BIODIGESTER: HVAD ER DET TIL, TYPER, FORDELE, ULEMPER - MILJØ

En biodigester er en lukket tank, hvor methangas og organisk gødning dannes fra den anaerobe gæring af organisk stof. Det biologiske fundament er nedbrydning af organisk stof ved virkning af bakterier gennem hydrolyse, forsuring, acetanogenese og methanogenese.

Biodigesteren tilvejebringer de kontrollerede betingelser, der er nødvendige for biofordøjelsesprocessen. Efter denne proces opnås biogas (methan, kuldioxid, nitrogen og hydrogensulfid), biosol (fast gødning) og biol (flydende gødning) som slutprodukter.

Biogasanlæg. Kilde: Renergon International AG

Den grundlæggende operation starter fra at tilføje organisk affald og vand til en lufttæt beholder, hvor den anaerobe fermenteringsproces genereres. Biogas udvindes derefter til opbevaring, direkte brug eller som gødning.

De tre basistyper af biodigestere ifølge deres belastningssystem er diskontinuerlige, halvkontinuerlige og kontinuerlige. Biologiske fordøjere i batch fyldes kun med organisk affald en gang i hver produktionsproces, hvorefter gødningen udvindes for at starte en ny cyklus.

De med semikontinuerlig belastning belastes i regelmæssige perioder, hvorved mængden af gødning, der svarer til det belastede volumen, udvindes. Kontinuerlige systemer er industrianlæg med en permanent belastning af organisk materiale samt udvinding af biogas og gødning.

Blandt fordelene ved biofordøjelsesmidler er at tillade korrekt håndtering af organisk affald, genanvendelse og reducering af miljørisici. Derudover produceres energi (biogas) og organisk gødning, hvilket genererer en økonomisk og miljømæssig værdi.

Der er imidlertid også visse ulemper, såsom vandforbrug, vanskeligheden ved at opretholde de ideelle temperaturniveauer og tilstedeværelsen af skadelige stoffer (hydrogensulfid, siloxener). Det fremhæver også akkumulering af råmateriale nær området og risikoen for eksplosioner.

Du kan bygge en relativt billig hjemmelavet biodigester og behandle organisk køkkenaffald. Dette kræver kun en tønde med et hermetisk låg og nogle VVS-materialer (blandt andet PVC-rør, stophaner).

I større skala er pølserne det mest økonomiske og relativt let at opbygge i huse i landdistrikter. Dette system består dybest set af en forseglet polyethylenpose med de tilsvarende forbindelser.

Hvad er det for

- Behandling og genanvendelse af organisk affald

Biodigesters er meget nyttige teknologiske alternativer fra perspektivet om bæredygtig håndtering af organisk affald og produktion af vedvarende energi. For eksempel giver de et alternativ til genanvendelse af fast og flydende organisk affald, der omdannes til råmateriale til biodigesteren.

Genanvendelse af organisk affald reducerer på denne måde dets forurenende virkning og skaber besparelser i forvaltningen. Biodigesters bruges til spildevandsrensning, forarbejdning af fast organisk affald i byer og landbrugs- og husdyraffald.

- Produktion af biogas og biogødning

Den anaerobe fordøjelsesproces genererer biogas og organisk gødning som produkter.

Biogas

Biogas har omkring 60% metangas, som er et højt kaloribrændstof og kan bruges til energiproduktion. Det kan bruges til madlavning, generering af elektrisk energi (gasturbiner), bevægelse af motorer eller opvarmning.

Biofertilizers

Biogødningstoffer, der stammer fra biofordøjelsesmidler, opnås i en tilstand (biosol) og flydende (biol) med høje niveauer af makro- og mikronæringsstoffer. Grundlæggende makronæringsstoffer (fosfor, nitrogen og kalium) kan opnås isoleret fra biol gennem ultrafiltrerings- og omvendt osmoseprocesser.

