BIODIGESTERS: KAM TAS PAREDZĒTS, VEIDI, PRIEKŠROCĪBAS, TRŪKUMI - VIDE - 2025

Biodigester ir slēgta tvertne kur metāna gāze un organisko mēslojumu tiek ģenerēti no anaerobās fermentācijas procesā organiskās vielas. Bioloģiskais pamats ir organisko vielu sadalīšanās baktēriju ietekmē, veicot hidrolīzi, paskābināšanu, acetanoģenēzi un metanoģenēzi.

Biodigeters nodrošina kontrolētus apstākļus, kas nepieciešami biodigestācijas procesam. Pēc šī procesa kā galaproduktus iegūst biogāzi (metānu, oglekļa dioksīdu, slāpekli un sērūdeņradi), biosolu (cietais mēslojums) un biolu (šķidrais mēslojums).

Biogāzes sistēma. Avots: Renergon International AG

Pamatdarbība sākas ar organisko atkritumu un ūdens pievienošanu hermētiskai tvertnei, kurā rodas anaerobās fermentācijas process. Pēc tam biogāzi iegūst uzglabāšanai, tiešai izmantošanai vai kā mēslojumu.

Trīs galvenie biodigesteru veidi pēc to iekraušanas sistēmas ir pārtraukti, daļēji nepārtraukti un nepārtraukti. Sērijveida biodiģeneratorus organiskos atkritumus iekrauj tikai vienu reizi katrā ražošanas procesā, pēc tam mēslojumu ekstrahē, lai sāktu citu ciklu.

Daļēji nepārtrauktas kravas tiek iekrautas regulāros periodos, nosakot mēslojuma daudzumu, kas vienāds ar iekrauto tilpumu. Nepārtrauktas sistēmas ir rūpniecības uzņēmumi ar pastāvīgu organisko vielu slodzi, kā arī biogāzes un mēslojuma ieguvi.

Starp biodigesteru priekšrocībām ir pienācīga organisko atkritumu apsaimniekošana, to pārstrāde un vides risku samazināšana. Turklāt tiek ražots enerģija (biogāze) un organiskais mēslojums, kas rada ekonomisku un ekoloģisku vērtību.

Tomēr ir arī daži trūkumi, piemēram, ūdens patēriņš, grūtības uzturēt ideālu temperatūras līmeni un kaitīgu vielu (sērūdeņraža, siloksēnu) klātbūtne. Tas arī uzsver izejvielu uzkrāšanos tuvumā un sprādzienu risku.

Jūs varat uzbūvēt salīdzinoši lētu mājās gatavotu biodiģeneratoru un pārstrādāt organiskos virtuves atkritumus. Tam nepieciešama tikai muca ar hermētisku vāku un daži santehnikas materiāli (cita starpā PVC caurules, krāni).

Plašākā mērogā lauku teritoriju mājās visekonomiskākā un salīdzinoši viegli izveidojamā sistēma ir desa. Šī sistēma galvenokārt sastāv no aizzīmogota polietilēna maisiņa ar attiecīgajiem savienojumiem.

Kam tas domāts

- Organisko atkritumu apstrāde un pārstrāde

Biodiģeneratori ir ļoti noderīgas tehnoloģiskās alternatīvas no organisko atkritumu ilgtspējīgas apsaimniekošanas un atjaunojamās enerģijas ražošanas viedokļa. Piemēram, tie ir alternatīva cieto un šķidro organisko atkritumu pārstrādei, kas tiek pārveidoti par biodiģeneratora izejvielām.

Organisko atkritumu pārstrāde šādā veidā samazina to piesārņojošo ietekmi un rada ietaupījumus to apsaimniekošanā. Biodigesteri tiek izmantoti notekūdeņu attīrīšanai, cieto sadzīves organisko atkritumu pārstrādei, kā arī lauksaimniecības un lopkopības atkritumiem.

- Biogāzes un bioatjaunotāju ražošana

Anaerobās fermentācijas procesā rodas biogāze un organiskais mēslojums kā produkti.

