BIODIGESTER: ZA KAJ GRE, VRSTE, PREDNOSTI, SLABOSTI - OKOLJE

Biodigester je zaprta posoda kjer so metan in organsko gnojilo ustvarjeni z anaerobno fermentacijo organskih snovi. Biološka osnova je razkroj organske snovi z delovanjem bakterij s hidrolizo, zakisanjem, acetanogenezo in metanogenezo.

Biodigestor zagotavlja nadzorovane pogoje, potrebne za proces biodigetike. Po tem postopku se kot končni proizvodi pridobijo bioplin (metan, ogljikov dioksid, dušik in vodikov sulfid), biosol (trdno gnojilo) in biol (tekoče gnojilo).

Bioplinski sistem. Vir: Renergon International AG

Osnovna operacija se začne od dodajanja organskih odpadkov in vode v nepredušno posodo, v kateri nastane proces anaerobne fermentacije. Nato se bioplin pridobi za skladiščenje, neposredno uporabo ali kot gnojilo.

Tri osnovne vrste biodigetrov glede na njihov sistem nalaganja so prekinjene, polkontinuirane in neprekinjene. Šaržne biodigesterje se z organskimi odpadki naložijo samo enkrat v vsakem proizvodnem procesu, nato pa se gnojilo ekstrahira, da se začne nov cikel.

Tisti, ki imajo pol neprekinjeno obremenitev, se nalagajo v rednih obdobjih, pri čemer se pridobi količina gnojila, enakovredna naloženi prostornini. Neprekinjeni sistemi so industrijski obrati s trajno obremenitvijo organskih snovi, pa tudi pridobivanje bioplina in gnojil.

Med prednostmi biogrizarjev je, da omogočajo pravilno ravnanje z organskimi odpadki, njihovo recikliranje in zmanjšanje okoljskih tveganj. Poleg tega se proizvajata energija (bioplin) in organska gnojila, kar ustvarja gospodarsko in okoljsko vrednost.

Vendar pa obstajajo tudi nekatere pomanjkljivosti, kot so poraba vode, težave pri vzdrževanju idealnih temperaturnih ravni in prisotnost škodljivih snovi (vodikov sulfid, silokseni). Poudarja tudi kopičenje surovin v bližini območja in nevarnosti eksplozij.

Lahko zgradite relativno poceni domači biodigester in predelate organske kuhinjske odpadke. Za to je potreben samo sod s hermetičnim pokrovom in nekaj vodovodnih materialov (med drugim tudi PVC cevi, čepke).

V širšem obsegu je v hišah na podeželju najbolj ekonomičen in razmeroma enostaven sistem za gradnjo klobas. Ta sistem v osnovi sestoji iz zaprte polietilenske vrečke z ustreznimi priključki.

Za kaj gre

- Obdelava in recikliranje organskih odpadkov

Biodigosti so zelo koristne tehnološke alternative z vidika trajnostnega ravnanja z organskimi odpadki in proizvodnje obnovljive energije. Na primer, nudijo alternativo za recikliranje trdnih in tekočih organskih odpadkov, ki se pretvorijo v surovino za biodigestor.

Recikliranje organskih odpadkov na ta način zmanjšuje njihov vpliv na onesnaževanje in ustvarja prihranke pri njegovem ravnanju. Biodigester se uporablja za čiščenje odpadnih voda, predelavo trdnih organskih odpadkov v mestih ter za kmetijske in živalske odpadke.

- Proizvodnja bioplina in bio-gnojil

Proces anaerobne prebave ustvarja bioplin in organsko gnojilo kot produkte.

Bioplin

Bioplin ima približno 60% plina metana, ki je visoko kalorično gorivo in ga je mogoče uporabiti za proizvodnjo energije. Uporablja se lahko za kuhanje, pridobivanje električne energije (plinske turbine), premikanje motorjev ali ogrevanje.

Bio gnojila

Bio gnojila, ki izhajajo iz biodigesterjev, se pridobivajo v stanju (biosol) in tekočini (biol) z visoko vsebnostjo makro in mikrohranil. Osnovne makronutriente (fosfor, dušik in kalij) lahko dobimo izolirano iz biola s postopki ultrafiltracije in reverzne osmoze.

