БИОДИГЕСТЕР: ЗА КАКВО Е, ВИДОВЕ, ПРЕДИМСТВА, НЕДОСТАТЪЦИ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

А biodigester е затворен резервоар, където метан и органичен тор се генерират от анаеробна ферментация на органични вещества. Биологичната основа е разграждането на органичната материя чрез действието на бактериите чрез хидролиза, подкисляване, ацетаногенеза и метаногенеза.

Биодигестерът осигурява контролирани условия, необходими за процеса на биодигистрация. След този процес се получават биогаз (метан, въглероден диоксид, азот и сероводород), биосол (твърд тор) и биол (течен тор) като крайни продукти.

Система за биогаз. Източник: Renergon International AG

Основната операция започва от добавяне на органични отпадъци и вода в херметичен контейнер, в който се генерира процес на анаеробна ферментация. След това биогазът се извлича за съхранение, директна употреба или като тор.

Трите основни типа биодигери според тяхната система за зареждане са прекъснати, полу-непрекъснати и непрекъснати. Партидните биодигестери се зареждат с органични отпадъци само веднъж във всеки производствен процес, след което торът се извлича, за да започне друг цикъл.

Тези с полу-непрекъснато натоварване, се зареждат в редовни периоди, извличайки количеството тор, еквивалентно на натоварения обем. Непрекъснатите системи са промишлени инсталации с постоянно натоварване на органични вещества, както и добив на биогаз и тор.

Сред предимствата на биодизерите са позволяването на правилно управление на органичните отпадъци, рециклирането им и намаляване на рисковете за околната среда. Освен това се произвеждат енергия (биогаз) и органични торове, което генерира икономическа и екологична стойност.

Съществуват обаче и някои недостатъци като консумацията на вода, трудността при поддържане на идеалните температурни нива и наличието на вредни вещества (сероводород, силоксени). Той също така подчертава натрупването на суровина в близост до района и рисковете от експлозии.

Можете да изградите сравнително евтин домашен биодигистър и да преработвате органични кухненски отпадъци. Това изисква само варел с херметичен капак и някои водопроводни материали (PVC тръби, спирателни кранове, наред с други).

В по-голям мащаб в къщите в селските райони най-икономичната и сравнително лесна за изграждане система е колбасът. Тази система основно се състои от запечатан полиетиленов плик със съответните връзки.

За какво е

- Обработка и рециклиране на органични отпадъци

Биодигестерите са много полезни технологични алтернативи от гледна точка на устойчивото управление на органичните отпадъци и производството на възобновяема енергия. Например, те предоставят алтернатива за рециклирането на твърди и течни органични отпадъци, което се трансформира в суровина за биодигра.

По този начин рециклирането на органични отпадъци намалява замърсяващото му въздействие и генерира спестявания при управлението му. Биодигестерите се използват за пречистване на отпадъчни води, градска обработка на твърди органични отпадъци и селскостопански и животински отпадъци.

- Производство на биогаз и биоторове

Процесът на анаеробно храносмилане генерира биогаз и органичен тор като продукти.

биогаз

Биогазът има около 60% метан, който е висококалорично гориво и може да се използва за производство на енергия. Може да се използва за готвене, генериране на електрическа енергия (газови турбини), движещи се двигатели или отопление.

Биотор

Биоторите, получени в резултат от биодигестерите, се получават в състояние (биосол) и течност (биол) с високи нива на макро и микроелементи. Основните макронутриенти (фосфор, азот и калий) могат да бъдат получени изолирано от биола чрез процеси на ултрафилтрация и обратна осмоза.

Biol съдържа значителни количества хормони на растежа, полезни за развитието на растенията, като индол-оцетна киселина, гибберелини и цитокинини, наред с други.

Как работи

Биодигестерът работи като генерира процес на биогазификация чрез анаеробно храносмилане, от разлагане на хидратираната органична материя и при липса на въздух. Това става чрез процес на ферментация, чиито основни продукти са метан (CH4) и въглероден диоксид (CO2).

- Зареждане на биодигреса и разклащане

Извършва се през зареждащия резервоар, който се състои от резервоар, в който органичната материя се подготвя за добавяне през тръбата за зареждане към биодиграфа.

Обработка на органични вещества и товар

Биодигестерът трябва периодично да се подхранва с органична материя и достатъчно вода за неговата носеща способност. В този смисъл 25% от обема на биодигеста трябва да бъде оставен свободен за натрупване на произведения газ.

От своя страна видът и качеството на органичната материя също ще повлияят на производителността и използването или не на твърди и течни отпадъци като тор. Някои органични отпадъци могат да причинят проблеми в процеса на ферментация, като остатъци от цитрусови плодове, които могат да подкисляват средата твърде много.

