БІОДИГЕСТЕР: ДЛЯ ЧОГО ЦЕ, ТИПИ, ПЕРЕВАГИ, НЕДОЛІКИ - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Biodigester є закритий резервуар , де газоподібний метан і органічні добрива утворюються з анаеробної ферментації органічних речовин. Біологічна основа - це розкладання органічної речовини дією бактерій шляхом гідролізу, підкислення, ацетаногенезу та метаногенезу.

Біодигестер забезпечує контрольовані умови, необхідні для процесу біологічного засвоєння. Після цього процесу в якості кінцевих продуктів отримують біогаз (метан, вуглекислий газ, азот і сірководень), біосол (тверде добриво) та біол (рідке добриво).

Біогазова система. Джерело: Renergon International AG

Основна операція починається з додавання органічних відходів та води до герметичного контейнера, в якому утворюється процес анаеробного бродіння. Потім біогаз витягується для зберігання, прямого використання або як добриво.

Три основні типи біодигрантів за системою їх завантаження бувають розривними, напівперервними та безперервними. Пакетні біодигректори завантажують органічні відходи лише один раз у кожному виробничому процесі, після чого добриво витягують для початку іншого циклу.

Ті, що отримують напівперервне навантаження, завантажуються в регулярні періоди, витягуючи кількість добрива, еквівалентну завантаженому об'єму. Безперервні системи - це промислові установки з постійним завантаженням органічних речовин, а також видобуток біогазу та добрив.

Серед переваг біодизайнерів - це забезпечення належного поводження з органічними відходами, його переробка та зменшення екологічних ризиків. Крім того, виробляються енергія (біогаз) та органічні добрива, що створює економічну та екологічну цінність.

Однак є і певні недоліки, такі як споживання води, труднощі підтримання ідеальних рівнів температури та наявність шкідливих речовин (сірководень, силоксени). Він також підкреслює накопичення сировини поблизу району та ризики вибухів.

Ви можете побудувати відносно недорогий домашній біодистер, переробляти органічні кухонні відходи. Для цього потрібна лише бочка з герметичною кришкою та деякими сантехнічними матеріалами (труби з ПВХ, пробки, серед інших).

У більших масштабах в будинках у сільській місцевості найбільш економічною та відносно простою системою побудови є ковбаса. Ця система в основному складається з герметичного поліетиленового пакета з відповідними з'єднаннями.

Для чого це

- Обробка та переробка органічних відходів

Біодигранти є дуже корисними технологічними альтернативами з точки зору сталого поводження з органічними відходами та виробництва відновлюваної енергії. Наприклад, вони дають альтернативу переробці твердих і рідких органічних відходів, яка перетворюється на сировину для біодигра.

Утилізація органічних відходів таким чином зменшує його забруднюючий вплив та забезпечує економію в процесі управління. Біодигестери використовуються для очищення стічних вод, переробки твердих органічних відходів у місті, а також сільськогосподарських та тваринницьких відходів.

- Виробництво біогазу та біодобрив

Процес анаеробного перетравлення генерує біогаз та органічні добрива як продукти.

Біогаз

Біогаз містить близько 60% метану, який є висококалорійним паливом і може використовуватися для виробництва енергії. Його можна використовувати для приготування їжі, вироблення електричної енергії (газові турбіни), переміщення двигунів або нагрівання.

Біодобрива

Біодобрива, отримані в результаті біодигрантів, отримують у стані (біосоль) і рідкому (біолі) з високим вмістом макро- і мікроелементів. Основні макроелементи (фосфор, азот і калій) можна отримати ізольовано від біолу шляхом процесів ультрафільтрації та зворотного осмосу.

Біол містить значну кількість гормонів росту, корисних для розвитку рослин, таких як індол-оцтова кислота, гібереліни та цитокініни.

Як це працює

Біодигестер працює, створюючи процес біогазифікації за допомогою анаеробного травлення, розкладаючи гідратовану органічну речовину та за відсутності повітря. Це відбувається за допомогою процесу бродіння, основними продуктами якого є метан (CH4) та вуглекислий газ (CO2).

- Завантаження біодиграстру і струшування

Він здійснюється через завантажувальний бак, який складається з бака, в який готують органічну речовину для додавання через навантажувальну трубку до біодигра.

Переробка органічної речовини та навантаження

Біодигестер повинен періодично живитися органікою і достатньою кількістю води для його несучої здатності. У цьому сенсі для накопичення виробленого газу необхідно залишити 25% об'єму біодигра.

У свою чергу, тип та якість органічних речовин також впливатимуть на продуктивність та використання твердих та рідких відходів як добрива чи ні. Деякі органічні відходи можуть спричинити проблеми в процесі бродіння, наприклад, цитрусові залишки, які можуть занадто сильно підкислити середовище.