Biol vsebuje med drugim velike količine rastnih hormonov, ki so koristni za razvoj rastlin, kot so indol-ocetna kislina, gibberellini in citokinini.

Kako deluje

Biodigester deluje tako, da z anaerobno prebavo ustvarja postopek bioplina, razkraja hidrirano organsko snov in v odsotnosti zraka. To se zgodi s postopkom fermentacije, katerega glavna produkta sta plin metan (CH4) in ogljikov dioksid (CO2).

- Nalaganje biodigestra in tresenje

Izvaja se preko nakladalnega rezervoarja, ki je sestavljen iz rezervoarja, v katerem je pripravljena organska snov, ki jo polnilna cev doda v biodigo.

Predelava organskih snovi in obremenitev

Biodigestor je treba redno hraniti z organsko snovjo in dovolj vode za njegovo nosilnost. V tem smislu mora biti za kopičenje proizvedenega plina ostalo 25% volumna biogoriva.

Vrsta in kakovost organskih snovi bosta prav tako vplivala na produktivnost in uporabo trdnih in tekočih odpadkov kot gnojila ali ne. Nekateri organski odpadki lahko povzročijo težave v procesu fermentacije, na primer ostanki agrumov, ki lahko preveč zakisajo medij.

Material je treba zdrobiti ali zmanjšati na najmanjšo možno velikost, za lažjo fermentacijo pa mora mešanica vsebovati 75% vode in 25% organske snovi. Občasno ga je treba mešati, da se zagotovi homogenost fermentacijskega postopka v mešanici.

Temperatura in čas zadrževanja

Čas zadrževanja organske snovi v biodigradu za dosego njene popolne fermentacije bo odvisen od vrste tega in temperature. Višja kot je temperatura okolice, hitrejša bo fermentacija (na primer pri 30 ° C lahko traja približno 20 dni, da se biodigester napolni).

- anaerobna prebava

Anaerobna prebava. Vir: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterije delujejo v procesu, ki zahteva primerne okoljske pogoje, kot so odsotnost zraka, temperature nad 20 ° C (v najboljšem primeru 30-35 ° C) in ne zelo kislo gojišče. V teh pogojih se razvijejo tri faze:

Hidroliza

Hidrolitične bakterije delujejo v tem procesu, ki izločajo zunajcelične encime. Zato se kompleksne verige ogljikovih hidratov, beljakovin in lipidov razdelijo na manjše topne koščke (sladkorje, aminokisline in maščobe).

Stopnja nakisanja ali fermentacije

Topne spojine prejšnje faze fermentirajo v hlapne maščobne kisline, alkohole, vodik in CO2.

Acetanogeneza

V akcijo pridejo acetogene bakterije, ki oksidirajo organske kisline kot vir ogljika. Proizvajajo ocetno kislino (CH3COOH), vodik (H2) in ogljikov dioksid (CO2), neprijetne vonjave pa nastanejo ob prisotnosti vodikovega sulfida.

Tvorba metana ali metanogena faza

V zadnji fazi delujejo metanogene bakterije, ki razgrajujejo produkte acetanogeneze in ustvarjajo metan. V naravi te bakterije delujejo v močvirjih, vodnih okoljih in v želodcu prežvekovalcev.

Na koncu te faze mešanica vsebuje metan (45 do 55%), ogljikov dioksid (40 do 50%), dušik (2 do 3%) in vodikov sulfid (1,5 do 2%).

- Izpust iz biodigestra

Hitrost proizvodnje bioplina in gnojil je odvisna od vrste biodigestra, organske snovi, ki ga hrani, in temperature. Bioplin se kopiči v zgornjem delu biodigestra in se skozi cevi črpa v hranilnike.

Ko je fermentacija končana, se blato (mešanica trdnih snovi in tekočine) izloči skozi cevi. Izpust se proizvaja po načelu sporočanja posod, torej pri nalaganju novega materiala pritisk povzroči, da presežek izhaja iz nasprotne strani.

Razmerje med količino vnesenega materiala (organskih odpadkov in vode) in proizvodom (biosol in biol) je skoraj 1: 0,9. To je enako 90-odstotnemu donosu, kjer najvišji delež ustreza biolu (tekočini).