Материалът трябва да бъде натрошен или намален до възможно най-малкия размер, а за да се улесни ферментацията, сместа трябва да съдържа 75% вода и 25% органична материя. Той трябва да се разбърква периодично, за да се гарантира хомогенността на процеса на ферментация в сместа.

Температура и време на задържане

Времето на задържане на органичната материя в биодигеста за постигане на пълната й ферментация ще зависи от вида на това и температурата. Колкото по-висока е температурата на околната среда, толкова по-бърза ще бъде ферментацията (например при 30 ° C може да отнеме около 20 дни, за да се презареди биодигра).

- Анаеробно храносмилане

Анаеробно храносмилане. Източник: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Бактериите действат в процеса, който изисква подходящи условия на околната среда, като липсата на въздух, температури над 20 ° C (в идеалния случай 30-35 ° C) и среда, която не е много кисела. При тези условия се развиват три фази:

хидролиза

В този процес действат хидролитични бактерии, които отделят извънклетъчни ензими. Следователно сложните вериги от въглехидрати, протеини и липиди се разграждат на по-малки разтворими парчета (захари, аминокиселини и мазнини).

Етап на подкисляване или ферментация

Разтворимите съединения от предишната фаза се ферментират до летливи мастни киселини, алкохоли, водород и CO2.

Acetanogenesis

Ацетогенните бактерии влизат в игра, които окисляват органичните киселини като източник на въглерод. Те генерират оцетна киселина (CH3COOH), водород (H2) и въглероден диоксид (CO2) и неприятните миризми се получават от присъствието на сероводород.

Образуване на метан или метаногенна фаза

В последната фаза действат метаногенните бактерии, които разлагат продуктите на ацетаногенезата, генерирайки метан. В природата тези бактерии действат в блатата, водната среда и в стомаха на преживните животни.

В края на тази фаза сместа съдържа метан (45 до 55%), въглероден диоксид (40 до 50%), азот (2 до 3%) и сероводород (1,5 до 2%).

- Изхвърляне от биодигра

Скоростта на производство на биогаз и торове зависи от вида биодигестер, органичното вещество, което го подхранва, и температурата. Биогазът се натрупва в горната част на биодигеста и се извлича през тръби до резервоари за съхранение.

След като ферментацията приключи, утайката (смес от твърди вещества и течност) се извлича през тръби. Изхвърлянето се произвежда по принципа на съобщаване на съдове, тоест при зареждане на нов материал налягането прави излишъкът да излиза от противоположната страна.

Съотношението между количеството въведен материал (органични отпадъци и вода) и изходния продукт (биосол и биол) е почти 1: 0,9. Това е еквивалентно на 90% добив, където най-високият дял съответства на биола (течността).

- Биогаз: пречистване

Полученият газ трябва да бъде пречистен, за да се елиминира или намали съдържанието на сероводород и вода, като се използват капани за улавяне на двете съединения. Това е необходимо, за да се намали рискът от повреда на оборудването поради корозионната сила на тези компоненти.

Воден капан

Водата, отнесена от биогаза, се утаява, когато тръбата се отвори към по-голямо пространство, а газът продължава през друго свиване. Тази тръба завършва в голям и херметичен контейнер, за да съдържа водата, която по-късно се извлича от дренажен кран в долната част.

Водороден сулфиден капан

Процесът за извличане на сероводорода от биогаза е подобен на този на водния капан, но капанът, вкаран в пътя на тръбата, трябва да съдържа железни стърготини или гъби. Когато биогазът преминава през желязния слой, сероводородът реагира с него и се утаява.

- Тор: разделяне и компостиране

Сместа от биосол и биол се подлага на процес на декантиране, за да се разделят двата компонента. Биосолът може да се използва самостоятелно или да следва процес на смесване с компостиране за по-късна употреба като твърд тор.

Биолът се използва като течен листен тор или се добавя към водата за напояване, което го прави много полезен в хидропонните системи.

Видове

Производство на биогаз в Германия. Източник: Volker Thies (Asdrubal)

Биодигестерите се класифицират според периодичността им на натоварване и структурна форма. Поради честотата на зареждане имаме:

- Прекъснат

Прекъснатата или партидна система се състои от херметичен резервоар, който е напълно зареден и не се презарежда, докато не спре производството на биогаз. Газът се натрупва в плаващ колектор, прикрепен към горната част на резервоара (газометър).

Този вид биодигестер се използва, когато наличието на органични отпадъци е периодично.

