। लिग्नाइट कोयले के बर्निंग प्रोफाइल में आम तौर पर दो चोटियाँ होती हैं जो एचटीसी हाइड्रोचर के बर्निंग प्रोफाइल में भी देखी जाती हैं जो लिग्नाइट ग्रेड के कोयले से कुछ समानता दर्शाती हैं।

 

चित्रा 5: एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर का टीजीए (280 डिग्री सेल्सियस, 10 मिनट की स्थिति) डुप्लिकेट (गुलाबी और हरी रेखाओं) में किया गया। व्युत्पन्न ग्राफ में शिखर हाइड्रोचर के जलते हुए प्रोफाइल का प्रतिनिधित्व करते हैं।

 

एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर का टीजीए (280 डिग्री सेल्सियस, 10 मिनट की स्थिति) डुप्लिकेट (गुलाबी और हरी रेखाओं) में किया गया। व्युत्पन्न ग्राफ में शिखर हाइड्रोचर के जलते हुए प्रोफाइल का प्रतिनिधित्व करते हैं।

 

टेबल 4: प्रयोगात्मक एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर के साथ सामान्य प्रकार के कोयले के जलने के मापदंडों की तुलना [25].

 

प्रयोगात्मक एचटीसी एमएसडब्ल्यू हाइड्रोचर के साथ सामान्य कोयले के प्रकारों के जलने के मापदंडों की तुलना

 

हाइड्रोचर को मृदा संशोधन के रूप में उपयोग करने की बहुत संभावना है और यहां तक ​​कि कार्बनीकरण के दौरान खुले छिद्रों के कारण AD प्रक्रिया में सहायता भी है। इस हाइड्रोचर का सतही क्षेत्रफल औसतन 1.2 वर्ग मीटर था2/जी। हाइड्रोचर सतह क्षेत्रों की एक बड़ी श्रृंखला है; हालांकि, साहित्य रिपोर्ट करता है कि निवास समय में वृद्धि से सेल्यूलोज और हेमिकेलुलोज के संशोधन की अनुमति देता है जो सतह क्षेत्र को सकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकता है; छिद्र आकार और सतह क्षेत्र को प्रभावी ढंग से बढ़ाने के लिए 10 मिनट का समय पर्याप्त नहीं था [14]. जिस हाइड्रोचर का परीक्षण किया गया था उसका एचटीसी निवास समय 10 डिग्री सेल्सियस पर 280 मिनट था, जो इतने छोटे औसत सतह क्षेत्र का एक कारण हो सकता है। कागज, भोजन और प्लास्टिक HTC MSW हाइड्रोचर के घटक हैं। 95 डिग्री सेल्सियस की बीटा विश्लेषण स्थितियों को चुना गया क्योंकि उच्च तापमान का उपयोग करने से विश्लेषण के दौरान हाइड्रोचर से एक तैलीय पदार्थ निकल गया। इसका एक कारण यह है कि प्लास्टिक के लिए क्वथनांक लगभग 105 डिग्री सेल्सियस है, और बीटा विश्लेषण के दौरान हाइड्रोचर के भीतर किसी भी प्लास्टिक (बायोक्रूड) सामग्री को संशोधित किया जा सकता था।

 

3.5। विचार-विमर्श

 

सामग्री संतुलन

 

चित्रा 6 एकीकृत एचटीसी + एडी प्रक्रिया के दायरे को बेहतर ढंग से समझने के लिए किए गए दो प्रक्रियाओं के समग्र भौतिक संतुलन को रेखांकित करता है। द्रव्यमान संतुलन की गणना इस आधार पर की गई कि कितना कार्बन सिस्टम में प्रवेश करता है और ठोस, जलीय और गैस चरणों के रूप में सिस्टम से बाहर निकलता है। यह आंकड़ा अनुकरण करता है कि क्या होगा यदि 100 किलोग्राम सी (मिश्रित एमएसडब्ल्यू का 230 किलोग्राम) कार्बोनेटेड था और 280 डिग्री सेल्सियस और 10 मिनट (चित्रा 2) के लिए प्रयोगात्मक द्रव्यमान संतुलन डेटा के आधार पर एडी के लिए उपयोग किया जाने वाला परिणामी जलीय चरण।

 

बायोगैस के लीटर की गणना 222 एमएल बायोगैस/जी टीओसी की उच्चतम प्रायोगिक बायोगैस पैदावार का उपयोग करके की जाती है। बायोगैस या CH . का संयोजन4 और सह2 इन बैच AD प्रयोगों के लिए एक साथ परिमाणित किया गया; इसलिए, इस अनुकरण के लिए यह मान लिया गया था कि सीएच4 60% और CO . के लिए जिम्मेदार2 बायोगैस के लिए किलोग्राम सी की गणना में बायोगैस मिश्रण का 40% हिस्सा होता है। बायोगैस संरचना उपयोग किए गए सब्सट्रेट पर निर्भर करती है लेकिन 50-70% सीएच . से लेकर रिपोर्ट की जाती है4 और 30-40% CO2 [20].