- Bioplin: čiščenje

Proizvedeni plin je treba očistiti, da se odstrani ali zmanjša vsebnost vodikovega sulfida in vode z uporabo lovilcev za lovljenje obeh spojin. To je potrebno za zmanjšanje nevarnosti poškodb opreme zaradi korozivne moči teh komponent.

Vodna past

Voda, ki jo odnese bioplin, se obori, ko se cev odpre v večji prostor in plin nadaljuje skozi drugo zožitev. Ta cev se konča v veliki in hermetični posodi, v kateri se nahaja voda, ki jo kasneje v spodnjem delu izloči odtočni petelin.

Vodikova sulfidna past

Postopek pridobivanja vodikovega sulfida iz bioplina je podoben tistemu iz lovilca vode, toda loputa, vstavljena v cev, mora vsebovati železove sekance ali gobice. Ko bioplin prehaja skozi železno dno, vodikov sulfid reagira z njim in se obori.

- Gnojilo: ločevanje in kompostiranje

Zmes biosola in biola se podvrže postopku dekantiranja, da se obe komponenti ločita. Biosol se lahko uporablja sam ali sledi postopku mešanja s kompostiranjem za kasnejšo uporabo kot trdno gnojilo.

Biol se uporablja kot tekoče listno gnojilo ali dodaja namakalni vodi, zato je zelo uporaben v hidroponskih sistemih.

Vrste

Proizvodnja bioplina v Nemčiji. Vir: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesterje razvrščamo glede na njihovo obremenitev in strukturno obliko. Zaradi pogostosti nalaganja imamo:

- Prekinjen

Prekinjen ali serijski sistem je sestavljen iz neprepustne cisterne, ki je popolnoma napolnjena in se ne napolni, dokler ne preneha proizvajati bioplina. Plin se kopiči v plavajočem zbiralniku, pritrjenem na vrhu rezervoarja (plinometer).

Ta vrsta biogoriv se uporablja, kadar je razpoložljivost organskih odpadkov občasno.

- polkontinuirano

Za razliko od diskontinuiranega sistema se nakladanje in razkladanje izvajata ob določenih obdobjih med postopkom proizvodnje bioplina. Glede na njegov sistem gradnje obstajajo tri osnovne vrste:

Biodigestor z balonom ali klobaso

Imenujejo ga tudi tajvanski in je sestavljen iz ravne betonske jame, v katero je nameščena polietilenska vreča ali valj. V tej vreči morajo biti nameščeni priključki za vstop organskih odpadkov in izstop bioplina.

Jeklenka se napolni z vodo in zrakom in kasneje se doda obremenitev organskih odpadkov.

Fiksni biodigester s kupolo

To je tako imenovani kitajski biodigester in je sestavljen iz podzemnega rezervoarja, vgrajenega iz opeke ali betona. Rezervoar je navpični valj z izbočenimi ali zaobljenimi konci in ima sistem za natovarjanje in razkladanje.

Bioplin se kopiči v prostoru, ki je bil v ta namen določen pod zgornjo kupolo. Biodigestor deluje s spremenljivim pritiskom bioplina glede na svojo proizvodnjo.

Plavajoči kupolasti biodigester

Hindujski biodigester, imenovan hindujski sestavljen iz podzemnega valjastega rezervoarja s sistemom za natovarjanje in razkladanje. Zgrajena je iz opeke ali betona, v njenem zgornjem delu pa je plavajoči rezervoar (plinometer), v katerem se kopiči bioplin.

Zahvaljujoč nakopičenemu bioplinu nad mešanico plava nerjavni jekleni ali plastično prevlečeni plinometer iz steklenih vlaken. Prednost ima v tem, da ohranja stalen tlak plina.

Nato se plinometer sega navzgor in navzdol, odvisno od stopnje mešanice in količine bioplina. Zato potrebuje stranske tirnice ali osrednjo vodilno palico, da se prepreči trenje s stenami.

- Nenehno

V tem primeru je nakladanje in razkladanje biodigestra stalen proces, ki zahteva stalno razpoložljivost organskih odpadkov. Gre za velike industrijske sisteme, ki se običajno uporabljajo za predelavo komunalne odpadne vode.

