Hvad er biodigester til, typer, fordele, ulemper

2351
Abraham McLaughlin

EN biodigester Det er en lukket tank, hvor methangas og organisk gødning genereres ved anaerob gæring af organisk stof. Det biologiske grundlag er nedbrydning af organisk stof ved bakteriernes virkning 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..

Biogas system. Kilde: Renergon International AG [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Den grundlæggende operation starter med at tilføje organisk affald og vand til en lufttæt beholder, hvor den anaerobe gæringsproces genereres. Biogassen ekstraheres derefter til opbevaring, direkte brug eller som gødning.

De tre basistyper af biofordøjere i henhold til deres indlæsningssystem er diskontinuerlige, halvkontinuerlige og kontinuerlige. Diskontinuerlige biofordøjere fyldes kun med organisk affald en gang i hver produktionsproces, derefter ekstraheres gødningen for at starte en ny cyklus.

De med halvkontinuerlig belastning læsses i regelmæssige perioder og ekstraherer den gødningsmængde, der svarer til det belastede volumen. Kontinuerlige systemer er industrianlæg med en permanent belastning af organisk materiale samt udvinding af biogas og gødning.

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

Der er dog også visse ulemper, såsom vandforbrug, vanskeligheden ved at opretholde de ideelle temperaturniveauer og tilstedeværelsen af ​​skadelige stoffer (hydrogensulfid, siloxener). Det fremhæver også akkumuleringen af ​​råmateriale i nærheden af ​​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 (bl.a. PVC-rør, stophaner)..

I større skala er pølsen den mest økonomiske og relativt nemme at bygge i huse i landdistrikterne. Dette system består grundlæggende af en forseglet polyethylenpose med de tilsvarende forbindelser..

Artikelindeks

  • 1 Hvad er det til?
    • 1.1 - Behandling og genanvendelse af organisk affald
    • 1.2 - Produktion af biogas og biogødning
  • 2 Sådan fungerer det
    • 2.1 - Ilægning af biodigester og omrøring
    • 2.2 - Anaerob fordøjelse
    • 2.3 - Biodigester udledning
    • 2.4 - Biogas: rensning
    • 2.5 - Gødning: adskillelse og kompostering
  • 3 typer
    • 3.1 - Diskontinuerlig
    • 3.2 - Halvkontinuerlig
    • 3.3 - Kontinuerlig
  • 4 Fordele
    • 4.1 Genbrug og forurening
    • 4.2 Indhentning af biogas
    • 4.3 Gødningsproduktion
    • 4.4 Sundhed
  • 5 Ulemper
    • 5.1 Vandtilgængelighed
    • 5.2 Temperatur
    • 5.3 Skadelige biprodukter
    • 5.4 Akkumulering af affald
    • 5.5 Eksplosionsrisici
    • 5.6 Omkostninger
  • 6 Hvordan man laver en hjemmebiodigester
    • 6.1 - Fermenteringstank
    • 6.2 - Biogasudløb og rensningssystem
  • 7 Referencer

Hvad er det for

- Behandling og genanvendelse af organisk affald

Biodigestere er meget nyttige teknologiske alternativer set fra perspektivet om bæredygtig forvaltning 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 på denne måde reducerer dets forurenende virkning og skaber besparelser i forvaltningen. Biodigestere anvendes til spildevandsbehandling, forarbejdning af fast organisk affald i byerne 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 kalorieindhold og kan bruges til energiproduktion. Det kan bruges til at lave mad, generere elektricitet (gasturbiner), flytte motorer eller varme.

Biogødning

Biogødning, der stammer fra biofordøjere, opnås i en tilstand (biosol) og væske (biol) med høje niveauer af makro- og mikronæringsstoffer. Grundlæggende makronæringsstoffer (fosfor, nitrogen og kalium) kan opnås isoleret fra biolen gennem ultrafiltrering og omvendt osmoseprocesser.. 

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

Hvordan virker det

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

- Biodigester belastning og agitation

Det udføres gennem lastetanken, som består af en tank, hvori det organiske materiale er forberedt til at blive tilsat af lasterøret til biodigesteren..

Behandling af organisk materiale og belastning

Biodigesteren skal regelmæssigt fodres med organisk materiale og nok vand til dets bæreevne. I denne forstand skal 25% af biodigesterens volumen være frit for akkumulering af den producerede gas..

Til gengæld vil typen og kvaliteten af ​​organisk stof også påvirke produktiviteten og brugen af ​​fast og flydende affald som gødning eller ej. Noget organisk affald kan forårsage problemer i gæringsprocessen, såsom rester af citrusfrugter, der kan forsure mediet for meget.

Materialet skal knuses eller reduceres til den mindst mulige størrelse, og for at lette gæringen skal blandingen indeholde 75% vand og 25% organisk materiale. Den skal omrøres med jævne mellemrum for at garantere homogeniteten af ​​gæringsprocessen i blandingen..