 

चित्रा 6: एचटीसी + एडी संयुक्त प्रक्रिया की समग्र सामग्री संतुलन।

 

एचटीसी + एडी संयुक्त प्रक्रिया की समग्र सामग्री संतुलन।

 

बायोगैस में आमतौर पर 22 MJ/m . का थर्मल मान होता है3 और मीथेन 36 एमजे/एम . के थर्मल मान के साथ3. 100 किग्रा सी का उपयोग करने की इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पादित बायोगैस के आधार पर 218 एमजे ऊर्जा उत्पादन हो सकता है। द्रव्यमान संतुलन का मूल्यांकन करते समय, 5 Kg C बायोगैस के रूप में सिस्टम से बाहर निकल जाता है। यह अब सवाल उठाता है कि शेष 40 किलो (89%) कार्बन का उपयोग कैसे किया जाए, और यह पचता क्यों नहीं था।

 

एचटीसी के संबंध में, जलीय चरण की जांच करने वाले सीमित अध्ययन हैं; इसके अलावा, मिश्रित फीडस्टॉक का जलीय चरण जैसे कि मॉडल मिश्रित MSW स्ट्रीम आमतौर पर लैंडफिल की ओर अग्रसर होता है। इस पत्र में किए गए काम के लिए कोठरी का अध्ययन AD के साथ मिलकर MSW (OFMSW) के कार्बनिक अंश के HTC की जाँच करता है [6,26]. लुसियान एट अल द्वारा किया गया कार्य। विशेष रूप से नगरपालिका ठोस कचरे के जैविक अंश के लिए महान अध्ययन हैं; हालांकि, यह उन अंशों पर विचार नहीं करता है जो अभी भी लैंडफिल में समाप्त होते हैं (यदि कार्बनिक अंशों में विभाजित नहीं हैं) और उनके भाग्य। हमने प्रदर्शित किया है कि AD संभव है; हालाँकि, MSW के उपचार के लिए एकीकृत HTC + AD प्रक्रिया का समर्थन करने के लिए पाचन में सुधार करना महत्वपूर्ण है। भविष्य के परीक्षण में मूल्यांकन करना चाहिए कि कौन से मार्ग पाचन में सुधार करेंगे, जिसमें नाइट्रोजन जोड़, जलीय चरण पूर्व-उपचार, या सह-पाचन के साथ सी/एन अनुपात को कम करके एडी सिस्टम की स्थिति में सुधार पर जांच शामिल है।

 

4। निष्कर्ष

 

आज तक मिश्रित अपशिष्ट पदार्थों के एचटीसी पर सीमित संख्या में अध्ययन हुए हैं। एकीकृत दृष्टिकोण (एचटीसी और एडी) ने हाइड्रोचर और बायोगैस के रूप में 58% की कार्बनिक कार्बन वसूली को दिखाया। वाणिज्यिक पैमाने पर, एचटीसी संयंत्रों को बायोरिफाइनरी माना जाता है जिसमें हाइड्रोचर को और अधिक विस्तार से खोजा गया है; हालांकि, एचटीसी जलीय चरण जैसे सभी निकास धाराओं का पूर्ण लाभ लेने से इन प्रणालियों के उपयोग को अधिकतम किया जाएगा, और समग्र प्रक्रिया को पर्यावरण की दृष्टि से अधिक टिकाऊ बना दिया जाएगा। जहां तक ​​हमारी जानकारी है, निवास के समय और तापमान में अंतर के आधार पर मिश्रित MSW स्ट्रीम की बायोडिग्रेडेबिलिटी की जांच और समझने की कोई अन्य रिपोर्ट नहीं मिली है। यह अध्ययन इस अवधारणा का प्रमाण है कि एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण का एडी व्यवहार्य है और इसमें सुधार की संभावना है। भविष्य के परीक्षण जलीय चरण, और विशिष्ट बायोगैस संरचना से बायोगैस की पैदावार बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित करेंगे। जलीय चरण कार्बन को पुनर्प्राप्त करने, उपयोग करने और अधिकतम करने के लिए, सामूहिक संतुलन से पता चलता है कि एचटीसी एमएसडब्ल्यू जलीय चरण वृद्धि (उदाहरण के लिए, पूर्व-उपचार, सह-पाचन) एकीकृत प्रणाली के लिए आवश्यक होगा।

 

लेखक योगदान:

 

संकल्पना, केजेए और एसके; डेटा क्यूरेशन, केजेए; औपचारिक विश्लेषण, केजेए; फंडिंग एक्विजिशन, बीएस और एसके; जांच, केजेए; कार्यप्रणाली, केजेए और बीएस; संसाधन, बीएस और एसके; पर्यवेक्षण, बीएस और एसके; लेखन- मूल मसौदा, केजेए; लेखन-समीक्षा और संपादन, केजेए सभी लेखकों ने पांडुलिपि के प्रकाशित संस्करण को पढ़ लिया है और सहमत हैं।

 

अनुदान:

 

इस शोध को Fiberight, LLC द्वारा वित्त पोषित किया गया था। पुरस्कार संख्या 500298-010।

 

स्वीकृतियाँ:

 

लेखक ओडीयू बायोमास रिसर्च लेबोरेटरी (बीआरएल), ओडीयू डिपार्टमेंट ऑफ सिविल एंड एनवायरनमेंटल इंजीनियरिंग को स्वीकार करना चाहते हैं जिसके माध्यम से इस परियोजना का समर्थन किया गया है। लेखक ODU रसायन विभाग को भी धन्यवाद देना चाहेंगे; इस परियोजना में उनके समर्थन के लिए ओउमर सैको, और वर्जीनिया अटलांटिक एचआरएसडी अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र (डेविड इविंग)।

 

सन्दर्भ:

 

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यह लेख मूल रूप से लाइसेंसधारी एमडीपीआई, बेसल, स्विटजरलैंड द्वारा 06 सितंबर, 2021 को प्रकाशित किया गया था, और इसके अनुसार पुनर्प्रकाशित किया गया है क्रिएटिव कॉमन्स एट्रिब्यूशन-नॉन-कॉमर्शियल-नोएडरिव्स 4.0 इंटरनेशनल पब्लिक लाइसेंस। आप मूल लेख पढ़ सकते हैं यहाँ उत्पन्न करें । इस लेख में व्यक्त किए गए विचार अकेले लेखक के हैं न कि वर्ल्डरफ के।

 

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