BIODIGESTER: VAD ÄR DET FÖR, TYPER, FÖRDELAR, NACKDELAR - MILJÖ - 2025

En biodigester är en sluten tank där metangas och organisk gödningsmedel genereras från den anaeroba jäsningen av organiskt material. Den biologiska grunden är nedbrytning av organiskt material genom att bakterier verkar genom hydrolys, försurning, acetanogenes och metanogenes.

Biodigestern ger de kontrollerade förhållandena som är nödvändiga för biodigestionsprocessen. Efter denna process erhålls biogas (metan, koldioxid, kväve och vätesulfid), biosol (fast gödselmedel) och biol (flytande gödningsmedel) som slutprodukter.

Biogas-system. Källa: Renergon International AG

Den grundläggande operationen börjar från att tillsätta organiskt avfall och vatten till en lufttät behållare, i vilken den anaeroba jäsningsprocessen genereras. Biogaserna extraheras sedan för lagring, direkt användning eller som gödningsmedel.

De tre grundläggande typerna av biodigestersmedel enligt deras belastningssystem är diskontinuerliga, halvkontinuerliga och kontinuerliga. Biotillförseln av partier laddas med organiskt avfall endast en gång i varje produktionsprocess, sedan extraheras gödningsmedlet för att starta en annan cykel.

De med halvkontinuerlig belastning lastas i regelbundna perioder och extraherar mängden gödningsmedel motsvarande den belastade volymen. Kontinuerliga system är industrianläggningar med en permanent belastning av organiskt material samt utvinning av biogas och gödselmedel.

Bland fördelarna med biofördelare är att tillåta korrekt hantering av organiskt avfall, återvinna det och minska miljöriskerna. Dessutom produceras energi (biogas) och organiska gödselmedel, vilket ger ett ekonomiskt och miljömässigt värde.

Det finns emellertid också vissa nackdelar såsom vattenförbrukning, svårigheten att bibehålla de ideala temperaturnivåerna och förekomsten av skadliga ämnen (vätesulfid, siloxener). Det belyser också ansamlingen av råmaterial nära området och riskerna för explosioner.

Du kan bygga en relativt billig hemlagad biodigester och bearbeta organiskt köksavfall. Detta kräver endast en tunn med ett hermetiskt lock och vissa VVS-material (PVC-rör, stoppkranar, bland andra).

I större skala är korven i hus på landsbygden det mest ekonomiska och relativt lätt att bygga systemet. Detta system består i princip av en förseglad polyetenpåse med motsvarande anslutningar.

Vad är det för

- Behandling och återvinning av organiskt avfall

Biodigesters är mycket användbara tekniska alternativ ur perspektivet om hållbar hantering av organiskt avfall och produktion av förnybar energi. Till exempel ger de ett alternativ för återvinning av fast och flytande organiskt avfall, som omvandlas till råmaterial för biodigestern.

Återvinning av organiskt avfall på detta sätt minskar dess förorenande påverkan och ger besparingar i hanteringen. Biodigesters används för avloppsrening, urbana organiska avfallsbehandling och jordbruksavfall och boskapsavfall.

- Produktion av biogas och biogödselmedel

Den anaeroba matsmältningsprocessen genererar biogas och organisk gödningsmedel som produkter.

Biogas

Biogas har cirka 60% metangas som är ett högt kaloribränsle och kan användas för energiproduktion. Det kan användas för matlagning, generering av elektrisk energi (gasturbiner), rörliga motorer eller uppvärmning.

biogödsel

Biogödselmedel som härrör från biofördelare erhålls i tillstånd (biosol) och flytande (biol) med höga nivåer av makro- och mikronäringsämnen. Basiska makronäringsämnen (fosfor, kväve och kalium) kan erhållas isolerat från biol genom ultrafiltreringsprocesser och omvänd osmosprocesser.

Biol innehåller betydande mängder tillväxthormoner som är användbara för växtutveckling såsom indol-ättiksyra, gibberelliner och cytokininer, bland andra.

Hur fungerar det

Biodigestern fungerar genom att generera en bioförgasningsprocess genom anaerob matsmältning, från nedbrytning av det hydratiserade organiska materialet och i frånvaro av luft. Detta sker genom en fermenteringsprocess vars huvudprodukter är metangas (CH4) och koldioxid (CO2).

- Laddar biodigestern och skakar

Det utförs genom lastningstanken, som består av en tank i vilken det organiska materialet är beredd att tillsättas genom laddningsröret till biofördjuparen.

Bearbetning av organiskt material och belastning

Biodigestern måste regelbundet matas med organiskt material och tillräckligt med vatten för dess bärförmåga. I detta avseende måste 25% av biodigesterns volym lämnas fri för ackumulering av den producerade gasen.