Матеріал повинен бути подрібнений або зменшений до найменшого можливого розміру, а для полегшення бродіння суміш повинна містити 75% води та 25% органічної речовини. Його необхідно періодично перемішувати, щоб гарантувати однорідність процесу бродіння в суміші.

Температура та час утримання

Час утримування органічної речовини в біодиефірі для досягнення її повної ферментації буде залежати від типу цього та температури. Чим вище температура навколишнього середовища, тим швидше буде ферментація (наприклад, при 30 ºC, щоб перезарядити біодигра, може зайняти приблизно 20 днів).

- анаеробне травлення

Анаеробне травлення. Джерело: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Бактерії діють в процесі, який вимагає відповідних умов навколишнього середовища, таких як відсутність повітря, температури вище 20 ° C (в ідеалі 30-35 ° C) і середовища, яке не дуже кисле. За цих умов розвиваються три фази:

Гідроліз

У цьому процесі діють гідролітичні бактерії, які виділяють позаклітинні ферменти. Тому складні ланцюги вуглеводів, білків і ліпідів розбиваються на більш дрібні розчинні шматки (цукру, амінокислоти та жири).

Стадія закислення або бродіння

Розчинні сполуки попередньої фази ферментуються до летких жирних кислот, спиртів, водню та СО2.

Ацетаногенез

У гру вступають ацетогенні бактерії, які окислюють органічні кислоти як джерело вуглецю. Вони утворюють оцтову кислоту (CH3COOH), водень (H2) та вуглекислий газ (CO2), а неприємні запахи утворюються присутністю сірководню.

Утворення метану або метаногенна фаза

В останній фазі діють метаногенні бактерії, які розкладають продукти ацетаногенезу, утворюючи метан. У природі ці бактерії діють на болотах, водних середовищах та в шлунку жуйних тварин.

Наприкінці цієї фази суміш містить метан (45–55%), вуглекислий газ (40–50%), азот (2–3%) та сірководень (1,5–2%).

- Вивільнення з біодигра

Швидкість виробництва біогазу та добрив залежить від типу біодигра, органічної речовини, яка його живить, та температури. Біогаз накопичується у верхній частині біодигестру і витягується через труби до резервуарів для зберігання.

Після закінчення бродіння шлам (суміш твердих речовин і рідини) витягується через труби. Розряд виробляється за принципом сполучення посудин, тобто при завантаженні нового матеріалу тиск змушує надлишки виходити з протилежного боку.

Співвідношення між кількістю введеного матеріалу (органічні відходи та вода) та вихідним продуктом (біосол та біол) становить майже 1: 0,9. Це еквівалентно 90% виходу, де найбільша частка відповідає біолу (рідині).

- Біогаз: очищення

Вироблений газ повинен бути очищений для усунення або зменшення вмісту сірководню та води, використовуючи пастки для уловлювання обох сполук. Це необхідно для зменшення ризику пошкодження обладнання через корозійну силу цих компонентів.

Водна пастка

Вода, віднесена біогазом, випадає в осад, коли труба відкривається на більший простір, а газ продовжується через ще одне звуження. Ця труба закінчується у великій і герметичній ємності, щоб містити воду, яка згодом витягується зливним краном у нижній частині.

Пастка сірководню

Процес вилучення сірководню з біогазу схожий з водовідводом, але пастка, вставлена ​​в шлях труби, повинна містити залізні тріски або губки. Коли біогаз проходить через залізне русло, сірководень вступає в реакцію з ним і осідає.

- Добрива: сепарування та компостування

Суміш біосолу та біолу піддають декантації з метою розділення обох компонентів. Біосол можна використовувати окремо або дотримуватися процесу змішування з компостуванням для подальшого використання в якості твердого добрива.

Біол використовується як рідке позакореневе добриво або додається до зрошувальної води, що робить його дуже корисним у гідропонних системах.

Типи

Виробництво біогазу в Німеччині. Джерело: Volker Thies (Asdrubal)

Біодигестери класифікуються за періодичністю завантаження та структурною формою. Завдяки частоті завантаження ми маємо:

- Переривчастий

Переривчаста або партійна система складається з герметичного резервуара, який повністю заряджений і не перевантажений доти, поки він не перестане виробляти біогаз. Газ накопичується у плаваючому колекторі, прикріпленому до верхньої частини бака (газометр).

Цей тип біодигра є застосовується, коли наявність органічних відходів переривчаста.

- напівперервний

На відміну від переривчастої системи, навантаження та вивантаження здійснюються в певний час у процесі виробництва біогазу. За його побудовою є три основні типи:

Повітряна куля або ковбасний біодигра

Його також називають тайваньським і складається з плоскої бетонної ями, де встановлений поліетиленовий пакет або циліндр. З'єднання для введення органічних відходів та виходу біогазу повинні бути встановлені в цьому мішку.

Циліндр наповнюється водою та повітрям, а згодом додається навантаження органічних відходів.

Фіксовані купольні біодиграстри

Це так званий китайський біодигестер і складається з підземного резервуару, побудованого з цегли або бетону. Цистерна являє собою вертикальний циліндр з опуклими або закругленими кінцями і має систему завантаження і вивантаження.

Біогаз накопичується в просторі, створеному для цієї мети під верхнім куполом. Біодигестер працює зі змінним тиском біогазу відповідно до його виробництва.

Плаваючий купольний біодигестер

Називається індуїстським біодиграстром, він складається з підземного циліндричного резервуара з системою навантаження та вивантаження. Він побудований з цегли або бетону, а у його верхній частині є плаваючий бак (газометр), в якому накопичується біогаз.

Газометр зі склопластику з покриттям з нержавіючої сталі або пластмаси плаває над сумішшю завдяки накопиченому біогазу. Він має ту перевагу, що підтримує постійний тиск газу.

Згодом газометр йде вгору і вниз залежно від рівня суміші та кількості біогазу. Тому для цього потрібні бічні рейки або центральний направляючий стрижень, щоб уникнути тертя об стінки.

- Безперервне

У цьому випадку завантаження та вивантаження біодиграстру є безперервним процесом, який вимагає постійної наявності органічних відходів. Це великі промислові системи, які зазвичай використовуються для переробки стічних вод громади.

Для цього використовуються системи збору резервуарів, насоси для передачі в біодигістери та видобування добрив. Біогаз піддається фільтруючої системі і розподіляється шляхом стиснення, щоб гарантувати його розподіл серед користувачів.

Перевага

Переробка та забруднення

Встановлення біодиграстру дозволяє переробляти органічні відходи, зменшуючи таким чином забруднення навколишнього середовища та отримуючи корисну продукцію. Що стосується сільських територій, це особливо важливо для управління екскретами тварин у системах тваринництва.

Отримання біогазу

Біогаз являє собою ефективне та економне джерело енергії, переважно в районах, де доступність інших джерел енергії недоступна. У сільській місцевості економічно депресивних країн приготування їжі проводиться з дровами, що впливає на навколишнє середовище.

Наявність біогазу може допомогти зменшити попит на дрова, а отже, позитивно вплине на збереження біорізноманіття.

Виробництво добрив

За допомогою біодигрантів отримують тверді органічні добрива (біосоль) та рідкі (біол). Ці добрива мають менший вплив на навколишнє середовище та зменшують витрати на виробництво сільського господарства.

Здоров'я

Завдяки правильному поводженню з органічними відходами зменшуються ризики, які вони становлять для здоров’я. Визначено, що 85% хвороботворних мікроорганізмів не переживають процес біологічного засвоєння.

Наприклад, калові коліформи при 35 ° С зменшуються на 50-70%, а гриби - на 95% за 24 години. Тому, будучи закритим процесом, неприємні запахи зменшуються.

Недоліки

Доступність води

Система вимоглива щодо доступності води, оскільки потрібна суміш. З іншого боку, біодигестер повинен бути близьким до джерела сировини та місця споживання біогазу.

Температура

Біодигестер повинен підтримувати постійну температуру, близьку до 35 ° C і в межах від 20 до 60 ° C. Тому може знадобитися зовнішній вхід тепла.

Шкідливі субпродукти

Він може утворювати сірководень (H2S), який є токсичним та агресивним, і силоксени, отримані з силікону, що міститься в косметичних продуктах та в суміші органічних відходів. Ці силоксени утворюють SiO2 (діоксид кремнію), який абразивний для машин та компонентів.

Наявність та концентрація цих побічних продуктів залежить від використовуваної сировини, частки води та твердого субстрату, серед інших факторів.

Накопичення відходів

Потрібно накопичувати відходи поблизу біодиграстру, що приносить із собою матеріально-технічні та санітарні проблеми, які необхідно вирішити.

Ризики вибуху

Оскільки це система генератора паливного газу, вона передбачає певний ризик вибухів, якщо не буде вжито належних заходів безпеки.

Витрати

Хоча технічне обслуговування та експлуатація біодигестру відносно недорогі, початкові витрати на встановлення та будівництво можуть бути відносно високими.

Як зробити саморобний біодиграшник

Домашній біодистер. Джерело: Кевінсоріан

Біодигестер вимагає як основних елементів, так і резервуара для бродіння, завантаження та вивантаження труб з відповідними кранами. Крім того, необхідні резервуари для біогазу та добрив.