Biol indeholder betydelige mængder af væksthormoner, der er nyttige til planteudvikling, såsom indoleddikesyre, gibberelliner og cytokininer.

Hvordan virker det

Biodigesteren fungerer ved at generere en biogasificeringsproces gennem anaerob fordøjelse, fra nedbrydning af det hydratiserede organiske stof og i fravær af luft. Dette sker gennem en fermenteringsproces, hvis vigtigste produkter er metangas (CH4) og kuldioxid (CO2).

- Indlæser biodigesteren og ryster

Det udføres gennem påfyldningstanken, der består af en tank, hvori det organiske materiale er forberedt til at blive tilsat gennem påfyldningsrøret til biodigesteren.

Behandling af organisk stof og belastning

Biodigesteren skal periodisk fodres med organisk stof og nok vand til dens bæreevne. I denne forstand skal 25% af voluminet af biodigesteren være fri for akkumulering af den producerede gas.

Til gengæld vil typen og kvaliteten af organisk materiale også påvirke produktiviteten og brugen eller ej af fast og flydende affald som gødning. Nogle organiske affald kan forårsage problemer i fermenteringsprocessen, såsom citrusfrugtrester, der kan forsure mediet for meget.

Materialet skal knuses eller reduceres til mindst mulig størrelse, og for at lette fermentering skal blandingen indeholde 75% vand og 25% organisk stof. Det skal omrøres med jævne mellemrum for at sikre homogeniteten af fermenteringsprocessen i blandingen.

Temperatur og retentionstid

Retentionstiden for det organiske stof i biodigesteren for at opnå dets fulde gæring vil afhænge af typen af dette og temperaturen. Jo højere omgivelsestemperatur er, desto hurtigere er gæringen (for eksempel ved 30 ºC kan det tage ca. 20 dage at oplade biodigesteren).

- Anaerob fordøjelse

Anaerob fordøjelse. Kilde: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterier fungerer i processen, der kræver passende miljøbetingelser, såsom fravær af luft, temperaturer over 20 ° C (ideelt 30-35 ° C) og et medium, der ikke er meget surt. Under disse forhold udvikler man tre faser:

Hydrolyse

Hydrolytiske bakterier virker i denne proces, som udskiller ekstracellulære enzymer. Derfor er de komplekse kæder af kulhydrater, proteiner og lipider opdelt i mindre opløselige stykker (sukkerarter, aminosyrer og fedtstoffer).

Forsuring eller gæringstrin

De opløselige forbindelser fra den foregående fase fermenteres til flygtige fedtsyrer, alkoholer, brint og CO2.

Acetanogenesis

Acetogene bakterier kommer i spil, der oxiderer organiske syrer som en kulstofkilde. De genererer eddikesyre (CH3COOH), brint (H2) og kuldioxid (CO2), og ubehagelige lugte frembringes ved tilstedeværelsen af hydrogensulfid.

Metandannelse eller methanogen fase

I den sidste fase virker methanogene bakterier, som dekomponerer produkterne af acetanogenese og frembringer methan. I naturen fungerer disse bakterier i sumpe, vandmiljøer og drøvtyggers mave.

Ved afslutningen af denne fase indeholder blandingen methan (45 til 55%), carbondioxid (40 til 50%), nitrogen (2 til 3%) og hydrogensulfid (1,5 til 2%).

- Udledning fra biodigesteren

Hastigheden for produktion af biogas og gødning afhænger af typen biodigester, det organiske stof, der fodrer det, og temperaturen. Biogassen akkumuleres i den øverste del af biodigesteren og udvindes gennem rør til lagertanke.

Når gæringen er afsluttet, trækkes slammet (en blanding af faste stoffer og væske) gennem rør. Udladningen produceres ved hjælp af princippet om kommunikation af kar, det vil sige, når belastningen af nyt materiale, trykket får overskuddet til at komme ud fra den modsatte side.

