BIODIGESTER: NA ČO SLÚŽI, DRUHY, VÝHODY, NEVÝHODY - PROSTREDIE - 2024

Biodigester je uzavretá nádoba, kde metán a organické hnojivo sú generované z anaeróbnou fermentáciou organických látok. Biologickým základom je rozklad organickej hmoty pôsobením baktérií hydrolýzou, okyslením, acetanogenézou a metanogenézou.

Bionigester poskytuje kontrolované podmienky potrebné pre proces biologického trávenia. Po tomto procese sa získajú ako konečné produkty bioplyn (metán, oxid uhličitý, dusík a sírovodík), biosol (tuhé hnojivo) a biol (tekuté hnojivo).

Bioplynový systém. Zdroj: Renergon International AG

Základná operácia sa začína pridaním organického odpadu a vody do vzduchotesnej nádoby, v ktorej sa vytvára proces anaeróbnej fermentácie. Bioplyn sa potom extrahuje na uskladnenie, priame použitie alebo ako hnojivo.

Tri základné typy biodiverzity podľa ich systému nakladania sú diskontinuálne, polokontinuálne a kontinuálne. Dávky šarží sa do organického odpadu vkladajú iba raz v každom výrobnom procese, potom sa hnojivo extrahuje a začne ďalší cyklus.

V prípade polokontinuálneho zaťaženia sa nakladá v pravidelných intervaloch, pričom sa extrahuje množstvo hnojiva, ktoré je ekvivalentné s naloženým objemom. Kontinuálne systémy sú priemyselné zariadenia s trvalým zaťažením organickými látkami, ako aj s ťažbou bioplynu a hnojív.

Medzi výhody biodiverzity patrí umožnenie riadneho nakladania s organickým odpadom, jeho recyklácia a zníženie environmentálnych rizík. Okrem toho sa vyrába energia (bioplyn) a organické hnojivá, ktoré vytvárajú ekonomickú a environmentálnu hodnotu.

Existujú však aj určité nevýhody, ako napríklad spotreba vody, obtiažnosť udržiavania ideálnej teploty a prítomnosť škodlivých látok (sírovodík, siloxény). Zdôrazňuje tiež nahromadenie surovín v blízkosti oblasti a riziká výbuchu.

Môžete si vybudovať relatívne lacný domáci biologickýester a spracovať organický kuchynský odpad. Vyžaduje si to len barel s hermetickým vekom a niektoré inštalačné materiály (okrem iného rúrky z PVC, kohútiky).

Vo vidieckych oblastiach je najhospodárnejším a relatívne ľahko vyrobiteľným systémom klobása vo vidieckych oblastiach. Tento systém v podstate pozostáva z utesneného polyetylénového vrecka so zodpovedajúcimi pripojeniami.

Načo to je

- Spracovanie a recyklácia organického odpadu

Biodigestri sú veľmi užitočnými technologickými alternatívami z hľadiska trvalo udržateľného nakladania s organickým odpadom a výroby obnoviteľnej energie. Poskytujú napríklad alternatívu na recykláciu pevného a tekutého organického odpadu, ktorý sa pre biologickýester transformuje na surovinu.

Recyklácia organického odpadu týmto spôsobom znižuje jeho znečisťujúci vplyv a vytvára úspory v jeho riadení. Biodigestery sa používajú na čistenie odpadových vôd, spracovanie pevného organického odpadu z miest a poľnohospodársky a živočíšny odpad.

- Výroba bioplynu a biofertilizátorov

Proces anaeróbneho trávenia vytvára bioplyn a organické hnojivo ako produkty.

bioplyn

Bioplyn obsahuje okolo 60% metánového plynu, ktorý je vysoko kalorickým palivom a môže sa použiť na výrobu energie. Môže byť použitý na varenie, výrobu elektrickej energie (plynové turbíny), pohybujúce sa motory alebo vykurovanie.

Biofertilizers

Biofertilizátory pochádzajúce z biologických pestovateľov sa získavajú v stave (biosol) a kvapaline (biol) s vysokou hladinou makro a mikroživín. Základné makronutrienty (fosfor, dusík a draslík) je možné získať izolovane od biolu pomocou ultrafiltrácie a reverznej osmózy.

Biol obsahuje významné množstvo rastových hormónov, ktoré sú užitočné pre vývoj rastlín, medzi inými okrem iného kyselina indol-octová, gibberellíny a cytokiníny.

Ako to funguje

Bionigester pracuje tak, že vytvára proces bioplynu prostredníctvom anaeróbnej digescie, z rozkladu hydratovanej organickej hmoty a bez prítomnosti vzduchu. K tomu dochádza fermentačným procesom, ktorého hlavnými produktmi sú plynný metán (CH4) a oxid uhličitý (CO2).

- Naplnenie biodigesteru a trasenie

Uskutočňuje sa cez plniacu nádrž, ktorá pozostáva z nádrže, v ktorej je organická hmota pripravená na pridávanie cez plniacu trubicu do biodigesteru.

Spracovanie organických látok a záťaže

Bionigester musí byť pravidelne zásobovaný organickou hmotou a dostatočným množstvom vody na svoju nosnosť. V tomto zmysle musí byť 25% objemu biodigesteru ponechané voľné na akumuláciu produkovaného plynu.

Druh a kvalita organických látok zasa ovplyvní aj produktivitu a použitie pevného alebo tekutého odpadu ako hnojiva. Niektoré organické odpady môžu spôsobovať problémy vo fermentačnom procese, napríklad zvyšky citrusových plodov, ktoré môžu médium okysľovať príliš veľa.

Materiál musí byť rozdrvený alebo zredukovaný na najmenšiu možnú veľkosť a na uľahčenie fermentácie musí zmes obsahovať 75% vody a 25% organických látok. Musí sa pravidelne miešať, aby sa zaručila homogenita fermentačného procesu v zmesi.

Teplota a retenčný čas

Retenčný čas organickej hmoty v biologickomesteri na dosiahnutie jeho úplnej fermentácie bude závisieť od typu tohto a teploty. Čím vyššia je okolitá teplota, tým rýchlejšie bude fermentácia (napríklad pri 30 ° C to môže trvať asi 20 dní, kým sa biodigester nabije).

- Anaeróbna digescia

Anaeróbna digescia. Zdroj: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Baktérie pôsobia v procese, ktorý si vyžaduje vhodné podmienky prostredia, ako je neprítomnosť vzduchu, teploty nad 20 ° C (ideálne 30-35 ° C) a médium, ktoré nie je príliš kyslé. Za týchto podmienok sa vyvíjajú tri fázy:

hydrolýza

V tomto procese pôsobia hydrolytické baktérie, ktoré vylučujú extracelulárne enzýmy. Preto sú zložité reťazce uhľohydrátov, bielkovín a lipidov rozdelené na menšie rozpustné kúsky (cukry, aminokyseliny a tuky).

Okyslenie alebo kvasenie

Rozpustné zlúčeniny z predchádzajúcej fázy sa fermentujú na prchavé mastné kyseliny, alkoholy, vodík a CO2.

Acetanogenesis

Do hry prichádzajú acetogénne baktérie, ktoré oxidujú organické kyseliny ako zdroj uhlíka. Vytvárajú kyselinu octovú (CH3COOH), vodík (H2) a oxid uhličitý (CO2) a nepríjemné pachy vznikajú prítomnosťou sírovodíka.

Tvorba metánu alebo metanogénna fáza

V poslednej fáze pôsobia metanogénne baktérie, ktoré rozkladajú produkty acetanogenézy a vytvárajú metán. V prírode tieto baktérie pôsobia v močiaroch, vo vodnom prostredí av žalúdku prežúvavcov.

Na konci tejto fázy zmes obsahuje metán (45 až 55%), oxid uhličitý (40 až 50%), dusík (2 až 3%) a sírovodík (1,5 až 2%).

- Vypúšťanie z biodigesteru

Rýchlosť výroby bioplynu a hnojív závisí od typu biodigesteru, organických látok, ktoré ho živia, a teploty. Bioplyn sa hromadí v hornej časti biodigesteru a odvádza sa potrubím do skladovacích nádrží.

Po ukončení fermentácie je kal (zmes tuhých látok a kvapaliny) extrahovaný potrubím. Vypúšťanie sa uskutočňuje na princípe komunikácie nádob, to znamená, že pri nakladaní nového materiálu tlak spôsobuje, že prebytok vychádza z opačnej strany.

Pomer medzi množstvom zavedeného materiálu (organický odpad a voda) a výstupným produktom (biosol a biol) je takmer 1: 0,9. To zodpovedá 90% výťažku, kde najvyšší podiel zodpovedá biolu (tekutine).

- Bioplyn: čistenie

Produkovaný plyn sa musí čistiť, aby sa odstránil alebo znížil obsah sírovodíka a vody pomocou pascí na zachytenie oboch zlúčenín. Je to potrebné na zníženie rizika poškodenia zariadenia v dôsledku korozívneho výkonu týchto komponentov.

Vodný pasca

Voda odvádzaná bioplynom sa zráža, keď sa potrubie otvára do väčšieho priestoru a plyn pokračuje ďalším zúžením. Táto rúrka končí vo veľkej a hermetickej nádobe, v ktorej je obsiahnutá voda, ktorá je neskôr extrahovaná odtokovým kohútom v spodnej časti.

Trap

Proces získavania sírovodíka z bioplynu je podobný ako pri zachytávači vody, ale zachytávač vložený do potrubia musí obsahovať železné štiepky alebo špongie. Keď bioplyn prechádza cez železné lôžko, reaguje s ním sírovodík a zráža sa.

- Hnojivo: separácia a kompostovanie

Zmes biosolu a biolu sa podrobí procesu dekantácie, aby sa oddelili obe zložky. Biosol môže byť použitý samostatne alebo môže nasledovať proces zmiešania s kompostovaním pre neskoršie použitie ako pevné hnojivo.

Biol sa používa ako tekuté listové hnojivo alebo sa pridáva do zavlažovacej vody, čo ho robí veľmi užitočným v hydroponických systémoch.

druhy

Výroba bioplynu v Nemecku. Zdroj: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigestery sú klasifikované podľa periodicity zaťaženia a štruktúrneho tvaru. Kvôli jeho frekvencii načítania máme:

- Nespojité

Diskontinuálny alebo vsádzkový systém pozostáva z vzduchotesnej nádrže, ktorá je úplne nabitá a nenabíja sa, kým neprestane vyrábať bioplyn. Plyn sa hromadí v plávajúcom kolektore pripojenom k ​​hornej časti nádrže (plynomer).

Tento typ biodigesteru sa používa, keď je dostupnosť organického odpadu prerušovaná.

- polopretržité

Na rozdiel od diskontinuálneho systému sa nakladanie a vykladanie vykonáva v určitých časoch počas procesu výroby bioplynu. Podľa konštrukčného systému existujú tri základné typy:

Bionafer s balónikom alebo klobásou

Nazýva sa tiež taiwančina a pozostáva z plochej jamy s betónovou vložkou, v ktorej je nainštalovaný polyetylénový vak alebo valec. V tomto vaku musia byť nainštalované prípojky na vstup organického odpadu a výstup bioplynu.

Valec sa naplní vodou a vzduchom a neskôr sa pridá dávka organického odpadu.

Biodigestery s pevnými kupolami

Je to takzvaný čínsky biodigester a pozostáva z podzemnej nádrže postavenej z tehly alebo betónu. Cisterna je vertikálny valec s vypuklými alebo zaoblenými koncami a má systém nakladania a vykladania.

Bioplyn sa hromadí v priestore zriadenom na tento účel pod hornou kupolou. Bionigester pracuje s premenlivým tlakom bioplynu podľa jeho výroby.

Plávajúci kopulový biodigester

Hovorí sa o hinduistickom biodigestri a pozostáva z podzemnej valcovitej nádrže s nakladacím a vykladacím systémom. Je postavený z tehly alebo betónu av jeho hornej časti je plávajúca nádrž (plynomer), v ktorej sa bioplyn hromadí.

Vďaka akumulovanému bioplynu pláva nad zmesou plynomer zo sklenených vlákien z nehrdzavejúcej ocele alebo plastu. Výhodou je, že udržuje konštantný tlak plynu.

Následne plynomer stúpa a klesá v závislosti od úrovne zmesi a množstva bioplynu. Z tohto dôvodu vyžaduje bočné koľajnice alebo centrálnu vodiacu tyč, aby sa zabránilo treniu so stenami.

- Nepretržité

V tomto prípade je nakladanie a vykladanie biologického odpadu kontinuálnym procesom, ktorý si vyžaduje trvalú dostupnosť organického odpadu. Ide o veľké priemyselné systémy, ktoré sa všeobecne používajú na spracovanie komunálnej odpadovej vody.

