Procjena kinetičkih parametara i evaluacija modela za proces aerobne biokonverzije organske frakcije komunalnog krutog otpada

Aerobic bioconversion is very interesting process for the mathematical modelling and optimisation from the aspect of improving and accelerating the process, which is reflected in a higher organic matter decomposition rate. The aim of this research was to estimate the kinetic parameters in a dynamic model that described aerobic biodegradation of organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) with various additions, from an engineering aspect. The presented mathematical model based on heat and mass transfer phenomena is a dynamic model for the gas-liquid-solid system. For the optimization and process simulation, three experiments were performed in three geometrically identical reactor systems at the same time, with different initial composition of composting mixtures. Data obtained experimentally from one reactor were used to optimize kinetic parameters of the model, and data from the other two reactors were used to verify and evaluate the dynamic model. Detailed statistical analysis showed narrow values of 95 % confidence interval for estimated parameters, indicating the appropriate accuracy of parameter estimation. Better data agreement was achieved in the reactor with a smaller ratio of OFMSW and additives, and the most accurately predicted dynamic state variable was the mass of organic matter. Parameter sensitivity analysis showed that the most sensitive parameters were reaction order n and activation energy E. Overall, the application of this model with optimised kinetic parameters of the aerobic biodegradation process represents a tool to predict the most important process variables (SD = 0.3378). This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.Postupak aerobne biorazgradnje zanimljiv je za numerička istraživanja da bi se postigla bolja učinkovitost postupka, što se odražava u većoj brzini razgradnje organske tvari. Cilj ovog istraživanja bio je procijeniti kinetičke parametre u dinamičkom modelu koji opisuje proces aerobne biorazgradnje organske frakcije komunalnog krutog otpada s različitim dodatcima s inženjerskog aspekta. Predstavljeni matematički model zasnovan na pojavama prijenosa topline i mase dinamički je model sustava plin–tekućina–krutina. U svrhu optimizacije i simulacije postupka izveden je jedan pokus u tri reaktorska sustava sa smjesama različitog početnog sastava. Eksperimentalni podatci dobiveni iz jednog reaktora upotrijebljeni su za procjenu kinetičkih parametara modela, a podatci iz preostala dva reaktora upotrijebljeni su za provjeru i procjenu dinamičkog modela koji izvodi simulaciju. Detaljna statistička analiza pokazala je uske vrijednosti 95 %-tnog intervala pouzdanosti, što ukazuje na odgovarajuću točnost procjene parametara. Bolje slaganje podataka postignuto je u reaktoru s manjim udjelom dodataka, a najpreciznije predviđena varijabla je konverzija organske tvari. Analiza osjetljivosti parametara pokazala je da su najosjetljiviji red reakcije n i energija aktivacije E. Sveukupno, primjena ovog modela s procijenjenim kinetičkim parametrima u aerobnom procesu biorazgradnje pruža alat za predviđanje najvažnijih procesnih varijabli (SD = 0,3378). Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna