BIODIGESTER: K ČEMU JE, DRUHY, VÝHODY, NEVÝHODY - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Biodigester je uzavřená nádoba, kde metan a organické hnojivo jsou generovány z anaerobní fermentací organických látek. Biologickým základem je rozklad organické hmoty působením bakterií hydrolýzou, okyselením, acetanogenezí a methanogenezí.

Biologický test poskytuje kontrolované podmínky nezbytné pro proces biologického trávení. Po tomto procesu se získají finální produkty bioplyn (metan, oxid uhličitý, dusík a sirovodík), biosol (tuhé hnojivo) a biol (kapalné hnojivo).

Bioplynový systém. Zdroj: Renergon International AG

Základní operace začíná přidáváním organického odpadu a vody do vzduchotěsné nádoby, ve které se vytváří proces anaerobního kvašení. Bioplyn je poté extrahován pro skladování, přímé použití nebo jako hnojivo.

Tři základní typy biologických biologů podle jejich nakládacího systému jsou nespojité, polokontinuální a kontinuální. Dávky šarže biologického odpadu jsou v každém výrobním procesu naplněny organickým odpadem pouze jednou, pak je hnojivo extrahováno a zahájí další cyklus.

U polokontinuálního zatížení se plní v pravidelných intervalech extrakce množství hnojiva ekvivalentního naloženému objemu. Kontinuální systémy jsou průmyslové závody s trvalým množstvím organických látek, jakož i těžba bioplynu a hnojiv.

Mezi výhody biologických biologů patří umožnění řádného nakládání s organickým odpadem, jeho recyklace a snížení environmentálních rizik. Kromě toho se vyrábí energie (bioplyn) a organická hnojiva, která vytvářejí ekonomickou a environmentální hodnotu.

Existují však i určité nevýhody, jako je spotřeba vody, obtížnost udržení ideální teploty a přítomnost škodlivých látek (sirovodík, siloxeny). Zdůrazňuje také hromadění surovin v okolí oblasti a rizika výbuchu.

Můžete si vybudovat relativně levný domácí biodigester a zpracovat organický kuchyňský odpad. To vyžaduje pouze hlaveň s hermetickým víkem a některé vodovodní materiály (PVC trubky, uzavírací kohouty, mimo jiné).

Ve větším měřítku je v domech ve venkovských oblastech nejúspornějším a relativně snadno vyrobitelným systémem klobása. Tento systém v podstatě sestává z utěsněného polyethylenového sáčku s odpovídajícími spoji.

K čemu to je

- Zpracování a recyklace organického odpadu

Biodigestery jsou velmi užitečnými technologickými alternativami z pohledu udržitelného nakládání s organickým odpadem a výroby obnovitelné energie. Například poskytují alternativu pro recyklaci pevného a kapalného organického odpadu, který se přeměňuje na surovinu pro biologickýester.

Recyklace organického odpadu tímto způsobem snižuje jeho znečišťující dopad a přináší úspory v jeho řízení. Biodigestery se používají k čištění odpadních vod, zpracování městského pevného organického odpadu a zemědělského a živočišného odpadu.

- Výroba bioplynu a biofertilizátorů

Proces anaerobní digesce vytváří bioplyn a organické hnojivo jako produkty.

Bioplyn

Bioplyn obsahuje asi 60% methanového plynu, což je vysoce kalorické palivo a lze jej použít k výrobě energie. Může být použit pro vaření, výrobu elektrické energie (plynové turbíny), pohybující se motory nebo topení.

Biofertilizátory

Biofertilizátory pocházející z biologicky aktivních organismů se získávají ve stavu (biosol) a kapalině (biol) s vysokou hladinou makro a mikroživin. Základní makronutrienty (fosfor, dusík a draslík) lze získat izolovaně od biolu ultrafiltrací a reverzní osmózou.

Biol obsahuje významné množství růstových hormonů užitečných pro vývoj rostlin, jako je mimo jiné kyselina indol-octová, gibberelliny a cytokininy.

Jak to funguje

Bionigester pracuje tak, že vytváří bioplynový proces anaerobní digescí, z rozkladu hydratované organické hmoty a v nepřítomnosti vzduchu. K tomu dochází fermentačním procesem, jehož hlavními produkty jsou plynný metan (CH4) a oxid uhličitý (CO2).

- Načtení bionigesteru a třepání

Provádí se přes plnicí nádrž, která se skládá z nádrže, ve které je organická hmota připravena k přidání přes plnicí trubici do biodigesteru.

Zpracování organické hmoty a náplně

Bionigester musí být pravidelně napájen organickou hmotou a dostatečným množstvím vody pro svou nosnost. V tomto smyslu musí být 25% objemu biodigesteru ponecháno volné pro akumulaci produkovaného plynu.

