БИОДИГЕСТЕР: ДЛЯ ЧЕГО ОН НУЖЕН, ВИДЫ, ПРЕИМУЩЕСТВА, НЕДОСТАТКИ - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - 2024

Biodigester представляет собой закрытый резервуар , где газообразный метан и органические удобрения образуются из анаэробной ферментации органических веществ. Биологическая основа - это разложение органических веществ под действием бактерий посредством гидролиза, подкисления, ацетаногенеза и метаногенеза.

Биодигестер обеспечивает контролируемые условия, необходимые для процесса биопереваривания. После этого процесса в качестве конечных продуктов получают биогаз (метан, двуокись углерода, азот и сероводород), биозоль (твердое удобрение) и биол (жидкое удобрение).

Биогазовая система. Источник: Renergon International AG.

Основная операция начинается с добавления органических отходов и воды в герметичный контейнер, в котором происходит процесс анаэробной ферментации. Затем биогаз извлекается для хранения, прямого использования или в качестве удобрения.

Три основных типа биодеструкторов в зависимости от их системы загрузки: прерывистые, полунепрерывные и непрерывные. В периодические биохимические установки органические отходы загружаются только один раз в каждом производственном процессе, затем удобрения извлекаются для запуска следующего цикла.

Машины с полунепрерывной загрузкой загружаются регулярно, извлекая количество удобрений, эквивалентное загруженному объему. Системы непрерывного действия - это промышленные предприятия с постоянной загрузкой органических веществ, а также для добычи биогаза и удобрений.

Среди преимуществ биореакторов - возможность надлежащего управления органическими отходами, их переработка и снижение экологических рисков. Кроме того, производится энергия (биогаз) и органические удобрения, которые имеют экономическую и экологическую ценность.

Однако есть и определенные недостатки, такие как потребление воды, сложность поддержания идеального температурного уровня и наличие вредных веществ (сероводород, силоксены). Это также подчеркивает скопление сырья рядом с районом и опасность взрыва.

Вы можете построить относительно недорогой самодельный биодегенератор и перерабатывать органические кухонные отходы. Для этого потребуется только бочка с герметичной крышкой и некоторые сантехнические материалы (трубы из ПВХ, запорные краны и другие).

В более широком смысле, в домах в сельской местности самой экономичной и относительно простой в сборке системой является колбаса. Эта система в основном состоит из герметичного полиэтиленового мешка с соответствующими соединениями.

Для чего это

- Обработка и переработка органических отходов

Биодигестеры - очень полезные технологические альтернативы с точки зрения устойчивого управления органическими отходами и производства возобновляемой энергии. Например, они обеспечивают альтернативу переработке твердых и жидких органических отходов, которые превращаются в сырье для биодигестера.

Переработка органических отходов таким образом снижает их загрязняющее воздействие и позволяет сэкономить на управлении ими. Биодигестеры используются для очистки сточных вод, обработки твердых городских отходов, сельскохозяйственных и животноводческих отходов.

- Производство биогаза и биоудобрений

В процессе анаэробного сбраживания в качестве продуктов образуются биогаз и органические удобрения.

биогаз

Биогаз содержит около 60% газообразного метана, который является высококалорийным топливом и может использоваться для производства энергии. Его можно использовать для приготовления пищи, выработки электроэнергии (газовые турбины), движущихся двигателей или отопления.

Биоудобрения

Биоудобрения, полученные из биодеструкторов, получают в состоянии (биозоль) и в жидком виде (биол) с высоким содержанием макро- и микроэлементов. Основные макроэлементы (фосфор, азот и калий) можно получить отдельно от биол с помощью процессов ультрафильтрации и обратного осмоса.

Biol содержит значительное количество гормонов роста, полезных для развития растений, таких как индолуксусная кислота, гиббереллины и цитокинины, среди прочих.

Как это работает

Биодигестер работает, генерируя процесс биогазификации посредством анаэробного сбраживания, разлагая гидратированное органическое вещество и в отсутствие воздуха. Это происходит в процессе ферментации, основными продуктами которого являются газообразный метан (CH4) и диоксид углерода (CO2).

- Загрузка биодигестера и встряхивание

Он осуществляется через загрузочный резервуар, который состоит из резервуара, в котором органическое вещество подготавливается для добавления через загрузочную трубку в биореактор.

Обработка органических веществ и грузов

Биодигестер необходимо периодически подпитывать органическими веществами и достаточным количеством воды для его несущей способности. В этом смысле 25% объема биореактора необходимо оставить свободными для накопления произведенного газа.

