Assessing thermal conductivity of composting reactor with attention on varying thermal resistance between compost and the inner surface

Wang, Yongjiang; Niu, Wenjuan; Ai, Ping

doi:10.1016/j.wasman.2016.09.018

Cited by 8 publications

(3 citation statements)

References 16 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Since 1976, mathematical models of composting technology have appeared in the literature [24]. In recent years, many models have been developed to contribute to predicting the distribution of temperature, humidity, solids, oxygen content, and carbon dioxide during the composting process [25][26][27][28][29][30][31]. However, from an environmental and agronomic point of view, the focus should be placed on regional C and nutrients for a better understanding of composting technology and assessment of the effectiveness of this sustainable solution [32].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Review of Composting Process Models of Organic Solid Waste with a Focus on the Fates of C, N, P, and K

et al. 2021

View full text Add to dashboard Cite

To foster a circular economy in line with compost quality assessment, a deep understanding of the fates of nutrients and carbon in the composting process is essential to achieve the co-benefits of value-added and environmentally friendly objectives. This paper is a review aiming to fill in the knowledge gap about the composting process. Firstly, a systematic screening search and a descriptive analysis were conducted on composting models involving the fates of Carbon (C), Nitrogen (N), Phosphorus (P) and Potassium (K) over the past decade, followed by the development of a checklist to define the gap between the existing models and target models. A review of 22 models in total led to the results that the mainstream models involved the fates of C and N, while only a few models involved P and K as target variables. Most of the models described the laboratory-scale composting process. Mechanism-derived models were relatively complex; however, the application of the fractionation of substrates could contribute to reducing the complexity. Alternatively, data-driven models can help us obtain more accurate predictions and involve the fates of more nutrients, depending on the data volume. Finally, the perspective of developing composting models for the fates of C, N, P, and K was proposed.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Review of Composting Process Models of Organic Solid Waste with a Focus on the Fates of C, N, P, and K

et al. 2021

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Process intensification is reached by the use of contraflow aeration that provides thermophilic bio-thermal composting mode (Jain et al, 2019). At such conditions and adequate thermal insulation the overall composting cycle can only take seven days Wang et al, 2016). In reactors 200…300 litre big a periodic aeration is used, as a rule.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Investigation of Substrate Mixing Process in Rotating Drum Reactor

Golub

Цивенкова

Holubenko

et al. 2021

INMATEH

View full text Add to dashboard Cite

The results of the research on the influence of the drum type reactor design-technological parameters and the substrate`s physical-chemical parameters on the substrate`s components mixing evenness, that influence the quality of the received compost, are presented in this paper. By the method of the multifactor experiment rational values of the drum rotation speed, the blades (mounted on the inner drum surface) angle and the substrate`s moisture content are defined at which the components distribution homogeneity in the substrate reaches maximal value. The abovementioned, in turn, provides high compost quality by the agrichemical indices. The recommendations are given to pick the design parameters and operational modes of the drum type reactor.

show abstract

“…Η αύξηση της μάζας του σωρού οδηγεί ταχύτερα σε ανοδική τάση της θερμοκρασίας, καθώς στο σωρό των 10kg η ανοδική τάση παρατηρείται στο τέλος της 2 ης ημέρας από την εκκίνηση, ενώ στο σωρό των 6kg παρατηρείται από το τέλος της 3 ης ημέρας.Τέλος, ο σωρός των 10kg επέδειξε ικανότητα διατήρησης της θερμοκρασίας στη θερμόφιλη περιοχή για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από αυτό του σωρού των 6kg. Η απαίτηση σε μεγάλο όγκο κομπόστ ώστε να επιτευχθεί η θερμόφιλη φάση έχει αναδειχθεί σε παρόμοιες μελέτες[185].Τα αποτελέσματα του ενδιάμεσου πειράματος 4' αξιοποιήθηκαν κατά το σχεδιασμό του επόμενου πειραματικού κύκλου, με στόχο τη βελτίωση του θερμοκρασιακού προφίλ της διεργασίας στον κομποστοποιητή.Κατά την διάρκεια παραμονής του υλικού στον αντιδραστήρα μετρήθηκαν οι εξής παράμετροι στο στερεό δείγμα: pH, υγρασία, ΤS, VS, και μετά το πέρας της διεργασίας η φυτοτοξικότητα/φυτοθρεπτικότητα του σταθεροποιημένου υλικού. Τα παραπάνω μεγέθη και οι μεταβολές τους παρουσιάζονται στα σχήματα που ακολουθούν.…”

unclassified

Ολοκληρωμένη Αξιοποίηση Στερεών Οργανικών Αποβλήτων Προς Παραγωγή Βιοαερίου Σε Πιλοτικής Κλίμακας Περιοδικό Αναερόβιο Χωνευτήρα Με Ανακλαστήρες (PABR) Και Παραγωγή Εδαφοβελτιωτικού