Biogāze

Biogāzē ir aptuveni 60% metāna gāzes, kas ir augstas kaloritātes degviela un ko var izmantot enerģijas ražošanai. To var izmantot ēdiena gatavošanai, elektroenerģijas ražošanai (gāzes turbīnas), motoru pārvietošanai vai apkurei.

Bio mēslošanas līdzekļi

Biodegvielu, kas rodas no biodigesteriem, iegūst tādā stāvoklī (biosols) un šķidrā stāvoklī (biools) ar augstu makro un mikroelementu daudzumu. Pamata makroelementus (fosforu, slāpekli un kāliju) var iegūt izolācijā no biola, izmantojot ultrafiltrācijas un reversās osmozes procesus.

Biolā ir ievērojams daudzums augšanai noderīgu augšanas hormonu, piemēram, indola-etiķskābe, giberellīni un citokinīni.

Kā tas darbojas

Biodigestētājs darbojas, ģenerējot biogazifikācijas procesu, izmantojot anaerobās gremošanu, hidratētās organiskās vielas sadaloties un gaisa trūkuma gadījumā. Tas notiek fermentācijas procesā, kura galvenie produkti ir metāna gāze (CH4) un oglekļa dioksīds (CO2).

- Iekrauj biodiģentu un krata

To veic caur iekraušanas tvertni, kas sastāv no tvertnes, kurā organiskās vielas ir sagatavotas pievienošanai caur iekraušanas cauruli biodiģentam.

Organisko vielu un kravas apstrāde

Biodiģenerators periodiski jābaro ar organiskām vielām un pietiekami daudz ūdens, lai tā varētu izturēt. Šajā ziņā 25% biodiģeneratora tilpuma jāatstāj brīva saražotās gāzes uzkrāšanai.

Savukārt organisko vielu veids un kvalitāte ietekmēs arī produktivitāti un cieto un šķidro atkritumu izmantošanu vai neizmantošanu kā mēslojumu. Daži organiskie atkritumi var radīt problēmas fermentācijas procesā, piemēram, citrusaugļu atlikumi, kas barotni var pārāk paskābināt.

Materiāls ir jāsasmalcina vai jāsamazina līdz mazākajam iespējamajam izmēram, un, lai atvieglotu fermentāciju, maisījumā jābūt 75% ūdens un 25% organisko vielu. Tas periodiski jāsamaisa, lai garantētu fermentācijas procesa viendabīgumu maisījumā.

Temperatūra un aiztures laiks

Organiskās vielas aiztures laiks biodiģeneratorā, lai panāktu pilnīgu fermentāciju, ir atkarīgs no tā veida un temperatūras. Jo augstāka ir apkārtējās vides temperatūra, jo ātrāk notiks fermentācija (piemēram, 30 ºC temperatūrā biodiģenera uzlādēšana var aizņemt apmēram 20 dienas).

- Anaerobā gremošana

Anaerobā gremošana. Avots: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Baktērijas darbojas procesā, kurā nepieciešami piemēroti vides apstākļi, piemēram, gaisa neesamība, temperatūra virs 20 ° C (ideālā gadījumā 30-35 ° C) un vide, kas nav ļoti skāba. Šajos apstākļos attīstās trīs fāzes:

Hidrolīze

Šajā procesā darbojas hidrolītiskās baktērijas, kas izdala ārpusšūnu fermentus. Tāpēc ogļhidrātu, olbaltumvielu un lipīdu sarežģītās ķēdes tiek sadalītas mazākos šķīstošos gabalos (cukuri, aminoskābes un tauki).

Paskābināšanas vai fermentācijas posms

Iepriekšējās fāzes šķīstošie savienojumi tiek raudzēti līdz gaistošām taukskābēm, spirtiem, ūdeņradim un CO2.