В свою очередь, тип и качество органических веществ также будут влиять на производительность и использование твердых и жидких отходов в качестве удобрений. Некоторые органические отходы могут вызвать проблемы в процессе ферментации, например остатки цитрусовых, которые могут слишком сильно подкислять среду.

Материал необходимо измельчить или измельчить до минимально возможного размера, а для облегчения ферментации смесь должна содержать 75% воды и 25% органических веществ. Его необходимо периодически перемешивать, чтобы гарантировать однородность процесса ферментации в смеси.

Температура и время удерживания

Время удерживания органического вещества в биодигестере для достижения его полной ферментации будет зависеть от его типа и температуры. Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее будет происходить ферментация (например, при 30 ºC может потребоваться около 20 дней, чтобы перезарядить биодеструктор).

- Анаэробное пищеварение

Анаэробное пищеварение. Источник: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

При этом действуют бактерии, которым необходимы подходящие условия окружающей среды, такие как отсутствие воздуха, температура выше 20 ° C (в идеале 30-35 ° C) и не очень кислая среда. В этих условиях развиваются три фазы:

Гидролиз

В этом процессе действуют гидролитические бактерии, которые секретируют внеклеточные ферменты. Следовательно, сложные цепи углеводов, белков и липидов распадаются на более мелкие растворимые части (сахара, аминокислоты и жиры).

Стадия подкисления или ферментации

Растворимые соединения предыдущей фазы ферментируются до летучих жирных кислот, спиртов, водорода и CO2.

Acetanogenesis

В игру вступают ацетогенные бактерии, которые окисляют органические кислоты как источник углерода. Они выделяют уксусную кислоту (CH3COOH), водород (H2) и двуокись углерода (CO2), а присутствие сероводорода вызывает неприятные запахи.

Образование метана или метаногенная фаза

На последнем этапе действуют метаногенные бактерии, которые разлагают продукты ацетаногенеза с образованием метана. В природе эти бактерии действуют на болотах, в водной среде и в желудках жвачных животных.

В конце этой фазы смесь содержит метан (от 45 до 55%), диоксид углерода (от 40 до 50%), азот (от 2 до 3%) и сероводород (от 1,5 до 2%).

- Выделение из биореактора

Скорость производства биогаза и удобрений зависит от типа биореактора, органического вещества, которое его питает, и температуры. Биогаз накапливается в верхней части биодигестера и по трубам выводится в резервуары для хранения.

После завершения ферментации осадок (смесь твердых веществ и жидкости) извлекается по трубам. Выгрузка производится по принципу сообщающихся сосудов, то есть при загрузке нового материала давление заставляет излишки выходить с противоположной стороны.

Соотношение количества вводимого материала (органические отходы и вода) к количеству конечного продукта (биозоль и биол) составляет почти 1: 0,9. Это эквивалентно выходу 90%, где наибольшая доля соответствует биолу (жидкости).

- Биогаз: очистка

Произведенный газ необходимо очищать, чтобы исключить или уменьшить содержание сероводорода и воды, используя ловушки для улавливания обоих соединений. Это необходимо для снижения риска повреждения оборудования из-за коррозионной активности этих компонентов.

Водяная ловушка

Вода, уносимая биогазом, выпадает в осадок, когда труба открывается в большее пространство, и газ проходит через другое сужение. Эта труба заканчивается большим и герметичным резервуаром, в котором содержится вода, которая впоследствии удаляется сливным краном в нижней части.

Ловушка сероводорода

Процесс извлечения сероводорода из биогаза аналогичен процессу водоотделения, но ловушка, вставленная на пути трубопровода, должна содержать железную стружку или губки. Когда биогаз проходит через слой железа, сероводород реагирует с ним и выпадает в осадок.

- Удобрение: сепарация и компостирование

Смесь биозоля и биола подвергается процессу декантации для разделения обоих компонентов. Биозоль можно использовать отдельно или в процессе смешивания с компостированием для последующего использования в качестве твердого удобрения.

Биол используется как жидкое удобрение для листвы или добавляется в поливную воду, что делает его очень полезным в гидропонных системах.

Типы

Производство биогаза в Германии. Источник: Фолькер Тис (Асдрубал)

Биодигестеры классифицируются по периодичности нагружения и структурной форме. Благодаря частоте его загрузки мы имеем:

- прерывистый

Прерывистая или периодическая система состоит из герметичного резервуара, который полностью заряжен и не перезагружается до тех пор, пока не прекратится производство биогаза. Газ накапливается в плавающем коллекторе, прикрепленном к верхней части резервуара (газометре).

Этот тип биодигестера используется, когда наличие органических отходов непостоянно.