Forholdet mellem mængden af introduceret materiale (organisk affald og vand) og outputproduktet (biosol og biol) er næsten 1: 0,9. Dette svarer til et udbytte på 90%, hvor den højeste andel svarer til biol (væske).

- Biogas: oprensning

Den producerede gas skal renses for at eliminere eller reducere indholdet af hydrogensulfid og vand ved hjælp af fælder til at fange begge forbindelser. Dette er nødvendigt for at reducere risikoen for beskadigelse af udstyret på grund af korrosionseffekten af disse komponenter.

Vandlås

Vandet, som transporteres af biogassen, udfældes, når røret åbner et større rum, og gassen fortsætter gennem en anden indsnævring. Dette rør ender i en stor og hermetisk beholder for at indeholde vandet, der senere udvindes af en drænhane i den nedre del.

Hydrogensulfidfælde

Processen til ekstraktion af hydrogensulfid fra biogassen ligner processen i vandlåsen, men fælden indlejret i rørets bane skal indeholde jernspån eller svampe. Når biogassen passerer gennem jernbedet, reagerer hydrogensulfidet med det og udfælder.

- Gødning: adskillelse og kompostering

Blandingen af biosol og biol underkastes en dekanteringsproces for at adskille begge komponenter. Biosolen kan bruges alene eller følge en proces med blanding med kompostering til senere anvendelse som en fast gødning.

Biol bruges som flydende bladgødning eller tilsættes vandingsvand, hvilket gør det meget nyttigt i hydroponiske systemer.

typer

Biogasproduktion i Tyskland. Kilde: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesters klassificeres efter deres belastningsperiode og strukturelle form. På grund af dens belastningsfrekvens har vi:

- Diskontinuerlig

Det diskontinuerlige eller batch-system består af en lufttæt tank, der er fuldt opladet og ikke genindlæses, før det er stoppet med at producere biogas. Gassen akkumuleres i en flydende opsamler fastgjort til toppen af tanken (gasometer).

Denne type biodigester bruges, når tilgængeligheden af organisk affald er intermitterende.

- Semikontinuerlig

I modsætning til det diskontinuerlige system udføres lastning og losning på bestemte tidspunkter under biogasproduktionsprocessen. I henhold til dets konstruktionssystem er der tre grundlæggende typer:

Biodigester til ballon eller pølse

Det kaldes også taiwanesisk og består af en flad betonforet pit, hvor en polyethylenpose eller cylinder er installeret. Tilslutninger til indføring af organisk affald og udgang af biogas skal installeres i denne taske.

Cylinderen fyldes med vand og luft, og senere tilføjes belastningen med organisk affald.

Fixed Dome Biodigesters

Det er den såkaldte kinesiske biodigester og består af en underjordisk tank bygget i mursten eller beton. Tanken er en lodret cylinder med konvekse eller afrundede ender og har et laste- og losningssystem.

Biogassen akkumuleres i et rum oprettet til dette formål under den øverste kuppel. Biodigesteren arbejder med et variabelt tryk på biogas i henhold til dets produktion.

Flydende kuppel biodigester

Det kaldes hinduistisk biodigester og består af en underjordisk cylindrisk tank med et laste- og losningssystem. Det er bygget i mursten eller beton, og i den øverste del er der en flydende tank (gasometer), hvor biogassen samler sig.

Det rustfrit stål eller plastbelagte glasfibergasometer flyder over blandingen takket være den akkumulerede biogas. Det har den fordel, at det opretholder et konstant gastryk.

Derefter går gasometeret op og ned afhængigt af blandingsniveauet og mængden af biogas. Derfor kræver det sideskinner eller en central styrestang for at undgå friktion med væggene.

- Kontinuerlig

I dette tilfælde er indlæsning og aflæsning af biodigesteren en kontinuerlig proces, der kræver permanent tilgængelighed af organisk affald. Det er store industrielle systemer, der almindeligvis bruges til behandling af lokalt spildevand.