Temperatur og retentionstid

Retentionstiden for det organiske stof i biodigesteren for at opnå sin fulde gæring afhænger af typen af ​​dette og temperaturen. Jo højere omgivelsestemperaturen er, jo hurtigere vil gæringen være (f.eks. Ved 30 ºC kan det tage ca. 20 dage at genoplade biodigesteren).

- Anaerob fordøjelse

Anaerob fordøjelse. Kilde: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C. [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Bakterier, der kræver egnede miljøforhold, såsom fravær af luft, temperaturer over 20 ° C (ideelt 30-35 ° C) og et ikke meget surt medium virker i processen. Under disse betingelser udvikler tre faser:

Hydrolyse

I denne proces virker hydrolytiske bakterier, der udskiller ekstracellulære enzymer. Derfor opdeles de komplekse kæder af kulhydrater, proteiner og lipider i mindre opløselige stykker (sukker, aminosyrer og fedtstoffer).

Forsuring eller gæring

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

Acetanogenese

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

Metandannelse eller metanogen fase

I den sidste fase virker metanogene bakterier, der nedbryder produkterne fra acetanogenese og genererer methan. I naturen virker disse bakterier i sumpe, vandmiljøer og i 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%).

- Biodigester udledning

Produktionshastigheden for biogas og gødning afhænger af typen af ​​biodigester, det organiske materiale, der føder det, og temperaturen. Biogassen akkumuleres i den øverste del af biodigesteren og ekstraheres gennem rør til lagertanke.

Når gæringen er færdig, ekstraheres slammet (en blanding af faste stoffer og væske) gennem rør. Udledningen produceres ved hjælp af princippet om at kommunikere skibe, det vil sige, når der læsses nyt materiale, får trykket overskuddet til at komme ud på den modsatte side.

Forholdet mellem mængden af ​​indført 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 biolen (væske).

- Biogas: rensning

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 udstyr på grund af disse komponenters ætsende effekt..

Vandfælde

Det vand, der bæres af biogassen, udfældes, når røret åbnes til 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 ekstraheres af en petcock i den nederste del..

Hydrogensulfidfælde

Processen til at udvinde hydrogensulfidet fra biogassen svarer til den i vandfælden, men den fælde, der indsættes i røret, skal indeholde jernflis eller svampe. Når biogassen passerer gennem jernlejet, reagerer hydrogensulfidet med det og udfældes.

- Gødning: adskillelse og kompostering

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

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

Typer

Biogasproduktion i Tyskland. Kilde: Volker Thies (Asdrubal) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

Biofordøjere klassificeres efter deres belastningsperiode og strukturelle form. På grund af dens indlæsningsfrekvens har vi:

- Diskontinuerlig

Det diskontinuerlige system o parti Den består af en lufttæt tank, der er fuldt opladet og ikke genindlæses, før den er stoppet med at producere biogas. Gassen akkumuleres i en flydende opsamler fastgjort til den øverste del af tanken (gasometer).

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

- Semi-kontinuerlig

I modsætning til det diskontinuerlige system udføres på- og aflæsning på bestemte tidspunkter under biogasproduktionsprocessen. Ifølge dets konstruktionssystem er der tre grundlæggende typer:

Biodigester med ballon eller pølse

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

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 afrundede eller konvekse ender og har et på- og aflæsningssystem.

Biogassen akkumuleres i et rum, der er etableret til dette formål under den øvre kuppel. Biodigesteren arbejder med et variabelt tryk af biogas i henhold til dets produktion.

Flydende kuppel biodigester

Kaldet hinduisk biodigester og består af en underjordisk cylindrisk tank med et på- og aflæsningssystem. Den er bygget i mursten eller beton, og i den øverste del er der en flydende tank (gasometer), hvor biogassen akkumuleres.

Rustfrit stål eller plastbelagt glasfibergasometer flyder oven på 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 kræves sideskinner eller en central styrestang for at undgå friktion med væggene..

- Sammenhængende

I dette tilfælde er på- og aflæsning af biodigesteren en kontinuerlig proces, der kræver permanent tilgængelighed af organisk affald. De er store industrielle systemer, der generelt bruges til behandling af spildevand fra samfundet..

Til dette anvendes opsamlingstanksystemer, pumper til overførsel til biofordøjere og gødningsekstraktion. Biogassen udsættes for et filtreringssystem og distribueres ved komprimering for at garantere distributionen til brugerne..

Fordel

Genbrug og forurening

Installationen af ​​en biodigester muliggør genanvendelse af organisk affald, hvilket reducerer miljøforurening og opnår nyttige produkter. For landdistrikter er det især vigtigt for forvaltningen af ​​udskillelse af dyr i husdyrsystemer..

Opnåelse af biogas

Biogas er en effektiv og økonomisk energikilde, hovedsageligt i områder, hvor tilgængeligheden af ​​andre energikilder ikke er tilgængelig. I landdistrikter i økonomisk deprimerede lande tilberedes mad med brænde, som påvirker miljøet.

Tilgængeligheden af ​​biogas kan bidrage til at reducere efterspørgslen efter brænde og derfor have en positiv indvirkning på bevarelsen af ​​biodiversiteten.