Na tento účel sa používajú systémy zberných nádrží, čerpadlá na prenos do biologických zariadení a extrakcia hnojív. Bioplyn je podrobený filtračnému systému a distribuovaný kompresiou, aby bola zaručená jeho distribúcia používateľom.

výhoda

Recyklácia a znečistenie

Inštalácia biodigesteru umožňuje recykláciu organického odpadu, čím sa znižuje znečistenie životného prostredia a získavajú užitočné produkty. V prípade vidieckych oblastí je to osobitne dôležité pre riadenie živočíšnych výkalov v systémoch chovu hospodárskych zvierat.

Získanie bioplynu

Bioplyn predstavuje efektívny a ekonomický zdroj energie, najmä v oblastiach, kde nie je dostupná dostupnosť iných zdrojov energie. Vo vidieckych oblastiach ekonomicky depresívnych krajín sa varí pomocou palivového dreva, ktoré ovplyvňuje životné prostredie.

Dostupnosť bioplynu môže pomôcť znížiť dopyt po palivovom dreve, a preto môže mať pozitívny vplyv na zachovanie biodiverzity.

Výroba hnojív

Prostredníctvom biodigestrov sa získajú pevné organické hnojivá (biosol) a kvapalné (biol). Tieto hnojivá majú menší vplyv na životné prostredie a znižujú náklady na poľnohospodársku výrobu.

zdravost

Umožnením riadneho nakladania s organickým odpadom sa riziká, ktoré pre zdravie predstavujú, znížia. Zistilo sa, že 85% patogénov neprežije proces biologického trávenia.

Napríklad fekálne koliformné formy pri 35 ° C sa znížia o 50 až 70% a huby o 95% za 24 hodín. Preto, keďže ide o uzavretý proces, znižujú sa zápachy.

nevýhody

Dostupnosť vody

Systém je náročný na dostupnosť vody, pretože je potrebná zmes. Na druhej strane musí byť biodigester blízko zdroja surovín a miesta spotreby bioplynu.

teplota

Bionigester musí udržiavať konštantnú teplotu blízku 35 ° C av rozmedzí od 20 do 60 ° C. Preto môže byť potrebný externý prívod tepla.

Škodlivé vedľajšie produkty

Môže vytvárať sírovodík (H2S), ktorý je toxický a žieravý a siloxény odvodené od silikónu obsiahnuté v kozmetických výrobkoch a v zmesi organického odpadu. Tieto siloxény vytvárajú Si02 (oxid kremičitý), ktorý je abrazívny pre stroje a komponenty.

Prítomnosť a koncentrácia týchto vedľajších produktov závisí okrem iného od použitej suroviny, podielu vody a pevného substrátu.

Hromadenie odpadu

Je potrebné akumulovať odpad v blízkosti biodigesteru, čo so sebou prináša logistické a hygienické problémy, ktoré je potrebné riešiť.

Riziká výbuchu

Keďže ide o generátor palivového plynu, znamená to určité riziko výbuchu, ak sa neprijmú správne opatrenia.

náklady

Aj keď je údržba a prevádzka biodiverzity pomerne lacná, počiatočné náklady na inštaláciu a výstavbu môžu byť relatívne vysoké.

Ako si vyrobiť domáci biodigester

Domáci biodigester. Zdroj: Kevinsooryan

Bionigester vyžaduje ako základné prvky a nádrž na fermentáciu, nakladanie a vykladanie potrubí s príslušnými uzatváracími ventilmi. Okrem toho sú potrebné nádrže na bioplyn a hnojivo.

Je dôležité si uvedomiť, že celý systém musí byť vzduchotesný, aby sa zabránilo úniku plynu. Na druhej strane musí byť systém skonštruovaný z nehrdzavejúcich materiálov, ako je PVC alebo nehrdzavejúca oceľ, aby nedošlo k poškodeniu vodou a sírovodíkom.

- Fermentačná nádrž

Môže sa použiť plastový valec alebo nádrž, ktorých kapacita bude závisieť od množstva organického odpadu, ktorý sa má spracovať. Táto nádrž musí mať hermetické veko alebo, v opačnom prípade musí byť viečko utesnené plastovým lepidlom odolným voči vysokej teplote.