- Полу-непрекъснато

За разлика от прекъснатата система, товаренето и разтоварването се извършват в определени моменти по време на процеса на производство на биогаз. Според системата за изграждане има три основни типа:

Биодигестер с балон или наденица

Нарича се още тайвански и се състои от плоска яма, облицована с бетон, в която е монтирана полиетиленова торба или цилиндър. В тази торба трябва да се монтират връзки за влизане на органични отпадъци и за излизане на биогаз.

Цилиндърът се пълни с вода и въздух и по-късно се добавя натоварването с органични отпадъци.

Фиксирани куполни биодигректори

Това е така нареченият китайски биодизайн и се състои от подземен резервоар, изграден от тухла или бетон. Резервоарът е вертикален цилиндър с изпъкнали или заоблени краища и има система за товарене и разтоварване.

Биогазът се натрупва в пространство, създадено за тази цел под горния купол. Биодигестерът работи с променливо налягане на биогаз според производството си.

Плаващ куполен биодигистър

Наричан индуистки биодигистър, той се състои от подземен цилиндричен резервоар със система за товарене и разтоварване. Той е изграден от тухла или бетон, а в горната му част има плаващ резервоар (газомер), в който се натрупва биогаз.

Газометърът от фибростъкло с покритие от неръждаема стомана или пластмаса плава над сместа благодарение на натрупания биогаз. Той има предимството, че поддържа постоянно налягане на газа.

Впоследствие газометърът върви нагоре и надолу в зависимост от нивото на сместа и количеството биогаз. Следователно, той изисква странични парапети или централен направляващ прът, за да се избегне триенето със стените.

- Непрекъснато

В този случай натоварването и разтоварването на биодигеста е непрекъснат процес, който изисква постоянна наличност на органични отпадъци. Те са големи промишлени системи, които обикновено се използват за преработка на битови отпадни води.

За това се използват системи за събиране на резервоари, помпи за прехвърляне в биодигистери и извличане на торове. Биогазът се подлага на филтрираща система и се разпределя чрез пресоване, за да се гарантира разпространението му сред потребителите.

предимство

Рециклиране и замърсяване

Инсталирането на биодигистър позволява рециклиране на органични отпадъци, като по този начин се намалява замърсяването на околната среда и се получават полезни продукти. Що се отнася до селските райони, то е особено важно за управлението на екскретите от животни в животновъдните системи.

Получаване на биогаз

Биогазът представлява ефективен и икономичен енергиен източник, главно в райони, в които наличието на други енергийни източници не е достъпно. В селските райони на икономически депресираните страни готвенето се извършва с дърва за огрев, което влияе върху околната среда.

Наличието на биогаз може да помогне за намаляване на търсенето на дърва за огрев и следователно има положително въздействие върху опазването на биологичното разнообразие.

Производство на торове

С помощта на биодигестери се получават твърди органични торове (биосол) и течни (биол). Тези торове имат по-малко въздействие върху околната среда и намаляват разходите за селскостопанска продукция.

Полезност

Позволявайки правилното управление на органичните отпадъци, рисковете, които представляват за здравето, се намаляват. Определено е, че 85% от патогените не оцеляват в процеса на биодигистрация.

Например, фекалните колиформи при 35 ° С се намаляват с 50-70%, а гъбичките - с 95% за 24 часа. Следователно, като затворен процес, лошите миризми се намаляват.

Недостатъци

Наличие на вода

Системата е взискателна по отношение на наличността на вода, тъй като е необходима смес. От друга страна, биодигистърът трябва да е близо до източника на суровина и мястото на потребление на биогаз.

температура

Биодигестерът трябва да поддържа постоянна температура близо 35 ° C и в граници между 20 и 60 ° C. Следователно може да се изисква външен вход на топлина.

Вредни странични продукти

Той може да произвежда сероводород (H2S), който е токсичен и корозивен, и силиконови производни на силикон, съдържащи се в козметичните продукти и в сместа от органични отпадъци. Тези силоксени генерират SiO2 (силициев диоксид), който е абразивен за машини и компоненти.

Наличието и концентрацията на тези странични продукти зависи от използваната суровина, съотношението вода и твърд субстрат, сред другите фактори.

Натрупване на отпадъци

Необходимо е да се натрупват отпадъци в близост до биодигистрата, което носи със себе си логистични и санитарни проблеми, които трябва да бъдат решени.

Риск от експлозия

Тъй като това е система за генериране на горивен газ, това предполага известен риск от експлозии, ако не се вземат правилните предпазни мерки.

Разходи

Въпреки че поддръжката и експлоатацията на биодигистрата е сравнително евтина, първоначалните разходи за монтаж и строителство могат да бъдат сравнително високи

Как да си направим домашен биодизайн

Домашен биодигистър. Източник: Кевинсорян

Биодигестерът изисква като основни елементи и резервоар за ферментация, товарене и разтоварване на тръбите със съответните им спирателни кранове. Освен това са необходими резервоари за биогаз и тор.

