Ανάπτυξη αλγόριθμου για την αυτόματη βελτιστοποίηση της παραγωγής βιοαερίου από αναερόβιους χωνευτήρες

• Κύριος συγγραφέας: Δούναβης, Αθανάσιος
• Άλλοι συγγραφείς: Κράβαρης, Κωνσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2013
• Θέματα: Αυτόματη βελτιστοποίηση; Βιοαέριο; Αναερόβια χώνευση; Αλγόριθμοι; Automatic control process; Biogas; Anaerobic digest; Algorithms; 665.776

H αναερόβια χώνευση είναι η βιολογική διεργασία κατά την οποία παράγεται βιοαέριο (CH4 και CO2) από οργανική ύλη με τη συνδυασμένη δράση μεικτού πληθυσμού μικροοργανισμών, απουσία μοριακού οξυγόνου. Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης είναι μια από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους χώνευσης υλύος και εφαρμόζεται κυρίως στην επεξεργασία αποβλήτων με υψηλό οργανικό φορτίο, με σκοπό την παραγωγή βιοαερίου, με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας καθώς και στην παραγωγή ενέργειας από φυτική βιομάζα ή από στερεά οικιακά απορρίματα. Το πιο σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζεται σε μονάδες παραγωγής ενέργειας είναι η μεγιστοποίηση του ρυθμού παραγωγής βιοαερίου για τη χρήση του. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ένα σύστημα ρύθμισης μεσόφιλου ( 35-37 oC) αναερόβιου χωνευτήρα τύπου CSTR χωρητικότητος τριών λίτρων, ο οποίος εμβολιάστηκε με αναερόβια βιομάζα μεικτής καλλιέργειας μικροοργανισμών από βιολογική μονάδα επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Η τροφοδοσία ήταν ένα συνθετικό και αποστειρωμένο διάλυμα οξικού οξέος. Ως αποτέλεσμα, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα επικρατεί καλλιέργεια ακετοκλαστικών μεθανογόνων μικροοργανισμών. Με βάση τη συμπεριφορά του αντιδραστήρα για διαφορετική οργανική φόρτιση, αναπτύχθηκε ένα απλοποιημένο μοντέλο δύο μεταβλητών, της βιομάζας και του περιοριστικού υποστρώματος, κατάλληλο για αυτόματη ρύθμιση, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για τον προσδιορισμό του βέλτιστου χρόνου παραμονής και για την ανάπτυξη ρυθμιστικού αλγορίθμου. Οι κινητικοί παράμετροι του μαθηματικού μοντέλου εκτιμήθηκαν μέσω συλλογής πειραματικών δεδομένων από την διάταξη του αναερόβιου χωνευτήρα. Για τη σταθεροποίηση του συστήματος της αναερόβιας χώνευσης, αναπτύχθηκε ένας αναλογικός νόμος ανάδρασης εξόδου, ο οποίος σταθεροποιεί τη διεργασία σε μία μεγάλη περιοχή γύρω από τη βέλτιστη μόνιμη κατάσταση, όπου η βιομάζα δεν οδηγείται σε έκπλυση. Τέλος, οι προσομοιώσεις και τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ο προτεινόμενος νόμος ανάδρασης εξόδου σταθεροποιεί το σύστημα ύστερα υπό παλμική διαταραχή (ανοδική και καθοδική) στη συγκέντρωση της οργανικής φόρτισης της τροφοδοσίας του συστήματος.