I sin tur kommer typ och kvalitet på organiskt material också att påverka produktiviteten och användningen eller inte av fast och flytande avfall som gödningsmedel. Vissa organiska avfall kan orsaka problem i jäsningsprocessen, till exempel rester av citrusfrukter som kan sura mediet för mycket.

Materialet måste krossas eller reduceras till minsta möjliga storlek, och för att underlätta jäsning måste blandningen innehålla 75% vatten och 25% organiskt material. Det måste omröras regelbundet för att garantera homogeniteten hos jäsningsprocessen i blandningen.

Temperatur och retentionstid

Retentionstiden för det organiska materialet i biodigestern för att uppnå fullständig jäsning beror på typen av detta och temperaturen. Ju högre omgivningstemperatur, desto snabbare blir jäsningen (till exempel vid 30 ºC kan det ta cirka 20 dagar att ladda biodigestern).

- Anaerob matsmältning

Anaerob matsmältning. Källa: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterier verkar i processen som kräver lämpliga miljöförhållanden såsom frånvaro av luft, temperaturer över 20 ° C (helst 30-35 ° C) och ett medium som inte är särskilt surt. Under dessa förhållanden utvecklas tre faser:

Hydrolys

Hydrolytiska bakterier verkar i denna process som utsöndrar extracellulära enzymer. Därför bryts de komplexa kedjorna med kolhydrater, proteiner och lipider ned i mindre lösliga bitar (socker, aminosyror och fetter).

Försurning eller jäsningssteg

De lösliga föreningarna från den föregående fasen fermenteras till flyktiga fettsyror, alkoholer, väte och CO2.

Acetanogenesis

Acetogena bakterier spelar in som oxiderar organiska syror som kolkälla. De alstrar ättiksyra (CH3COOH), väte (H2) och koldioxid (CO2) och obehagliga lukt produceras genom närvaron av vätesulfid.

Metanbildning eller metanogen fas

I den sista fasen verkar metanogena bakterier som sönderdelar produkterna från acetanogenes, vilket ger metan. I naturen verkar dessa bakterier i träsk, vattenmiljöer och i idisslare.

I slutet av denna fas innehåller blandningen metan (45 till 55%), koldioxid (40 till 50%), kväve (2 till 3%) och vätesulfid (1,5 till 2%).

- Utsläpp från biodigestern

Hastigheten för produktion av biogas och gödselmedel beror på typen av biodigester, det organiska materialet som matar det och temperaturen. Biogas samlas i den övre delen av biodigestern och extraheras genom rör till lagringstankar.

När fermentationen är klar extraheras slammet (en blandning av fasta ämnen och vätska) genom rör. Urladdningen produceras genom principen om att kommunicera fartyg, det vill säga, när man laddar nytt material, trycket gör att överskottet kommer ut från motsatt sida.

Förhållandet mellan mängden material som införts (organiskt avfall och vatten) och produktionen (biosol och biol) är nästan 1: 0,9. Detta motsvarar ett utbyte på 90%, där den högsta andelen motsvarar biol (vätska).

- Biogas: rening

Den producerade gasen måste renas för att eliminera eller minska halten vätesulfid och vatten med fällor för att fånga båda föreningarna. Detta är nödvändigt för att minska risken för skador på utrustningen på grund av korrosionsförmågan hos dessa komponenter.

Vattenfälla

Vattnet som transporteras av biogasen faller ut när röret öppnas till ett större utrymme och gasen fortsätter genom en annan sammandragning. Detta rör slutar i en stor och hermetisk behållare för att innehålla vattnet som senare extraheras av en dräneringshane i den nedre delen.

Hydrogen sulfide Trap

Processen för att utvinna vätesulfid från biogas liknar processen för vattenfällan, men fällan som sätts in i rörets bana måste innehålla järnflisar eller svampar. När biogasen passerar genom järnbädden reagerar vätesulfiden med den och fälls ut.

- Gödselmedel: separering och kompostering

Blandningen av biosol och biol underkastas en dekanteringsprocess för att separera båda komponenterna. Biosolen kan användas ensam eller följa en process med blandning med kompostering för senare användning som fast gödningsmedel.

Biol används som flytande bladgödsel eller tillsätts till bevattningsvatten, vilket gör det mycket användbart i hydroponiska system.

typer

Biogasproduktion i Tyskland. Källa: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesters klassificeras enligt deras belastningsperiodicitet och strukturella form. På grund av dess lastfrekvens har vi:

- Diskontinuerligt

Det diskontinuerliga eller satsvisa systemet består av en lufttät tank som är fulladdad och inte laddas förrän den slutat producera biogas. Gassen samlas i en flytande uppsamlare fäst vid toppen av tanken (gasometer).