Важно е да се отбележи, че цялата система трябва да бъде херметична, за да се предотврати изтичането на газ. От друга страна, системата трябва да бъде изградена от неръждаеми материали като PVC или неръждаема стомана, за да се избегнат повреди от вода и сероводород.

- Резервоар за ферментация

Може да се използва пластмасова бъчва или резервоар, чийто капацитет ще зависи от количеството органични отпадъци, които ще бъдат преработени. Този резервоар трябва да има херметичен капак или при липса на това, капакът трябва да бъде запечатан с устойчиво на висока температура пластмасово лепило.

Резервоарът трябва да има четири отвора и всички инсталации, направени в тях, трябва да бъдат запечатани с високотемпературен силикон.

Капак за зареждане

Този отвор е в центъра на капачката на резервоара, той трябва да бъде дълъг поне 4 инча и трябва да се монтира санитарна тапа с резба. Този щепсел ще бъде свързан с 4-инчова PVC тръба, която ще влезе в резервоара вертикално до 10 см преди дъното.

Този вход ще служи за зареждане на предварително настъргани или настъргани органични отпадъци.

Отвор за източване на отпадъчни води 1

Важно е да запомните, че 25% от пространството на резервоара трябва да бъде оставено свободно за натрупване на газ, така че трябва да се отвори дупка отстрани на това ниво. В тази дупка ще бъде монтиран адаптер за резервоар със сегмент от 2-инчова PVC тръба с дължина 15 см със спирачка.

Функцията на този дренаж е да позволи на биола на супернатантата да излезе, след като резервоарът се презареди през товарния капак. Биолът трябва да се съхранява в подходящи контейнери за по-късна употреба.

Отвор за оттичане на отпадъчни води 2

Този втори дренаж трябва да отиде на дъното на резервоара, за да се извлече най-плътната част от ферментиралия продукт (биосол). По същия начин ще се използва сегмент от 2-инчова PVC тръба с дължина 15 см със спирачка.

Изход за биогаз

В горната част на резервоара ще бъде изрязан 1/2-инчов отвор, за да се монтира PVC тръба с равен диаметър с помощта на адаптер за резервоар. Тази тръба ще има спирателен кран на изхода.

- Система за извеждане и пречистване на биогаз

Изходната тръба за биогаз трябва да бъде с дължина най-малко 1,5 m, за да се вмъкнат по пътя й системите за извличане на вода и сероводород. След това тази тръба може да бъде удължена, ако е необходимо, за да пренесе газта в мястото му за съхранение или използване.

Добив на вода

За да отстраните водата от изхода, тръбата трябва да бъде прекъсната на 30 см, за да поставите пластмасов или стъклен съд с херметичен капак. Газопреносната тръба трябва да има байпас през Т връзка, за да може газът да проникне в контейнера.

По този начин газът запълва контейнера, водата кондензира и газът продължава своя път през тръбата.

Екстракция на водороден сулфид

След капана на водата в следващите 30 см се вкарва 4-инчов тръбен сегмент чрез съответните редукции. Този сегмент трябва да се напълни с железни стърготини или търговски метални гъби.

Сероводородът ще реагира с метала и се утаява, докато биогазът ще продължи пътуването си до контейнера за съхранение или мястото на употреба.

Препратки

1. Aparcana-Robles S и Jansen A (2008). Проучване на торовата стойност на продуктите от процеса на анаеробна ферментация за производство на биогаз. Germna ProfEC. 10 стр.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Монография. Институт за основни науки и инженерство, Автономен университет на щата Идалго. Минерал де ла Реформа, Хидалго, Мексико. 64 стр.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G и Simon M (2013). Микробно анаеробно храносмилане (биодигести) като подход за дезактивация на животинските отпадъци при контрол на замърсяването и генериране на възобновяема енергия. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y и González-Salcedo LO (2009). Основи за проектиране на биодигерите. Модул за предмета на селскостопанските конструкции. Инженерно-административен факултет, Национален университет в Колумбия, централата на Палмира. Палмира, Колумбия. 31 стр.
5. Перес-Медел JA (2010). Проучване и проектиране на биодигистър за приложение при малки фермери и млекопроизводители. Памет. Катедра по машиностроене, Факултет по физически и математически науки, Университет на Чили. Сантяго де Чили, Чили. 77 стр.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C и Kistemann T (2009). Хигиенни ефекти и производство на газове от пластмасови биодигери при тропически условия. Списание за вода и здраве 7: 590–596.