- полунепрерывный

В отличие от прерывистой системы, загрузка и разгрузка выполняются в определенные моменты в процессе производства биогаза. По своей строительной системе можно выделить три основных типа:

Биодигестер баллона или колбасы

Он также называется тайваньским и представляет собой плоскую яму, выложенную бетоном, в которую устанавливается полиэтиленовый мешок или цилиндр. В этом мешке должны быть установлены соединения для входа органических отходов и выхода биогаза.

Цилиндр заполняется водой и воздухом, а затем добавляется загрузка органических отходов.

Стационарные купольные биореакторы

Это так называемый китайский биодигестер, состоящий из подземного резервуара, построенного из кирпича или бетона. Цистерна представляет собой вертикальный цилиндр с выпуклыми или закругленными концами и имеет систему загрузки и разгрузки.

Биогаз накапливается в специально отведенном для этого пространстве под верхним куполом. Биодигестер работает с переменным давлением биогаза в зависимости от его производства.

Биодигестер с плавающим куполом

Названный индуистским биодигестером, он состоит из подземного цилиндрического резервуара с системой загрузки и разгрузки. Он построен из кирпича или бетона, а в его верхней части находится плавучий резервуар (газометр), в котором скапливается биогаз.

Газометр из стекловолокна с покрытием из нержавеющей стали или пластика плавает над смесью благодаря накопившемуся биогазу. Его преимущество заключается в том, что он поддерживает постоянное давление газа.

Впоследствии газометр поднимается и опускается в зависимости от уровня смеси и количества биогаза. Следовательно, для этого требуются боковые направляющие или центральный направляющий стержень, чтобы избежать трения о стенки.

- Непрерывный

В этом случае загрузка и разгрузка биодигестера является непрерывным процессом, который требует постоянного наличия органических отходов. Это крупные промышленные системы, обычно используемые для обработки коммунальных сточных вод.

Для этого используются системы сборных резервуаров, насосы для перекачки в биореакторы и экстракции удобрений. Биогаз подвергается системе фильтрации и распределяется путем сжатия, чтобы гарантировать его распределение пользователям.

преимущество

Переработка и загрязнение

Установка биодигестера позволяет перерабатывать органические отходы, тем самым уменьшая загрязнение окружающей среды и получая полезные продукты. В случае сельских районов это особенно важно для управления фекалиями животных в животноводческих системах.

Получение биогаза

Биогаз представляет собой эффективный и экономичный источник энергии, в основном в районах, где недоступны другие источники энергии. В сельских районах экономически депрессивных стран приготовление пищи осуществляется на дровах, что наносит вред окружающей среде.

Наличие биогаза может помочь снизить спрос на дрова и, следовательно, оказать положительное влияние на сохранение биоразнообразия.

Производство удобрений

С помощью биодобавок получают твердые органические удобрения (биозоль) и жидкие (биол). Эти удобрения оказывают меньшее воздействие на окружающую среду и снижают затраты на сельскохозяйственное производство.

целительное

Правильное обращение с органическими отходами снижает риск, который они представляют для здоровья. Было установлено, что 85% патогенов не выживают в процессе биопереваривания.

Например, количество фекальных колиформ при 35 ° C уменьшается на 50-70%, а грибков - на 95% за 24 часа. Таким образом, поскольку это закрытый процесс, неприятные запахи уменьшаются.

Недостатки

Наличие воды

Система требовательна к доступности воды, так как требуется смесь. С другой стороны, биореактор должен находиться близко к источнику сырья и месту потребления биогаза.

температура

Биодигестер должен поддерживать постоянную температуру около 35 ° C и в диапазоне от 20 до 60 ° C. Следовательно, может потребоваться внешний подвод тепла.

Вредные побочные продукты

Он может выделять сероводород (H2S), который является токсичным и едким, а также силоксены, полученные из силикона, содержащегося в косметических продуктах и ​​в смеси органических отходов. Эти силоксены генерируют SiO2 (диоксид кремния), который является абразивным веществом для оборудования и компонентов.

Присутствие и концентрация этих побочных продуктов зависит от используемого сырья, доли воды и твердого субстрата, среди других факторов.

Накопление отходов

Необходимо накапливать отходы рядом с биодигестером, что влечет за собой логистические и санитарные проблемы, которые необходимо решать.

Риски взрыва

Поскольку это система генератора топливного газа, она предполагает определенный риск взрыва, если не будут приняты надлежащие меры предосторожности.

Расходы

Хотя обслуживание и эксплуатация биодигестера относительно недороги, первоначальные затраты на установку и строительство могут быть относительно высокими.

Как сделать самодельный биодигестер

Домашний биопереработчик. Источник: Кевинсурян

Биодигестер требует в качестве основных элементов резервуара для ферментации, загрузки и разгрузки труб с соответствующими запорными кранами. Кроме того, необходимы емкости для биогаза и удобрений.