Denna typ av biodigester används när tillgängligheten av organiskt avfall är intermittent.

- Halvkontinuerligt

Till skillnad från det diskontinuerliga systemet utförs lastning och lossning vid vissa tider under biogasproduktionsprocessen. Enligt dess konstruktionssystem finns det tre grundtyper:

Biodigester för ballong eller korv

Det kallas också taiwanesiskt och består av en platt betongfodrad grop där en polyetenpåse eller cylinder är installerad. Anslutningar för inträde av organiskt avfall och utlopp av biogas måste installeras i denna påse.

Cylindern fylls med vatten och luft och senare läggs belastningen med organiskt avfall till.

Fixed Dome Biodigesters

Det är den så kallade kinesiska biodigestern och består av en underjordisk tank byggd i tegel eller betong. Tanken är en vertikal cylinder med konvexa eller rundade ändar och har ett lastnings- och lossningssystem.

Biogas samlas i ett utrymme som är upprättat för detta ändamål under den övre kupolen. Biodigestern arbetar med ett varierande tryck av biogas enligt dess produktion.

Flytande kupol biodigester

Den kallas hinduisk biodigester och består av en underjordisk cylindrisk tank med ett lastnings- och lossningssystem. Den är byggd i tegel eller betong och i sin övre del finns en flytande tank (gasometer) i vilken biogasen samlas.

Den rostfritt stål eller plastbelagda glasfibergasometern flyter över blandningen tack vare den ackumulerade biogasen. Det har fördelen att det upprätthåller ett konstant gastryck.

Därefter går gasmätaren upp och ner beroende på blandningens nivå och mängden biogas. Därför krävs det sidoräck eller en central styrstav för att undvika friktion med väggarna.

- Kontinuerlig

I detta fall är lastning och lossning av biodigestern en kontinuerlig process som kräver permanent tillgänglighet av organiskt avfall. Det är stora industriella system som vanligtvis används för bearbetning av samhällsavloppsvatten.

För detta används uppsamlingstanksystem, pumpar för överföring till biofördelare och extraktion av gödselmedel. Biogasen utsätts för ett filtreringssystem och distribueras genom komprimering för att garantera distributionen till användarna.

Fördel

Återvinning och föroreningar

Installation av en biodigester möjliggör återvinning av organiskt avfall, vilket minskar miljöföroreningar och erhåller användbara produkter. När det gäller landsbygden är det särskilt viktigt för hanteringen av djurutsöndringar i boskapssystemen.

Få biogas

Biogas representerar en effektiv och ekonomisk energikälla, främst i områden där tillgången på andra energikällor inte är tillgänglig. På landsbygden i ekonomiskt deprimerade länder görs matlagning med ved som påverkar miljön.

Tillgången på biogas kan bidra till att minska efterfrågan på ved och därför har en positiv inverkan på bevarandet av den biologiska mångfalden.

Gödselproduktion

Med hjälp av biofördelare erhålls fasta organiska gödselmedel (biosol) och vätska (biol). Dessa gödselmedel har lägre miljöpåverkan och minskar kostnaderna för jordbruksproduktion.

HÄLSA

Genom att tillåta korrekt hantering av organiskt avfall minskas riskerna för hälsan. Det har fastställts att 85% av patogenerna inte överlever biofördelningsprocessen.

Exempelvis reduceras fekala koliformer vid 35 ° C med 50-70% och svampar med 95% på 24 timmar. Eftersom det är en stängd process, minskar dålig lukt.

nackdelar

Tillgänglighet för vatten

Systemet är krävande vad gäller tillgänglighet för vatten, eftersom en blandning krävs. Å andra sidan måste biodigestern ligga nära källan till råmaterial och biogasförbrukningsplatsen.

Temperatur

Biodigestern måste hålla en konstant temperatur nära 35 ° C och inom ett intervall mellan 20 och 60 ° C. Därför kan en extern värmeinmatning krävas.

Skadliga biprodukter

Den kan producera vätesulfid (H2S), som är giftig och frätande, och siloxener härrörande från silikon som finns i kosmetiska produkter och i blandningen av organiskt avfall. Dessa siloxener genererar SiO2 (kiseldioxid), som är slipande för maskiner och komponenter.

Närvaron och koncentrationen av dessa biprodukter beror på bland annat råmaterialet, andelen vatten och fast substrat.

Ackumulering av avfall

Det är nödvändigt att ackumulera avfall nära biodigestern, vilket medför logistiska och sanitära problem som måste åtgärdas.

Explosionsrisker

Eftersom det är ett bränslegasgeneratorsystem, innebär det en viss risk för explosioner om inte lämpliga försiktighetsåtgärder vidtas.