Til dette bruges opsamlingstankanlæg, pumper til overførsel til biodigesters og ekstraktion af gødning. Biogassen underkastes et filtreringssystem og distribueres ved komprimering for at garantere dets distribution til brugerne.

Fordel

Genbrug og forurening

Installation af en biodigester tillader genanvendelse af organisk affald, hvilket reducerer miljøforurening og opnår nyttige produkter. For landdistrikter er det især vigtigt for håndteringen af dyreudskillelser i husdyrsystemer.

Opnå biogas

Biogas repræsenterer en effektiv og økonomisk energikilde, hovedsageligt i områder, hvor tilgængeligheden af andre energikilder ikke er tilgængelig. I landdistrikter i økonomisk deprimerede lande foregår madlavning med brænde, hvilket påvirker miljøet.

Tilgængeligheden af biogas kan hjælpe med at reducere efterspørgslen efter brænde og har derfor en positiv indvirkning på bevarelsen af den biologiske mangfoldighed.

Gødningsproduktion

Ved hjælp af biofordøjelsesmidler opnås fast organisk gødning (biosol) og væske (biol). Disse gødninger har en lavere miljøpåvirkning og reducerer omkostningerne ved landbrugsproduktion.

sundhed

Ved at tillade korrekt håndtering af organisk affald reduceres de risici, de udgør for sundheden. Det er blevet bestemt, at 85% af patogener ikke overlever biofordøjelsesprocessen.

For eksempel reduceres fækale coliformer ved 35 ° C med 50-70% og svampe med 95% på 24 timer. Som en lukket proces reduceres dårlig lugt derfor.

Ulemper

Vandtilgængelighed

Systemet er krævende med hensyn til vandtilgængelighed, da en blanding er påkrævet. På den anden side skal biodigesteren være tæt på råmaterialekilden og biogasforbruget.

Temperatur

Biodigesteren skal opretholde en konstant temperatur tæt på 35 ° C og inden for et område mellem 20 og 60 ° C. Derfor kan en ekstern varmeindgang være påkrævet.

Skadelige biprodukter

Det kan producere hydrogensulfid (H2S), som er giftigt og ætsende, og siloxenafledte siloxener indeholdt i kosmetiske produkter og i blandingen af organisk affald. Disse siloxener genererer SiO2 (siliciumdioxid), som er slibende til maskiner og komponenter.

Tilstedeværelsen og koncentrationen af disse biprodukter afhænger af det anvendte råmateriale, andelen af vand og fast stof, blandt andre faktorer.

Akkumulering af affald

Det er nødvendigt at akkumulere affald i nærheden af biodigesteren, hvilket medfører logistiske og sanitære problemer, der skal løses.

Eksplosionsrisici

Da det er et brændstofgasgeneratorsystem, indebærer det en vis risiko for eksplosioner, hvis der ikke tages passende forholdsregler.

Omkostninger

Selvom vedligeholdelse og drift af biodigesteren er relativt billig, kan de oprindelige installations- og konstruktionsomkostninger være relativt høje.

Hvordan man laver en hjemmelavet biodigester

Hjem biodigester. Kilde: Kevinsooryan

En biodigester kræver som grundelementer og en tank til fermentering, lastning og losning af rør med deres respektive stophaner. Derudover er tanke til biogas og gødning nødvendigt.

Det er vigtigt at bemærke, at hele systemet skal være lufttæt for at forhindre gaslækager. På den anden side skal systemet være konstrueret af rustfrie materialer som PVC eller rustfrit stål for at undgå skader af vand og hydrogensulfid.

- Fermenteringstank

En plasttønde eller tank kan bruges, hvis kapacitet afhænger af mængden af organisk affald, der skal behandles. Denne tank skal have et hermetisk låg eller, hvis dette ikke er tilfældet, skal låget være forseglet med høje temperaturbestandig plastlim.

Tanken skal have fire huller, og alle installationer, der er foretaget i dem, skal forsegles med højtemperatur-silikone.

