Composting is one element of waste management. It allows waste to be transformed into a valuable product. The processes involved and the final product, however, may vary in terms of quality, efficiency or security. Models have been established to represent some features of the composting process, but never all of them together. We hypothesized that all the key features from the literature could be gathered in one model. This model should be qualitatively faithful, reliable, and easily adapted to any situation. We used COMSOL TM, software that uses proven algorithms and the finite element method to solve partial differential equations in high spatial resolution in up to three dimensions. The behavior of this model was studied through parameter variations and sensitivity analysis. Patterns in temperature, biomass, substrate, oxygen and water concentration curves were consistent with the typical curves found in literature about composting. Initial water concentration and airflow were found to have an important impact on the composting process, while inlet air temperature did not. The resolution of the mathematical problem in a two-dimensional, longitudinal cross-section of the rectangular vessel allowed the observation of spatial patterns. This model can be used as a basis for further studies as new features are easy to implement. It can likewise be adapted to any apparatus, which makes it useful for comparative analysis. The suggested model, however, has yet to be validated against a physical system and this should be the next step. / Le compostage est un composant de la gestion des déchets et permet de les transformer en un produit à valeur ajouté. Les procédés en jeu, ainsi que les produits finis peuvent cependant varier au niveau de la qualité, de l'efficacité, et de la sécurité. Des modèles ont été mis au point pour prendre en compte certaines caractéritiques du compostage, mais jamais de façon exhaustive. Notre hypothèse était que toutes les caractéristiques clés décrites dans la littérature peuvent être réunies en un seul modèle. Ce modèle doit être qualitativement fidèle, fiable, et facilement adaptable à toutes les situations. Nous avons utilisé COMSOL TM, un logiciel qui utilise des algorithmes établis et se base sur la méthode des éléments finis pour résoudre les systèmes d'équations différentielles partielles avec une bonne résolution spatiale en deux ou trois dimensions. La réponse de ce modèle face à des variations paramètriques et à une analyse de sensitivité a été étudiée. Les comportements de la température, de la biomasse, du substrat, de l'oxygène, et de la quantité d'eau ont été cohérents avec ceux trouvés dans la littérature sur le compostage. La concentration initiale en eau, ainsi que l'aération, ont été prouvés avoir un impact important sur le compostage, contrairement à la température de l'air entrant. La résolution du problème mathématique dans une coupe bidimensionnelle longitudinale du container rectangulaire permet l'observation de comportements spatiaux. Ce modèle pourra être utilisé comme un fondement pour de futures études car l'ajout de nouvelles caractéristiques y est aisé. Le modèle peut aussi être facilement adapté à différentes conditions expérimentales, ce qui en fait un bon outil comparatif. Cependant, le modèle suggéré doit d'abord être validé par des données expérimentales.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103735 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Courvoisier, Pierre |
| Contributors | Grant Clark (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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