Kostar

Även om underhållet och driften av biodigestern är relativt billigt kan de initiala installationskostnaderna och byggkostnaderna vara relativt höga.

Hur man gör en hemgjord biodigester

Hem biodigester. Källa: Kevinsooryan

En biodigester kräver som grundelement och en tank för jäsning, lastning och lossning av rör med sina respektive stoppkranar. Dessutom är tankar för biogas och gödselmedel nödvändiga.

Det är viktigt att notera att hela systemet måste vara lufttätt för att förhindra gasläckage. Å andra sidan måste systemet vara konstruerat av rostfria material som PVC eller rostfritt stål för att undvika skador av vatten och vätesulfid.

- Fermentationstank

En plastfat eller tank kan användas vars kapacitet kommer att bero på mängden organiskt avfall som ska bearbetas. Denna tank måste ha ett hermetiskt lock eller, om inte detta, måste locket tätas med högtemperaturbeständigt plastlim.

Tanken måste ha fyra hål och alla installationer som gjorts i dem måste tätas med högtemperatursilikon.

Laddar omslaget

Detta hål är i mitten av tanklocket, det måste vara minst 4 tum långt och en gängad sanitetsplugg måste installeras. Denna plugg kommer att anslutas till ett 4-tums PVC-rör som kommer in i tanken vertikalt upp till 10 cm före botten.

Denna ingång kommer att tjäna till att ladda det organiska avfallet som tidigare strimlad eller strimlad.

Avloppshål 1

Det är viktigt att komma ihåg att 25% av tankutrymmet måste lämnas fritt för gasansamling, så ett hål måste öppnas i sidan på den nivån. I detta hål kommer en tankadapter med ett segment av 2-tums PVC-rör 15 cm lång att installeras med en stoppkran.

Funktionen för detta avlopp är att låta den supernatanta biolen fly ut när tanken har laddats igenom laddningsluckan. Biol måste lagras i lämpliga behållare för senare användning.

Avloppshål 2

Denna andra avlopp måste gå till botten av tanken för att extrahera den täta delen av den jäsade produkten (biosol). På samma sätt kommer ett segment av 2-tums PVC-rör med en längd på 15 cm att användas med en stoppkran.

Biogasuttag

Ett 1/2-tums hål skärs i tanken för att installera ett PVC-rör med samma diameter med en tankadapter. Detta rör kommer att ha en stoppkran vid utloppet.

- Biogasutlopp och reningssystem

Biogasutloppsröret måste vara minst 1,5 m långt för att sätta in vatten- och vätesulfid-extraktionssystemen i dess bana. Detta rör kan sedan förlängas vid behov för att överföra gasen till dess lagrings- eller användningsplats.

Vattenuttag

För att ta bort vattnet från utloppet måste röret avbrytas 30 cm för att sätta in en plast- eller glasbehållare med ett hermetiskt lock. Gasöverföringsröret måste ha en förbikoppling genom en T-anslutning för att gasen ska tränga in i behållaren.

På detta sätt fyller gasen behållaren, vattnet kondenserar och gasen fortsätter sin väg genom röret.

Hydrogen sulfide extraktion

Efter vattenfällan sätts ett 4-tums rörsegment in i de kommande 30 cm med hjälp av motsvarande reduktioner. Detta segment bör fyllas med järnspån eller kommersiella metallsvampar.

Vätesulfiden reagerar med metallen och fälls ut, medan biogas fortsätter sin resa till lagringsbehållaren eller användningsplatsen.

referenser

1. Aparcana-Robles S och Jansen A (2008). Undersök om gödslingsvärdet för produkterna från den anaeroba jäsningsprocessen för produktion av biogas. Germna ProfEC. 10 sid.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Monografi. Institute of Basic Sciences and Engineering, Autonomous University of the State of Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mexiko. 64 sid.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G och Simon M (2013). Mikrobiell anaerob matsmältning (Bio-Digesters) som en metod för dekontaminering av djuravfall i föroreningsreglering och produktion av förnybar energi. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y och González-Salcedo LO (2009). Grundläggande för design av biodigestersmedel. Modul för ämnet Jordbrukskonstruktioner. Fakulteten för teknik och administration, National University of Colombia, Palmira huvudkontor. Palmira, Colombia. 31 sid.
5. Pérez-Medel JA (2010). Studie och design av en biodigester för applikation hos småbrukare och mjölkproducenter. Minne. Institutionen för maskinteknik, fakulteten för fysikaliska och matematiska vetenskaper, Chile. Santiago de Chile, Chile. 77 sid.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C och Kistemann T (2009). Hygieniska effekter och gasproduktion av bioborttagare av plast under tropiska förhållanden. Journal of Water and Health 7: 590–596.