Aceanoģenēze

Spēlē nonāk acetogēnas baktērijas, kas oksidē organiskās skābes kā oglekļa avotu. Tie rada etiķskābi (CH3COOH), ūdeņradi (H2) un oglekļa dioksīdu (CO2), un sērūdeņraža klātbūtne rada nepatīkamas smakas.

Metāna veidošanās vai metanogeniskā fāze

Pēdējā posmā darbojas metanogenās baktērijas, kas sadalās acetanoģenēzes produktos, veidojot metānu. Dabā šīs baktērijas darbojas purvos, ūdens vidē un atgremotāju kuņģī.

Šīs fāzes beigās maisījums satur metānu (45 līdz 55%), oglekļa dioksīdu (no 40 līdz 50%), slāpekli (2 līdz 3%) un sērūdeņradi (1,5 līdz 2%).

- izplūde no biodiģeneratora

Biogāzes un mēslojuma ražošanas ātrums ir atkarīgs no biodiģeneratora veida, organiskajām vielām, kas to baro, un no temperatūras. Biogāze uzkrājas biodiģeneratora augšējā daļā un caur caurulēm tiek izvadīta uz uzglabāšanas tvertnēm.

Kad fermentācija ir pabeigta, dūņas (cietvielu un šķidruma maisījums) ekstrahē caur caurulēm. Izlāde notiek pēc trauku komunikācijas principa, tas ir, iekraujot jaunu materiālu, spiediens liek pārpalikumam izplūst no pretējās puses.

Attiecība starp ievadītā materiāla daudzumu (organiskie atkritumi un ūdens) un izvades produktu (biosols un biools) ir gandrīz 1: 0,9. Tas ir līdzvērtīgs 90% iznākumam, kur vislielākā proporcija atbilst biolam (šķidrumam).

- Biogāze: attīrīšana

Izgatavotā gāze jāattīra, lai novērstu vai samazinātu sērūdeņraža un ūdens saturu, izmantojot slazdus, ​​lai notvertu abus savienojumus. Tas ir nepieciešams, lai samazinātu aprīkojuma sabojāšanas risku šo sastāvdaļu korozijas spēka dēļ.

Ūdens slazds

Biogāzes aiznestais ūdens izgulsnējas, kad caurule atveras uz lielāku vietu, un gāze turpinās caur citu sašaurinājumu. Šī caurule beidzas lielā un hermētiskā traukā, lai tajā būtu ūdens, kuru vēlāk no apakšas izvada kanalizācijas krāns.

Ūdeņraža sulfīda slazds

Sērūdeņraža iegūšanas process no biogāzes ir līdzīgs ūdens slazda procesam, taču caurules ceļā ievietotajā slazdā jābūt dzelzs skaidām vai sūkļiem. Kad biogāze iziet cauri dzelzs gultnei, sērūdeņradis reaģē ar to un izgulsnējas.

- Mēslojums: atdalīšana un kompostēšana

Biosola un biola maisījums tiek pakļauts dekantēšanas procesam, lai atdalītu abas sastāvdaļas. Biosolu var izmantot atsevišķi vai arī sajaukt ar kompostu, lai vēlāk izmantotu kā cieto mēslojumu.

Biolu izmanto kā šķidru lapotnes mēslojumu vai pievieno apūdeņošanas ūdenim, padarot to ļoti noderīgu hidroponiskās sistēmās.

Veidi

Biogāzes ražošana Vācijā. Avots: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesterus klasificē pēc to iekraušanas periodiskuma un struktūras formas. Tā iekraušanas biežuma dēļ mums ir:

- pārtraukta

Nepārtrauktā vai sērijveida sistēma sastāv no hermētiskas tvertnes, kas ir pilnībā uzlādēta un netiek pārkrauta, kamēr tā nav pārstājusi ražot biogāzi. Gāze uzkrājas peldošā kolekcionārā, kas piestiprināts pie tvertnes augšdaļas (benzīna).

Šāda veida biodiģeneratoru izmanto gadījumos, kad organisko atkritumu pieejamība ir pārtraukta.