Druh a kvalita organické hmoty zase ovlivní produktivitu a použití či nikoli pevného a kapalného odpadu jako hnojiva. Některé organické odpady mohou způsobovat problémy při procesu kvašení, jako jsou zbytky citrusových plodů, které mohou médium příliš okyselit.

Materiál musí být rozdrcen nebo zredukován na nejmenší možnou velikost a pro usnadnění kvašení musí směs obsahovat 75% vody a 25% organických látek. Aby se zajistila homogenita fermentačního procesu ve směsi, musí být pravidelně míchána.

Teplota a retenční čas

Retenční čas organické hmoty v biologickém semestru pro dosažení plné fermentace bude záviset na typu tohoto a teplotě. Čím vyšší je teplota okolí, tím rychleji bude fermentace (například při 30 ° C může nabití bionigesteru trvat přibližně 20 dní).

- Anaerobní zažívání

Anaerobní zažívání. Zdroj: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterie působí v procesu, který vyžaduje vhodné podmínky prostředí, jako je nepřítomnost vzduchu, teploty nad 20 ° C (ideálně 30-35 ° C) a ne příliš kyselé médium. Za těchto podmínek se vyvíjí tři fáze:

Hydrolýza

V tomto procesu působí hydrolytické bakterie, které vylučují extracelulární enzymy. Komplexní řetězce uhlohydrátů, bílkovin a lipidů se proto dělí na menší rozpustné kousky (cukry, aminokyseliny a tuky).

Acidifikace nebo fermentace

Rozpustné sloučeniny předchozí fáze se fermentují na těkavé mastné kyseliny, alkoholy, vodík a CO2.

Acetanogeneze

Do hry vstupují acetogenní bakterie, které oxidují organické kyseliny jako zdroj uhlíku. Vytvářejí kyselinu octovou (CH3COOH), vodík (H2) a oxid uhličitý (CO2) a nepříjemné pachy se vytvářejí přítomností sirovodíku.

Tvorba metanu nebo methanogenní fáze

V poslední fázi působí methanogenní bakterie, které rozkládají produkty acetanogeneze a vytvářejí metan. V přírodě tyto bakterie působí v bažinách, vodním prostředí a v žaludku přežvýkavců.

Na konci této fáze směs obsahuje metan (45 až 55%), oxid uhličitý (40 až 50%), dusík (2 až 3%) a sirovodík (1,5 až 2%).

- Vypouštění z bionigesteru

Rychlost výroby bioplynu a hnojiv závisí na typu biodigesteru, na organických látkách, které ho živí, a na teplotě. Bioplyn se hromadí v horní části biodigesteru a je extrahován potrubím do skladovacích nádrží.

Po ukončení kvašení je kal (směs pevných látek a kapaliny) extrahován potrubím. Vypouštění se provádí na principu sdělování nádob, to znamená, že při nakládání nového materiálu tlak způsobuje, že přebytek vychází z opačné strany.

Poměr mezi množstvím přiváděného materiálu (organický odpad a voda) a výstupním produktem (biosol a biol) je téměř 1: 0,9. To odpovídá 90% výtěžku, kde nejvyšší podíl odpovídá biolu (kapalině).

- Bioplyn: čištění

Vyrobený plyn musí být vyčištěn, aby se odstranil nebo snížil obsah sirovodíku a vody pomocí pastí k zachycení obou sloučenin. To je nezbytné, aby se snížilo riziko poškození zařízení v důsledku korozivního výkonu těchto součástí.

Vodní past

Voda odváděná bioplynem se vysráží, když se potrubí otevře do většího prostoru a plyn pokračuje dalším zúžením. Tato trubka končí ve velké a hermetické nádobě, která obsahuje vodu, která je později extrahována vypouštěcím kohoutem ve spodní části.

Sulfid Trap

Proces extrakce sirovodíku z bioplynu je podobný postupu zachycení vody, ale lapač vložený do potrubí musí obsahovat železné štěpky nebo houby. Když bioplyn prochází železným ložem, sirovodík s ním reaguje a vysráží se.

- Hnojivo: separace a kompostování

Směs biosolu a biolu se podrobí dekantačnímu procesu, aby se obě složky oddělily. Biosol lze použít samostatně nebo sledovat proces míchání s kompostováním pro pozdější použití jako pevné hnojivo.

Biol se používá jako tekuté listové hnojivo nebo se přidává do zavlažovací vody, což je velmi užitečné v hydroponických systémech.

Typy

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

Biodigestery se dělí podle periodicity zatížení a strukturálního tvaru. Vzhledem k jeho frekvenci načítání máme:

- Nespojitý

Diskontinuální nebo dávkový systém sestává z vzduchotěsné nádrže, která je plně nabitá a nenabíjí se, dokud nepřestane vyrábět bioplyn. Plyn se hromadí v plovoucím kolektoru připojeném k horní části nádrže (plynoměr).

Tento typ biodigesteru se používá, když je dostupnost organického odpadu přerušovaná.