Nádrž musí mať štyri otvory a všetky zariadenia v nich vyrobené musia byť utesnené vysokoteplotným silikónom.

Nakladací kryt

Tento otvor je v strede uzáveru nádrže, musí byť dlhý najmenej 4 palce a musí byť namontovaná hygienická zátka so závitom. Táto zástrčka bude pripojená k 4-palcovej trubici z PVC, ktorá vstúpi do nádrže vertikálne až 10 cm pred spodkom.

Tento vstup bude slúžiť na nakladanie predtým rozdrveného alebo rozdrveného organického odpadu.

Vypúšťací otvor pre odpadovú vodu 1

Je dôležité pamätať na to, že 25% priestoru v nádrži musí zostať voľný na akumuláciu plynu, takže otvor musí byť otvorený v tejto úrovni na strane. V tejto diere bude nainštalovaný nádržkový adaptér so segmentom 2-palcového PVC potrubia dlhého 15 cm s uzatváracím kohútom.

Funkciou tohto odtoku je umožniť, aby biomasa supernatantu mohla uniknúť, keď sa nádrž znovu naplní vekom na plnenie. Biol sa musí skladovať vo vhodných nádobách na neskoršie použitie.

Vypúšťací otvor pre odpadové vody 2

Tento druhý odtok musí ísť na dno nádrže, aby sa extrahovala najhustejšia časť fermentovaného produktu (biosol). Podobne sa použije segment 2-palcovej PVC rúrky dlhej 15 cm s uzatváracím kohútom.

Výstup bioplynu

V hornej časti nádrže sa vyreže 1/2-palcový otvor na inštaláciu rúrky z PVC s rovnakým priemerom pomocou adaptéra nádrže. Toto potrubie bude mať na výstupe kohútik.

- systém na výstup a čistenie bioplynu

Výstupná trubica bioplynu musí byť dlhá najmenej 1,5 m, aby sa do jej dráhy vložili systémy na extrakciu vody a sírovodíka. Táto trubica sa potom môže predĺžiť, ak je to potrebné, na prenos plynu do jeho skladu alebo miesta použitia.

Odvod vody

Na odstránenie vody z odtoku musí byť potrubie prerušené na 30 cm, aby sa vložila plastová alebo sklenená nádoba s hermetickým vekom. Rúrka na prenos plynu musí mať obtok cez pripojenie T, aby plyn mohol preniknúť do nádrže.

Týmto spôsobom plyn plní nádobu, voda kondenzuje a plyn pokračuje v ceste potrubím.

Extrakcia sírovodíka

Po zachytávači vody sa pomocou zodpovedajúcich redukcií vloží do nasledujúcich 30 cm 4-palcový rúrkový segment. Tento segment by mal byť vyplnený železnými hoblinami alebo komerčnými kovovými špongiami.

Sirovodík bude reagovať s kovom a zrážať sa, zatiaľ čo bioplyn bude pokračovať v ceste do skladovacieho kontajnera alebo na miesto použitia.

Referencie

1. Aparcana-Robles S a Jansen A (2008). Štúdia o hnojivej hodnote výrobkov procesu anaeróbneho kvasenia na výrobu bioplynu. Germna ProfEC. 10 s.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Monografie. Ústav základných vied a inžinierstva, Autonómna univerzita štátu Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mexiko. 64 s.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G a Simon M (2013). Mikrobiálna anaeróbna digescia (biologické digestory) ako prístup k dekontaminácii živočíšnych odpadov pri kontrole znečisťovania a výrobe obnoviteľnej energie. International Journal of Environmental Environment and Public Health 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y a González-Salcedo LO (2009). Základy navrhovania biodiverzity. Modul pre tému Poľnohospodárske stavby. Fakulta inžinierstva a správy, Národná kolumbijská univerzita, riaditeľstvo Palmira. Palmira, Kolumbia. 31 s.
5. Pérez-Medel JA (2010). Štúdium a návrh biodigesteru na použitie u malých poľnohospodárov a výrobcov mlieka. Pamäť. Katedra strojárstva, Fakulta fyzikálnych a matematických vied, Čilská univerzita. Santiago de Chile, Čile. 77 s.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C a Kistemann T (2009). Hygienické účinky a výroba plynu z plastových biologických digestorov v tropických podmienkach. Journal of Water and Health 7: 590 - 596.