- daļēji nepārtraukts

Atšķirībā no pārtrauktās sistēmas, biogāzes ražošanas procesa laikā iekraušana un izkraušana tiek veikta noteiktos laikos. Saskaņā ar tā uzbūves sistēmu ir trīs pamatveidi:

Balonu vai desu biodigesters

To sauc arī par Taivānas un sastāv no plakanas ar betonu izklātas bedres, kurā ir uzstādīts polietilēna maiss vai cilindrs. Šajā maisā ir jāuzstāda savienojumi organisko atkritumu ievešanai un biogāzes izvadīšanai.

Balonu piepilda ar ūdeni un gaisu, un vēlāk tam pievieno organisko atkritumu daudzumu.

Fiksētie Dome Biodigesters

Tas ir tā sauktais ķīniešu biodigesters un sastāv no pazemes tvertnes, kas iebūvēta ķieģeļos vai betonā. Tvertne ir vertikāls cilindrs ar izliektiem vai noapaļotiem galiem, un tam ir iekraušanas un izkraušanas sistēma.

Biogāze uzkrājas šim nolūkam izveidotā telpā zem augšējā kupola. Biodiģenerators darbojas ar mainīgu biogāzes spiedienu atbilstoši tā ražošanai.

Peldoša kupola biodiģenerators

Saukts par Hindu biodigesteru, tas sastāv no pazemes cilindriskas tvertnes ar iekraušanas un izkraušanas sistēmu. Tas ir iebūvēts ķieģeļos vai betonā, un tā augšējā daļā ir peldoša tvertne (benzīns), kurā uzkrājas biogāze.

Pateicoties uzkrātajai biogāzei, nerūsējošā tērauda vai plastmasas pārklāts stikla šķiedras benzīns peld virs maisījuma. Tā priekšrocība ir tā, ka tā uztur pastāvīgu gāzes spiedienu.

Pēc tam benzīns iet uz augšu un uz leju atkarībā no maisījuma līmeņa un biogāzes daudzuma. Tāpēc, lai izvairītos no berzes ar sienām, tai ir vajadzīgas sānu sliedes vai centrālais virzošais stienis.

- Nepārtraukts

Šajā gadījumā biodiģeneratora iekraušana un izkraušana ir nepārtraukts process, kam nepieciešama pastāvīga organisko atkritumu pieejamība. Tās ir lielas rūpnieciskas sistēmas, kuras parasti izmanto sadzīves notekūdeņu pārstrādei.

Šim nolūkam tiek izmantotas savākšanas tvertņu sistēmas, sūkņi pārsūtīšanai uz biodigesteriem un mēslošanas līdzekļu ekstrakcija. Biogāzi pakļauj filtrēšanas sistēmai un izplata saspiežot, lai garantētu tās izplatīšanu lietotājiem.

Priekšrocība

Pārstrāde un piesārņojums

Biodigestra uzstādīšana ļauj pārstrādāt organiskos atkritumus, tādējādi samazinot vides piesārņojumu un iegūstot noderīgus produktus. Lauku apvidos tas ir īpaši svarīgi dzīvnieku ekskrementu pārvaldībai lopkopības sistēmās.

Biogāzes iegūšana

Biogāze ir efektīvs un ekonomisks enerģijas avots, galvenokārt tajās vietās, kur citu enerģijas avotu pieejamība nav pieejama. Lauku apgabalos, kuros ir ekonomiski nomākts, ēdienus gatavo ar malku, kas ietekmē vidi.

Biogāzes pieejamība var palīdzēt samazināt pieprasījumu pēc malkas, un tāpēc tai ir pozitīva ietekme uz bioloģiskās daudzveidības saglabāšanu.

Mēslošanas līdzekļu ražošana

Ar biodiģeneratoru palīdzību tiek iegūts ciets organiskais mēslojums (biosols) un šķidrums (biools). Šiem mēslošanas līdzekļiem ir mazāka ietekme uz vidi un tie samazina lauksaimnieciskās ražošanas izmaksas.