Μιχαλόπουλος¹

View full text Add to dashboard Cite

Η κλιματική αλλαγή είναι μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις που καλείται να αντιμετωπίσει η ανθρωπότητα σήμερα, καθώς και τα επόμενα χρόνια και η αποτελεσματικότητα των τεχνολογιών, αλλά και συνολικά των πολιτικών που θα εφαρμοστούν, θα κρίνει σε μεγάλο βαθμό το μέλλον της ζωής στη Γη. Το μοντέλο ανάπτυξης που κυριαρχούσε κατά τις προηγούμενες δεκαετίες στηριζόταν στην κατασπατάληση των φυσικών πόρων με καταστροφικές συνέπειες για τα οικοσυστήματα και θα πρέπει να αντικατασταθεί από ένα ολιστικό μοντέλο με άξονες τη διατήρηση των φυσικών πόρων και συνολικά την προστασία του περιβάλλοντος. Η έρευνα που αφορά τη διαχείριση των αποβλήτων και την αξιοποίησή τους με σκοπό την ανάκτηση ενέργειας ή και τη μετατροπή τους σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας μπορεί αναμφίβολα να συμβάλει στην κατεύθυνση αυτή.Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναπτύχθηκε μια μέθοδος για την ολοκληρωμένη αξιοποίηση διαφορετικών τύπων στερεών οργανικών αποβλήτων προς παραγωγή βιοαερίου μέσω αναερόβιας χώνευσης/συγχώνευσης σε πιλοτικής κλίμακας Περιοδικό Αναερόβιο Χωνευτήρα με Ανακλαστήρες (Periodic Anaerobic Baffled Reactor - PABR) σε συνδυασμό με την παραγωγή εδαφοβελτιωτικού σε εργαστηριακό κομποστοποιητή κλειστού τύπου. Η καινοτομία της μεθόδου έγκειται στο διαχωρισμό της υγρής (εκχύλισμα) από τη στερεή φάση 2 ειδών οργανικών αποβλήτων (κτηνοτροφικών αποβλήτων και οικιακών ζυμώσιμων απορριμμάτων) με σκοπό την παραγωγή βιοαερίου από το εκχύλισμα στον ταχύρρυθμο PABR και την παραγωγή εδαφοβελτιωτικού από το στερεό υπόλειμμα του διαχωρισμού.Ο PABR είναι ένας καινοτόμος βιοαντιδραστήρας 4 διαμερισμάτων που -σε εργαστηριακή κλίμακα- έχει αποδειχθεί ότι έχει τη δυνατότητα να επεξεργάζεται απόβλητα υπό υψηλούς ρυθμούς οργανικής φόρτισης, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζεται από την ευελιξία του να προσομοιάζει συνθήκες πλήρους ανάμειξης ή συνθήκες εμβολικής ροής (ή «ενδιάμεσες» καταστάσεις), ανάλογα με την επιλογή της βασικής παραμέτρου λειτουργίας του, δηλαδή της περιόδου εναλλαγής του διαμερίσματος τροφοδοσίας (Τ). Δεδομένου ότι η λειτουργία του PABR μελετήθηκε σε πιλοτική κλίμακα για πρώτη φορά, πριν από τη διεξαγωγή των πειραμάτων αναερόβιας χώνευσης κρίθηκε απαραίτητη η διερεύνηση των υδραυλικών του χαρακτηριστικών.Για τη μελέτη της υδραυλικής συμπεριφοράς του πιλότου πραγματοποιήθηκαν πειράματα κατανομής χρόνου παραμονής (RTD tests) και μελετήθηκε απόκριση του αντιδραστήρα σε βηματική επιβολή στην τροφοδοσία (προσθήκη ιχνηθέτη χρωστικής ουσίας E124). Αποδείχθηκε ότι –υπό σταθερό υδραυλικό χρόνο παραμονής (HRT)- όταν το σημείο τροφοδοσίας εναλλάσσεται, ο αντιδραστήρας προσομοιάζει συνθήκες πλήρους ανάμειξης, ενώ όταν το σημείο τροφοδοσίας είναι σταθερό, η ροή προσεγγίζει την εμβολική. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων συγκρίθηκαν με προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν σε τρισδιάστατο μοντέλο του αντιδραστήρα που αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Comsol Multiphysics. Το μοντέλο προσομοίωσε ικανοποιητικά τη συμπεριφορά του αντιδραστήρα, ενώ επιπλέον αποδείχθηκε ότι με αύξηση του λόγου HRT/T ο πιλότος προσομοιάζει συνθήκες πλήρους ανάμειξης, ενώ με μείωση του λόγου HRT/T η ροή τείνει προς την εμβολική.