روش های تحلیلی برای ارزیابی کیفیت کمپوست باگاس نیشکر و بهبود ویژگی های فیزیکی مکانیکی جهت فشرده سازی

شاخص های بلوغ و پایداری در کمپوست ها برای اطمینان از کیفیت محصول نهایی، حفظ اطمینان مصرف کننده و تضمین قابلیت کاربرد آنها برای مصارف کشاورزی بسیار ضرورت دارند. علاوه بر این، زیست توده های کمپوست شده به دلیل کم بودن چگالی انرژی و توده ای با مشکلاتی از قبیل هزینه های انبار و حمل و نقل زیاد و همچنین هزینه های کلی در مدیریت لجستیک مواجه هستند. کاهش اندازه ذرات و فشرده سازی زیست توده های کمپوست شده می تواند تا حدی بر این چالش ها غلبه کند.

کمپوست باگاس نیشکر (SBC) از شرکت توسعه فرآوری باگاس جنوب (بیوفر) برای مشخصه یابی کیفیت و آسیاب کردن جهت پلت سازی تهیه شد. به منظور ارزیابی کیفیت SBCs، مشخصه یابی از طریق روش های تحلیلی گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)، پراش پرتو ایکس (XRD)، تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، از یک آسیاب چکشی-سایشی برای بهبود ویژگی های فیزیکی مکانیکی و کاهش اندازه ذرات SBCs استفاده شد. برای این منظور، طرح آزمایشی در قالب طرح فاکتوریل (D-optimal) برای بررسی معنی داری و بهینه سازی اثر سه متغیر مستقل محتوای رطوبتی (8، 12 و 16 درصد وزنی بر پایه تر)، اندازه مش (1، 5/2 و 4 میلی متر) و سرعت دورانی آسیاب (1400 و 2000 دور بر دقیقه) بر مصرف انرژی ویژه و چگالی توده ای به عنوان پاسخ های طرح استفاده شد.

نتایج مشخصه یابی شیمیایی نشان دادند که ویژگی های SBCs کاملا با استانداردهای موجود مطابقت دارند. ریزنگاره های SEM، تغییرات فیزیکی در سطوح SBCs را با یک مورفولوژی ناصاف و غیریکنواخت همراه با ترک هایی در راستای طولی در اثر تجزیه همی سلولز و لیگنین و با باز شدن دسته های الیاف در سلولز ثابت کرد. این روند همچنین توسط آنالیز XRD اثبات شد به طوری که با افزایش شاخص بلورینگی (از 62 تا 75)، ناحیه کریستالی سلولز در SBCs بدون تغییر باقی ماند؛ اما ناحیه آمورف (شامل همی سلولز و لیگنین) کمی دچار تجزیه شدند. تغییرات گروه های عاملی از آنالیز FT-IR، تجزیه زیستی میکروبی لیپیدها و کربوهیدرات ها و همچنین تخریب لیگنین و پلی فنول ها را در SBCs نشان داد. بر اساس نتایج حاصل از آنالیز حرارتی DSC، دمای انتقال شیشه ای 7/89 درجه سلسیوس برای SBCs بدست آمد که با توجه به شدت پیک در این نقطه، افزایش درجه بلوغ و هیومیفیکاسیون SBCs تضمین شده است. برای هر دو پاسخ مصرف انرژی ویژه و چگالی توده ای SBC، مدل برهمکنش دو عاملی (2FI) با بیشترین ضریب همبستگی و کمترین انحراف معیار پیشنهاد شد. اندازه مش آسیاب بیشترین تاثیر را در میان پارامترها بر مصرف انرژی ویژه آسیاب و چگالی توده ای داشت.

نتایج نشان می دهند که استفاده از آنالیزهای تحلیلی جامع برای بررسی شفاف و مقایسه ای بین محصول نهایی کمپوست و ماده اولیه از نظر شاخص های پایداری و بلوغ، کاربردی و قابل اطمینان است. نتایج بهینه سازی حاصل از طرح D-optimal نشان داد که تحت شرایط بهینه محتوای رطوبتی 8 درصد وزنی بر پایه تر، اندازه مش آسیاب 1 میلی متر و سرعت دورانی 1400 دور بر دقیقه، مقدار کمینه مصرف انرژی ویژه 38/141 کیلوژول بر کیلوگرم و بیشینه چگالی توده ای 62/209 کیلوگرم بر متر مکعب به عنوان پاسخ های بهینه با تابع مطلوبیت 88/0 حاصل می شود.