Za to se uporabljajo sistemi za zbiranje rezervoarjev, črpalke za prenos v biodigrade in črpanje gnojil. Bioplin je podvržen filtrirnemu sistemu in se distribuira s stiskanjem, da se zagotovi njegova distribucija uporabnikom.

Prednost

Recikliranje in onesnaževanje

Vgradnja biodigestra omogoča recikliranje organskih odpadkov in s tem zmanjšuje onesnaževanje okolja in pridobivanje koristnih izdelkov. Pri podeželskih območjih je to zlasti pomembno za ravnanje z izločki živali v živinorejskih sistemih.

Pridobivanje bioplina

Bioplin predstavlja učinkovit in ekonomičen vir energije, predvsem na območjih, kjer razpoložljivost drugih virov ni dostopna. V podeželskih območjih gospodarsko zaostrenih držav kuhamo na drva, ki vplivajo na okolje.

Razpoložljivost bioplina lahko pomaga zmanjšati povpraševanje po drva in zato pozitivno vpliva na ohranjanje biotske raznovrstnosti.

Proizvodnja gnojil

S pomočjo biodigesterjev dobimo trdna organska gnojila (biosol) in tekoča (biol). Ta gnojila imajo manjši vpliv na okolje in zmanjšujejo stroške kmetijske proizvodnje.

Zdravje

Z ustreznim ravnanjem z organskimi odpadki se tveganja, ki jih predstavljajo za zdravje, zmanjšajo. Ugotovljeno je bilo, da 85% patogenov ne preživi procesa biodigetike.

Na primer, fekalni koliformi pri 35 ° C se v 24 urah zmanjšajo za 50-70%, glive pa za 95%. Zato se zaradi zaprtega postopka zmanjšujejo slabi vonji.

Slabosti

Razpoložljivost vode

Sistem je zahteven glede razpoložljivosti vode, saj je potrebna mešanica. Po drugi strani mora biti biogoriv blizu izvora surovin in mesta porabe bioplina.

Temperatura

Biodigester mora vzdrževati konstantno temperaturo blizu 35 ° C in v območju med 20 in 60 ° C. Zato bo morda potreben zunanji vnos toplote.

Škodljivi stranski proizvodi

Lahko tvori vodikov sulfid (H2S), ki je strupen in koroziven, in siloksene, pridobljene iz silikona, ki ga vsebujejo kozmetični izdelki in mešanica organskih odpadkov. Ti silokseni tvorijo SiO2 (silicijev dioksid), ki je abraziven za stroje in komponente.

Prisotnost in koncentracija teh stranskih proizvodov je med drugimi dejavniki odvisna od uporabljene surovine, deleža vode in trdnega substrata.

Kopičenje odpadkov

Treba je nabirati odpadke v bližini biodigestra, kar s seboj prinaša logistične in sanitarne težave, ki jih je treba reševati.

Tveganje eksplozije

Ker gre za sistem generatorja goriv, pomeni določeno nevarnost eksplozij, če se ne sprejmejo ustrezni varnostni ukrepi.

Stroški

Čeprav sta vzdrževanje in delovanje biodigestra razmeroma poceni, so začetni stroški namestitve in gradnje lahko razmeroma visoki.

Kako narediti domač biodigester

Domači biodigester. Vir: Kevinsooryan

Biodigestor zahteva osnovne elemente in rezervoar za fermentacijo, natovarjanje in razkladanje cevi z ustreznimi zamaški. Poleg tega so rezervoarji za bioplin in gnojilo potrebni.

Pomembno je upoštevati, da mora biti celoten sistem neprepusten za preprečevanje uhajanja plina. Po drugi strani mora biti sistem izdelan iz nerjavečih materialov, kot sta PVC ali nerjavno jeklo, da ne pride do poškodb vode in vodikovega sulfida.

- Fermentacijska posoda

Uporabite lahko plastični sod ali cisterno, katere zmogljivost bo odvisna od količine organskih odpadkov, ki jih je treba predelati. Ta rezervoar mora imeti hermetičen pokrov ali, če tega ni, mora biti pokrit z visoko temperaturno odpornim plastičnim lepilom.

Rezervoar mora imeti štiri luknje in vse naprave, ki so narejene v njih, morajo biti zapečatene z visokotemperaturnim silikonom.