Τη διερεύνηση των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών του PABR ακολούθησαν τα εργαστηριακά πειράματα αναερόβιας χώνευσης και κομποστοποίησης. Κατά τον πρώτο κύκλο, μελετήθηκε η δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής βιοαερίου από το εκχύλισμα μίγματος κτηνοτροφικών αποβλήτων με παραγωγή εδαφοβελτιωτικού από το στερεό υπόλειμμα της προεπεξεργασίας, στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος με τίτλο «Ανάπτυξη πολυπαραμετρικού μαθηματικού μοντέλου για τη βελτιστοποίηση του ενεργειακού σχεδιασμού σε ορεινές περιοχές». Τα απόβλητα συλλέχθηκαν από την περιοχή του δήμου Μετσόβου και το μίγμα παρασκευάστηκε με κατάλληλες αναλογίες ώστε να είναι αντιπροσωπευτικό της ετήσιας παραγωγής αποβλήτων της περιοχής. Τα πειράματα αναερόβιας συγχώνευσης απέδειξαν ότι είναι εφικτή η παραγωγή 21-30L βιοαερίου ανά kg μίγματος, με μέση σύσταση σε μεθάνιο της τάξης του 65-70% σε υδραυλικό χρόνο παραμονής έως και 6 ημέρες. Παράλληλα, από τη βελτιστοποίηση της διεργασίας της κομποστοποίησης αποδείχθηκε ότι είναι δυνατή η παραγωγή υψηλής ποιότητας εδαφοβελτιωτικού (δείκτης ανάπτυξης 77,8%) από το στερεό υπόλειμμα, αναμεμειγμένο με υπόλειμμα επεξεργασίας ξύλου σε αναλογία 5:2 κατά βάρος).Κατά το δεύτερο κύκλο πειραμάτων μελετήθηκε η παραγωγή βιοαερίου και εδαφοβελτιωτικού από ζυμώσιμα οικιακά απορρίμματα του δήμου Χαλανδρίου, στα πλαίσια του ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος με τίτλο «WASTE4Think», Horizon 2020. Τα ζυμώσιμα απορρίμματα κουζίνας υποβλήθηκαν αρχικά σε ξήρανση και τεμαχισμό με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός καινοτόμου προϊόντος που ονομάζεται FORBI (Food Residue Biomass). Αποδείχθηκε ότι είναι εφικτή η παραγωγή έως και 158L βιοαερίου ανά kg FORBI από το εκχύλισμα σε υδραυλικό χρόνο παραμονής έως και 10 ημέρες με ταυτόχρονη παραγωγή εδαφοβελτιωτικού υψηλής ποιότητας από το στερεό υπόλειμμα αναμεμειγμένου με υπολείμματα επεξεργασίας ξύλου (δείκτης ανάπτυξης 76,7%). Επίσης, διερευνήθηκε η δυνατότητα παραγωγής βιοαερίου και εδαφοβελτιωτικού από το FORBI χωρίς την παρεμβολή του σταδίου προεπεξεργασίας και αποδείχθηκε ότι ο PABR είναι ικανός να επεξεργαστεί αιώρημα του FORBI με παραγωγικότητα σε βιοαέριο έως και 531L/kgFORBI σε υδραυλικό χρόνο παραμονής έως και 5 ημέρες. Από τα πειράματα κομποστοποίησης του FORBI αποδείχθηκε ότι η χρήση του χωρίς την παρεμβολή του σταδίου διαχωρισμού έχει ως αποτέλεσμα τη βελτίωση του θερμοκρασιακού προφίλ της διεργασίας, ωστόσο η απουσία του διογκωτικού παράγοντα (πριονίδι) είχε αρνητική επίδραση στο επίπεδο ωριμότητας και καταλληλότητας του τελικού προϊόντος.Τέλος, με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα της διεργασίας της αναερόβιας χώνευσης πραγματοποιήθηκε μαθηματική μοντελοποίηση με τη χρήση του λογισμικού Aquasim. Οι δύο τύποι μοντέλων που αναπτύχθηκαν (ένα απλό κινητικό μοντέλο Monod με λεπτομερή προσομοίωση της λειτουργίας του PABR και ένα μοντέλο ADM1 με την παραδοχή ότι ο PABR συμπεριφέρεται ως CSTR) περιέγραψαν ικανοποιητικά τη συμπεριφορά του αντιδραστήρα, προβλέποντας τη διαφορά του χρόνου κατακράτησης των στερεών στο εσωτερικό των διαμερισμάτων του αντιδραστήρα από τον υδραυλικό χρόνο παραμονής και στις δύο περιπτώσεις.

show abstract

Assessing thermal conductivity of composting reactor with attention on varying thermal resistance between compost and the inner surface

Cited by 8 publications

References 16 publications

A Review of Composting Process Models of Organic Solid Waste with a Focus on the Fates of C, N, P, and K

A Review of Composting Process Models of Organic Solid Waste with a Focus on the Fates of C, N, P, and K

Investigation of Substrate Mixing Process in Rotating Drum Reactor

Contact Info

Product

Resources

About