Важливо зауважити, що вся система повинна бути герметичною для запобігання витоку газу. З іншого боку, система повинна бути виготовлена ​​з нержавіючих матеріалів, таких як ПВХ або нержавіюча сталь, щоб уникнути пошкодження води та сірководню.

- Цистерна для бродіння

Можна використовувати пластикову бочку або ємність, місткість якої залежатиме від кількості органічних відходів, що підлягають переробці. Цей резервуар повинен мати герметичну кришку або, якщо цього не робити, кришку потрібно герметизувати високотемпературним пластиковим клеєм.

Бак повинен мати чотири отвори, і всі встановлені в них установки повинні бути герметичними силіконом високої температури.

Завантажувальна кришка

Цей отвір знаходиться в центрі ковпачка резервуара, він повинен бути не менше 4 дюймів і повинна бути встановлена ​​різьбова сантехніка. Цей штекер буде підключений до 4-дюймової трубки з ПВХ, яка буде входити в бак вертикально до 10 см перед дном.

Цей вхід служить для завантаження органічних відходів, попередньо подрібнених або подрібнених.

Отвір для зливу стоків 1

Важливо пам’ятати, що 25% місця в резервуарі повинно залишатися вільним для накопичення газу, тому в цьому боці на цьому рівні необхідно відкрити отвір. У цьому отворі буде встановлено танк-адаптер із сегментом 2-дюймової ПВХ-труби завдовжки 15 см із запорним краном.

Функція цього стоку полягає в тому, щоб дозволити біола супернатанту вийти, коли бачок перезарядиться через навантажувальну кришку. Біол повинен зберігатися у відповідних контейнерах для подальшого використання.

Отвір для зливних стоків 2

Цей другий стік повинен піти на дно резервуара, щоб витягти найгустішу частину ферментованого продукту (біосоль). Так само буде використаний сегмент 2-дюймової ПВХ-труби завдовжки 15 см із запорним краном.

Випуск біогазу

У верхній частині резервуару буде вирізаний 1/2-дюймовий отвір, щоб встановити ПВХ трубу рівного діаметру за допомогою адаптера резервуара. Ця труба матиме зупинку на виході.

- система відводу та очищення біогазу

Труба для виведення біогазу повинна бути довжиною не менше 1,5 м, щоб мати можливість вставляти на її шляху системи вилучення води та сірководню. Потім цю трубку можна подовжувати, якщо необхідно, щоб перенести газ у місце її зберігання чи використання.

Видобуток води

Для видалення води з виходу трубу необхідно перервати на 30 см, щоб вставити пластикову або скляну ємність з герметичною кришкою. Труба для передачі газу повинна мати байпас через Т-з'єднання, щоб газ проник у контейнер.

Таким чином газ заповнює контейнер, вода конденсується і газ продовжує свій шлях через трубу.

Видобуток сірководню

Після уловлювання води в наступні 30 см вставляється 4-дюймовий відрізок труби за допомогою відповідних скорочень. Цей сегмент слід заповнити залізними стружками або комерційними металевими губками.

Сірководень буде реагувати з металом і осадом, в той час як біогаз буде продовжувати свій шлях до контейнера для зберігання або місця використання.

Список літератури

1. Aparcana-Robles S та Jansen A (2008). Вивчення мінеральної цінності продуктів анаеробної ферментації для виробництва біогазу. Гермна ПрофЕК. 10 с.
2. Корона-Зуніга I (2007). Біодигестри. Монографія. Інститут фундаментальних наук та техніки, Автономний університет штату Ідальго. Мінеральна де ла Реформа, Ідальго, Мексика. 64 стор.
3. Манай-Лох С, Мамфвелі S, Мейєр Е, Око А, Макака Г і Саймон М (2013). Мікробне анаеробне травлення (біодигестери) як підхід до знезараження тваринних відходів в умовах контролю забруднення та вироблення відновлюваної енергії. Міжнародний журнал екологічних досліджень та охорони здоров'я 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y та González-Salcedo LO (2009). Основи проектування біодигрантів. Модуль до теми сільськогосподарських будівель. Інженерно-адміністративний факультет Національного університету Колумбії, штаб-квартира Пальміри. Пальміра, Колумбія. 31 стор.
5. Перес-Медель JA (2010). Вивчення та проектування біодиграстру для застосування у дрібних фермерів та фермерів молочного виробництва. Пам'ять. Кафедра машинобудування, факультет фізико-математичних наук, Університет Чилі. Сантьяго де Чилі, Чилі. 77 стор.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C і Kistemann T (2009). Гігієнічні ефекти і газовидобуток пластикових біодигестерів в тропічних умовах. Журнал про воду та здоров'я 7: 590–596.