Veselība

Atļaujot pienācīgi apsaimniekot organiskos atkritumus, tiek samazināts risks, ko tie rada veselībai. Ir noteikts, ka 85% patogēnu neizdzīvo bioloģiskās sagremošanas procesu.

Piemēram, fekāliju koliformas 35 ° C temperatūrā 24 stundās samazina par 50–70%, bet sēnītes - par 95%. Tāpēc, tā kā tas ir slēgts process, sliktās smakas tiek samazinātas.

Trūkumi

Ūdens pieejamība

Sistēma ir prasīga ūdens pieejamības ziņā, jo ir nepieciešams maisījums. No otras puses, biodiģeneratoram jābūt tuvu izejvielu avotam un biogāzes patēriņa vietai.

Temperatūra

Biodiģeneratoram jāuztur nemainīga temperatūra tuvu 35 ° C un diapazonā no 20 līdz 60 ° C. Tāpēc var būt nepieciešama ārēja siltuma ievade.

Kaitīgi blakusprodukti

Tas var radīt toksisku un kodīgu sērūdeņradi (H2S), kā arī no silikona atvasinātus siloksīnus, kas atrodas kosmētikas līdzekļos un organisko atkritumu maisījumos. Šie siloksīni rada SiO2 (silīcija dioksīdu), kas ir abrazīvs mašīnām un komponentiem.

Šo blakusproduktu klātbūtne un koncentrācija, starp citiem faktoriem, ir atkarīga no izmantotās izejvielas, ūdens un cietā substrāta proporcijas.

Atkritumu uzkrāšanās

Ir nepieciešams uzkrāt atkritumus biodiģeneratora tuvumā, kas rada loģistikas un sanitārijas problēmas, kuras jārisina.

Eksplozijas riski

Tā kā tā ir degvielas gāzu ģeneratora sistēma, tas nozīmē zināmu eksplozijas risku, ja netiek veikti atbilstoši piesardzības pasākumi.

Izmaksas

Lai arī biodiģeneratora uzturēšana un ekspluatācija ir salīdzinoši lēta, sākotnējās uzstādīšanas un celtniecības izmaksas var būt salīdzinoši augstas.

Kā pagatavot mājās gatavotu biodiģeneratoru

Mājas biodigesters. Avots: Kevinsooryan

Biodiģeneratoram kā pamatelementi ir nepieciešama tvertne fermentācijai, iekraušanai un izkraušanai caurulēs ar attiecīgajiem aizbāžņiem. Turklāt ir vajadzīgas biogāzes un mēslojuma tvertnes.

Ir svarīgi atzīmēt, ka visai sistēmai jābūt hermētiskai, lai novērstu gāzes noplūdi. No otras puses, sistēmai jābūt izgatavotai no nerūsējošiem materiāliem, piemēram, PVC vai nerūsējošā tērauda, ​​lai izvairītos no ūdens un sērūdeņraža bojājumiem.

- Fermentācijas tvertne

Var izmantot plastmasas mucu vai tvertni, kuras ietilpība būs atkarīga no pārstrādājamo organisko atkritumu daudzuma. Šai tvertnei jābūt hermētiskam vākam, vai, ja tāda nav, vākam jābūt aizzīmogotam ar augstas temperatūras izturīgu plastmasas līmi.

Tvertnei jābūt četrām caurumiem, un visām tajās uzstādītajām instalācijām jābūt aizzīmogotām ar silikona ar augstu temperatūru.

Iekraušanas pārsegs

Šis caurums atrodas tvertnes vāciņa centrā, tam jābūt vismaz 4 collas garam un jāuzstāda vītņots sanitārais spraudnis. Šis spraudnis tiks savienots ar 4 collu PVC cauruli, kas tvertnē ienāks vertikāli līdz 10 cm pirms apakšas.

Šī ieeja kalpos iepriekš sasmalcinātu vai sasmalcinātu organisko atkritumu iekraušanai.