Pokrov za nalaganje

Ta luknja je na sredini pokrova rezervoarja, dolga mora biti vsaj 4 centimetre in nameščen je navojni sanitarni čep. Ta vtič bo povezan s 4-palčno PVC cevjo, ki bo v rezervoar vstopila navpično do 10 cm pred dnom.

Ta vhod bo služil za nalaganje organskih odpadkov, ki so bili prej zdrobljeni ali zdrobljeni.

Izpustna odprtina za odtok 1

Pomembno si je zapomniti, da mora biti 25% prostora v rezervoarju ostalo prostega za kopičenje plina, zato se mora na tej ravni na strani odpreti luknja. V tej luknji bo nameščen adapter za rezervoar s segmentom 2-palčne PVC cevi dolžine 15 cm s čepom.

Funkcija tega odtoka je, da supernatantni biol uide, ko se rezervoar napolni skozi nakladalni pokrov. Biol mora biti shranjen v primernih posodah za kasnejšo uporabo.

Izpustna odprtina za odtok 2

Ta drugi odtok mora iti na dno rezervoarja, da se izloči najgostejši del fermentiranega proizvoda (biosol). Prav tako bo uporabljen segment 2-palčne PVC cevi dolžine 15 cm s čepom.

Odtok bioplina

V zgornjem delu rezervoarja se bo izrezala 1/2-palčna luknja, da se namesti PVC cevi enakega premera s pomočjo adapterja za rezervoar. Ta cev ima zamašek na izhodu.

- odtok in čistilni sistem za bioplin

Cev za odvod bioplina mora biti dolga najmanj 1,5 m, da lahko na njeno pot vstavite sisteme za črpanje vode in vodikovega sulfida. To cev se lahko nato po potrebi razširi, da se plin prenese v njegovo skladišče ali v uporabo.

Črpanje vode

Če želite odstraniti vodo iz iztoka, je treba na 30 cm prekiniti cev, da vstavite plastično ali stekleno posodo s hermetičnim pokrovom. Cev za prenos plina mora imeti obvod skozi T povezavo, da lahko plin prodre v posodo.

Na ta način plin napolni posodo, voda se kondenzira in plin nadaljuje svojo pot skozi cev.

Pridobivanje vodikovega sulfida

Po lovilcu vode se v naslednjih 30 cm vstavi 4-palčni cevni segment s pomočjo ustreznih redukcij. Ta segment je treba napolniti z železnimi ostružki ali komercialnimi kovinskimi gobicami.

Vodikov sulfid bo reagiral s kovino in oboril, medtem ko bo bioplin nadaljeval pot do zabojnika za skladiščenje ali kraja uporabe.

Reference

Aparcana-Robles S in Jansen A (2008). Študija gnojilne vrednosti produktov anaerobne fermentacije za proizvodnjo bioplina. Germna ProfEC. 10 str.
Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesterji. Monografija. Inštitut za temeljne znanosti in inženiring, Avtonomna univerza v državi Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mehika. 64 str.
Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G in Simon M (2013). Mikrobna anaerobna prebava (bio-digesterji) kot pristop k dekontaminaciji živalskih odpadkov pri nadzoru onesnaževanja in ustvarjanju obnovljive energije. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
Olaya-Arboleda Y in González-Salcedo LO (2009). Osnove za oblikovanje biodigotov. Modul za predmet Kmetijske konstrukcije. Fakulteta za inženirstvo in upravo, Nacionalna univerza v Kolumbiji, sedež Palmira. Palmira, Kolumbija. 31 str.
Pérez-Medel JA (2010). Študija in načrtovanje biodigestra za uporabo pri majhnih kmetovalcih in kmetovalcih. Spomin. Oddelek za strojništvo, Fakulteta za fizične in matematične vede, Univerza v Čilu. Santiago de Chile, Čile. 77 str.
Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C in Kistemann T (2009). Higienski učinki in proizvodnja plina iz plastičnih bio-digesterjev v tropskih pogojih. Časopis za vodo in zdravje 7: 590–596.

BIODIGESTER: ZA KAJ GRE, VRSTE, PREDNOSTI, SLABOSTI - OKOLJE - 2026