Важно отметить, что вся система должна быть герметичной, чтобы предотвратить утечку газа. С другой стороны, система должна быть изготовлена ​​из нержавеющих материалов, таких как ПВХ или нержавеющая сталь, чтобы избежать повреждения водой и сероводородом.

- Бак для брожения

Можно использовать пластиковую бочку или резервуар, емкость которых будет зависеть от количества перерабатываемых органических отходов. Этот резервуар должен иметь герметичную крышку или, в противном случае, крышку необходимо заклеить термостойким пластиковым клеем.

В резервуаре должно быть четыре отверстия, и все установки, выполненные в них, должны быть герметизированы высокотемпературным силиконом.

Крышка загрузки

Это отверстие находится в центре крышки бака, оно должно быть не менее 4 дюймов в длину и должна быть установлена ​​санитарная заглушка с резьбой. Эта заглушка будет подключена к 4-дюймовой трубке из ПВХ, которая будет входить в резервуар вертикально на расстояние до 10 см до дна.

Этот вход будет служить для загрузки ранее измельченных или измельченных органических отходов.

Отверстие для слива сточных вод 1

Важно помнить, что 25% пространства резервуара должно быть оставлено свободным для скопления газа, поэтому на этом уровне сбоку необходимо открыть отверстие. В это отверстие устанавливается переходник для бака с отрезком 2-дюймовой трубы ПВХ длиной 15 см с запорным краном.

Функция этого слива состоит в том, чтобы позволить надосадочной жидкости биол уйти после того, как резервуар пополнен через загрузочную крышку. Биол необходимо хранить в подходящих емкостях для дальнейшего использования.

Отверстие для слива сточных вод 2

Этот второй слив должен идти на дно резервуара, чтобы извлечь наиболее плотную часть ферментированного продукта (биозоль). Аналогичным образом будет использоваться отрезок 2-дюймовой трубы из ПВХ длиной 15 см с краном.

Выход биогаза

В верхней части резервуара будет вырезано отверстие диаметром 1/2 дюйма для установки трубы из ПВХ равного диаметра с использованием переходника для резервуара. У этой трубы на выходе будет запорный кран.

- Система выпуска и очистки биогаза

Отводная труба для биогаза должна быть не менее 1,5 м в длину, чтобы на ее пути можно было ввести системы извлечения воды и сероводорода. Затем эту трубку можно удлинить, если необходимо передать газ в место его хранения или использования.

Добыча воды

Для отвода воды из выпускного отверстия трубу необходимо перерезать на 30 см, чтобы вставить пластиковую или стеклянную емкость с герметичной крышкой. Трубка для передачи газа должна иметь байпас через тройник, чтобы газ мог проникнуть в контейнер.

Таким образом, газ заполняет контейнер, вода конденсируется, и газ продолжает свой путь по трубе.

Извлечение сероводорода

После водоотделителя на следующие 30 см вставляется 4-дюймовый отрезок трубы с соответствующими переходами. Этот сегмент следует заполнить железной стружкой или коммерческими металлическими губками.

Сероводород вступит в реакцию с металлом и выпадет в осадок, в то время как биогаз продолжит свой путь к контейнеру для хранения или месту использования.

Ссылки

1. Апаркана-Роблес С. и Янсен А. (2008). Изучение удобрительной ценности продуктов анаэробного процесса ферментации для производства биогаза. Germna ProfEC. 10 шт.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Монография. Институт фундаментальных наук и инженерии, Автономный университет штата Идальго. Минерал де ла Реформа, Идальго, Мексика. 64 с.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G и Simon M (2013). Микробиологическое анаэробное сбраживание (биореакторы) как подход к обеззараживанию отходов животноводства в борьбе с загрязнением и генерированием возобновляемой энергии. Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здравоохранения 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y и González-Salcedo LO (2009). Основы проектирования биодеструкторов. Модуль по предмету «Сельскохозяйственное строительство». Факультет инженерии и управления, Национальный университет Колумбии, штаб-квартира Пальмира. Пальмира, Колумбия. 31 п.
5. Перес-Медель JA (2010). Исследование и разработка биодигестера для применения на мелких и молочных фермах. Объем памяти. Кафедра машиностроения факультета физико-математических наук Чилийского университета. Сантьяго де Чили, Чили. 77 с.
6. Йен-Фи В.Т., Клеменс Дж., Рехенбург А., Виннерас Б., Ленсен С. и Кистеманн Т. (2009). Гигиенические эффекты и газообразование пластмассовых биореакторов в тропических условиях. Журнал «Вода и здоровье» 7: 590–596.