Gødningsproduktion

Ved hjælp af biofordøjere opnås faste organiske gødninger (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 helbredet. Det er bestemt, at 85% af patogener ikke overlever biofordøjelsesprocessen.

For eksempel reduceres fækale coliforme stoffer ved 35 ° C med 50-70% og svampe med 95% på 24 timer. Da det er 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 kilden til råmateriale og stedet for biogasforbrug..

Temperatur

Biodigesteren skal opretholde en konstant temperatur tæt på 35 ° C og inden for et interval mellem 20 og 60 ° C. Derfor kan der kræves en ekstern varmeindgang.

Skadelige biprodukter

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

Tilstedeværelsen og koncentrationen af ​​disse biprodukter afhænger blandt andet af det anvendte råmateriale, andelen af ​​vand og fast substrat..

Akkumulering af affald

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

Eksplosionsrisici

Da det er et brændstofgasfrembringende system, indebærer det en vis risiko for eksplosioner, hvis de rette forholdsregler ikke træffes..

Omkostninger

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

Hvordan man laver en hjemmelavet biodigester

Hjemmelavet biodigester. Kilde: Kevinsooryan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

En biodigester kræver som grundelementer og en tank til gæring, på- og aflæsning af rør med deres respektive stophaner. Derudover er tanke til biogas og gødning nødvendige..

Det er vigtigt at bemærke, at hele systemet skal være lufttæt for at forhindre gasudslip. Desuden skal systemet være konstrueret af rustfrie materialer såsom PVC eller rustfrit stål for at undgå skader forårsaget af vand og hydrogensulfid..

- Fermenteringstank

En tønde eller tank af plast kan bruges, hvis kapacitet afhænger af mængden af ​​organisk affald, der skal behandles. Denne tank skal have et lufttæt låg, eller hvis dette ikke er tilfældet, skal låget forsegles med højtemperaturbestandig plastlim..

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

Indlæser dæksel

Dette hul er i midten af ​​tankdækslet, det skal være mindst 4 tommer langt, og der skal installeres en gevindstang med gevind. Dette stik forbindes med et 4-tommers PVC-rør, der kommer ind i tanken lodret op til 10 cm før bunden..

Denne indgang tjener til at fylde det organiske affald, der tidligere er makuleret eller makuleret.

Spildevandsafløbshul 1

Det er vigtigt at huske, at 25% af tankrummet skal være frit for akkumulering af gas, så et hul skal åbnes i siden på dette niveau. I dette hul installeres en tankadapter med et segment på 2 cm PVC-rør, der er 15 cm langt med en stophan..

Funktionen af ​​dette afløb er at lade supernatantbiolet slippe ud, når tanken genoplades gennem påfyldningsdækslet. Biol skal opbevares i egnede beholdere til senere brug..

Afløbshull 2

Dette andet afløb skal gå til bunden af ​​tanken for at udvinde den tætteste del af det fermenterede produkt (biosol). Ligeledes anvendes et segment af 2-tommer PVC-rør med en længde på 15 cm med stophanen..

Biogasudløb

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

- Biogasudløb og rensningssystem

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

Vandudvinding

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, så gassen kommer ind i beholderen.

På denne måde fylder gassen beholderen, vandet kondenserer og gassen fortsætter gennem røret..

Ekstraktion med hydrogensulfid

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

Hydrogensulfidet reagerer med metallet og udfældes, mens biogassen fortsætter sin rejse til opbevaringsbeholderen eller anvendelsesstedet..

Referencer

  1. Aparcana-Robles S og Jansen A (2008). Undersøgelse af gødningsværdien af ​​produkterne fra den anaerobe gæringsproces til produktion af biogas. Germna ProfEC. 10 s.
  2. Corona-Zúñiga I (2007). Biofordøjere. Monografi. Institut for Grundlæggende Videnskab og Ingeniørarbejde, Autonome Universitet i staten Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mexico. 64 s.
  3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G og Simon M (2013). Mikrobiel anaerob fordøjelse (biofordøjere) som en tilgang til dekontaminering af animalsk affald i forureningsbekæmpelse og generering af vedvarende energi. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390-4417.
  4. Olaya-Arboleda Y og González-Salcedo LO (2009). Grundlæggende om design af biofordøjere. Modul til emnet Landbrugskonstruktioner. Fakultet for ingeniørvidenskab og administration, National University of Colombia, Palmira hovedkvarter. Palmira, Colombia. 31 s.
  5. Pérez-Medel JA (2010). Undersøgelse og design af en biodigester til anvendelse i mindre landmænd og mælkeproducenter. Hukommelse. Institut for Mekanik, Fakultet for Fysisk og Matematisk Videnskab, University of Chile. Santiago de Chile, Chile. 77 s.
  6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C og Kistemann T (2009). Hygiejniske effekter og gasproduktion af plastbio-fordøjere under tropiske forhold. Journal of Water and Health 7: 590-596.

Endnu ingen kommentarer