Notekūdeņu kanalizācijas caurums 1

Ir svarīgi atcerēties, ka 25% no tvertnes vietas jāatstāj brīva gāzes uzkrāšanās, tāpēc sānos šajā līmenī ir jāatver caurums. Šajā caurumā ar krānu tiks uzstādīts tvertnes adapteris ar 2 collu PVC caurules segmentu, kura garums ir 15 cm.

Šīs notekas funkcija ir ļaut virspusējam biolam izkļūt, tiklīdz tvertne tiek uzlādēta caur iekraušanas vāku. Biola jāuzglabā piemērotos traukos vēlākai lietošanai.

Notekūdeņu kanalizācijas caurums 2

Šai otrajai notekai jāiet tvertnes apakšā, lai iegūtu fermentētā produkta (biosola) blīvāko daļu. Tāpat tiks izmantots 2 collu PVC caurules segments, kura garums ir 15 cm, ar krānu.

Biogāzes izvads

Tvertnes augšpusē tiks izgriezts 1/2 collu caurums, lai, izmantojot tvertnes adapteri, uzstādītu vienāda diametra PVC cauruli. Šīs caurules izplūdes vietā būs krāns.

- Biogāzes novadīšanas un attīrīšanas sistēma

Biogāzes izplūdes caurulei jābūt vismaz 1,5 m garai, lai savā ceļā varētu ievietot ūdens un sērūdeņraža ieguves sistēmas. Pēc tam šo cauruli var pagarināt, ja nepieciešams, lai gāzi nogādātu tās glabāšanas vai lietošanas vietā.

Ūdens ieguve

Lai noņemtu ūdeni no izplūdes atveres, caurule jāpārtrauc 30 cm attālumā, lai tajā ievietotu plastmasas vai stikla trauku ar hermētisku vāku. Gāzes pārvades caurulei ir jābūt apvedceļam caur T savienojumu, lai gāze varētu iekļūt tvertnē.

Tādā veidā gāze piepilda trauku, ūdens kondensējas un gāze turpina ceļu caur cauruli.

Sērūdeņraža ieguve

Pēc ūdens slazda nākamajos 30 cm ar atbilstošajiem samazinājumiem ievieto 4 collu caurules segmentu. Šis segments jāaizpilda ar dzelzs skaidu vai komerciāliem metāla sūkļiem.

Sērūdeņradis reaģēs ar metālu un nogulsnēsies, savukārt biogāze turpinās ceļu uz uzglabāšanas konteineru vai lietošanas vietu.

Atsauces

1. Aparcana-Robles S un Jansen A (2008). Pētījums par anaerobās fermentācijas procesa produktu mēslošanas vērtību biogāzes ražošanai. Germna ProfEC. 10 lpp.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesteri. Monogrāfija. Hidalgo pavalsts autonomās universitātes Pamatzinātņu un inženierzinātņu institūts. Minerāls de la Reforma, Hidalgo, Meksika. 64 lpp.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G un Simon M (2013). Mikrobu anaerobā sagremošana (biogregotāji) kā pieeja dzīvnieku atkritumu dezinfekcijai piesārņojuma kontrolē un atjaunojamās enerģijas iegūšanai. Starptautiskais vides pētījumu un sabiedrības veselības žurnāls 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y un González-Salcedo LO (2009). Biodiģenerētāju dizaina pamati. Lauksaimniecības konstrukciju priekšmeta modulis. Kolumbijas Nacionālās universitātes Inženierzinātņu un administrācijas fakultāte, Palmira galvenā mītne. Palmira, Kolumbija. 31 lpp.
5. Pérez-Medel JA (2010). Biodiģeneratora izpēte un dizains izmantošanai mazajos un piensaimniekos. Atmiņas. Čīles Universitātes Fizikālo un matemātisko zinātņu fakultātes Mašīnbūves katedra. Santjago de Čīle, Čīle. 77 lpp.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C un Kistemann T (2009). Higiēniskais efekts un gāzes ražošana plastmasas bioreaktoros tropiskos apstākļos. Journal of Water and Health 7: 590–596.