Ilægning af dæksel

Dette hul er i midten af tankdækslet, det skal være mindst 4 tommer langt, og der skal monteres en gevindskåret sanitærprop. Dette stik tilsluttes et 4-tommers PVC-rør, der kommer ind i tanken lodret op til 10 cm før bunden.

Denne indgang tjener til at indlæse det organiske affald, der tidligere er revet eller revet.

Afløbshull 1

Det er vigtigt at huske, at 25% af beholderens plads skal være fri for gasakkumulering, så der skal åbnes et hul i siden på dette niveau. I dette hul installeres en tankadapter med et segment på 2-tommer PVC-rør, 15 cm lang, med en stopcock.

Funktionen af denne dræning er at give supernatanten biol mulighed for at slippe ud, når tanken er genopladet gennem belastningslåget. Biol skal opbevares i egnede beholdere til senere brug.

Afløbshull 2

Denne anden dræning skal gå til bunden af tanken for at udtrække den tætteste del af det fermenterede produkt (biosol). Ligeledes bruges et segment af 2-tommer PVC-rør på 15 cm i længde med en stopcock.

Biogasudløb

Et hul på 1/2 tommer skæres i tanktoppen for at installere et PVC-rør med lige diameter ved hjælp af en tankadapter. Dette rør har en stoppekran ved udløbet.

- Biogasudløb og rensningssystem

Biogasudløbsrøret skal være mindst 1,5 m langt for at indsætte vand- og hydrogensulfidekstraktionssystemerne i dens bane. Dette rør kan derefter forlænges om nødvendigt for at overføre gassen til dens opbevarings- eller anvendelsessted.

Vandekstraktion

For at fjerne vandet fra udløbet skal røret afbrydes 30 cm for at indsætte en plast- eller glasbeholder med et hermetisk låg. Gasoverførselsrøret skal have en bypass gennem en T-forbindelse, for at gassen kan trænge ind i beholderen.

På denne måde fylder gassen beholderen, kondensen kondenseres, og gassen fortsætter sin vej gennem røret.

Hydrogensulfidekstraktion

Efter vandlåsen indsættes et 4-tommers rørsegment i de næste 30 cm ved hjælp af de tilsvarende reduktioner. Dette segment skal fyldes med jernspån eller kommercielle metalsvampe.

Hydrogensulfid reagerer med metallet og præcipiterer, mens biogassen fortsætter sin rejse til opbevaringsbeholderen eller anvendelsesstedet.

Referencer

Aparcana-Robles S og Jansen A (2008). Undersøgelse af gødningsværdien af produkterne fra den anaerobe gæringsproces til produktion af biogas. Germna ProfEC. 10 s.
Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Monograph. Institute of Basic Sciences and Engineering, Autonome universitet i staten Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mexico. 64 s.
Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G og Simon M (2013). Mikrobiel anaerob fordøjelse (Bio-Digesters) som en fremgangsmåde til dekontaminering af husdyraffald i forureningskontrol og generering af vedvarende energi. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
Olaya-Arboleda Y og González-Salcedo LO (2009). Grundlæggende elementer til design af biodigesters. Modul til emnet landbrugskonstruktioner. Fakultet for ingeniørvidenskab og administration, National University of Colombia, Palmira hovedkvarter. Palmira, Colombia. 31 s.
Pérez-Medel JA (2010). Undersøgelse og design af en biodigester til anvendelse i små landmænd og mælkeproducenter. Hukommelse. Institut for Mekanik, Fakultet for fysiske og matematiske videnskaber, Chile, University. Santiago de Chile, Chile. 77 s.
Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C og Kistemann T (2009). Hygiejniske effekter og gasproduktion af bio-fordøjere af plast under tropiske forhold. Journal of Water and Health 7: 590–596.

BIODIGESTER: HVAD ER DET TIL, TYPER, FORDELE, ULEMPER - MILJØ - 2024