- Polokontinuální

Na rozdíl od diskontinuálního systému se nakládání a vykládání provádí v určitých časech během procesu výroby bioplynu. Podle konstrukčního systému existují tři základní typy:

Bionafer s balónky nebo uzeninami

To je také nazýváno Taiwanese a sestává z ploché betonem lemované jámy, kde je nainstalován polyethylenový sáček nebo válec. V tomto sáčku musí být instalována připojení pro vstup organického odpadu a výstup bioplynu.

Válec je naplněn vodou a vzduchem a později je přidáno množství organického odpadu.

Biodigestery s pevnou kopulí

Jedná se o tzv. Čínský biologický biolog a skládá se z podzemního tanku postaveného z cihel nebo betonu. Nádrž je svislý válec s konvexními nebo zaoblenými konci a má nakládací a vykládací systém.

Bioplyn se hromadí v prostoru vytvořeném pro tento účel pod horní kupolí. Bionigester pracuje s proměnným tlakem bioplynu podle jeho výroby.

Plovoucí biologický biologický kupole

Nazývá se hindský biodigester a skládá se z podzemní válcové nádrže s nakládacím a vykládacím systémem. Je postaven z cihel nebo betonu av jeho horní části je plovoucí nádrž (plynoměr), ve které se bioplyn hromadí.

Díky akumulovanému bioplynu se nad směsí vznáší plynoměr ze skelného vlákna z nerezové oceli nebo plastu. Výhodou je, že udržuje konstantní tlak plynu.

Následně plynoměr stoupá a klesá v závislosti na hladině směsi a množství bioplynu. Proto vyžaduje boční kolejnice nebo centrální vodicí tyč, aby se zabránilo tření se stěnami.

- Kontinuální

V tomto případě je nakládka a vykládka biodigesteru kontinuální proces, který vyžaduje trvalou dostupnost organického odpadu. Jsou to velké průmyslové systémy, které se obecně používají pro zpracování komunálních odpadních vod.

K tomu se používají systémy sběrných nádrží, čerpadla pro přenos do biologických zdrojů a extrakce hnojiv. Bioplyn je podroben filtračnímu systému a distribuován kompresí, aby byla zaručena jeho distribuce uživatelům.

Výhoda

Recyklace a znečištění

Instalace biodigesteru umožňuje recyklaci organického odpadu, čímž se snižuje znečištění životního prostředí a získávají užitečné produkty. V případě venkovských oblastí je to zvláště důležité pro řízení zvířecích exkrementů v systémech hospodářských zvířat.

Získání bioplynu

Bioplyn představuje účinný a ekonomický zdroj energie, zejména v oblastech, kde není dostupnost jiných zdrojů energie dostupná. Ve venkovských oblastech ekonomicky depresivních zemí se vaření provádí s palivovým dřívím, které ovlivňuje životní prostředí.

Dostupnost bioplynu může pomoci snížit poptávku po palivovém dříví, a proto může mít pozitivní dopad na zachování biologické rozmanitosti.

Výroba hnojiv

Prostředky na ochranu rostlin se získají pevná organická hnojiva (biosol) a kapalina (biol). Tato hnojiva mají menší dopad na životní prostředí a snižují náklady na zemědělskou výrobu.

Zdraví

Správným nakládáním s organickým odpadem se snižují rizika, která představují pro zdraví. Bylo zjištěno, že 85% patogenů nepřežije proces biologického trávení.

Například fekální koliformní formy při 35 ° C jsou sníženy o 50-70% a houby o 95% za 24 hodin. Proto jsou uzavřeným procesem sníženy zápachy.

Nevýhody

Dostupnost vody

Systém je náročný na dostupnost vody, protože je vyžadována směs. Na druhé straně musí být bionigester blízko zdroje surovin a místa spotřeby bioplynu.

Teplota

Bionigester musí udržovat konstantní teplotu blízkou 35 ° C a v rozmezí mezi 20 a 60 ° C. Proto může být vyžadován externí přívod tepla.

Škodlivé vedlejší produkty

Může produkovat sirovodík (H2S), který je toxický a žíravý, a siloxeny odvozené od silikonu obsažené v kosmetických prostředcích a ve směsi organických odpadů. Tyto siloxeny vytvářejí Si02 (oxid křemičitý), který je abrazivní pro stroje a součásti.

Přítomnost a koncentrace těchto vedlejších produktů závisí mimo jiné na použité surovině, podílu vody a pevného substrátu.

Hromadění odpadu

Je nutné hromadit odpad v blízkosti biologického biologického zdroje, což s sebou přináší logistické a hygienické problémy, které je třeba řešit.

Rizika výbuchu

Protože se jedná o systém generátoru topného plynu, znamená to určité riziko výbuchu, pokud nebudou přijata příslušná preventivní opatření.

Náklady

Přestože je údržba a provoz biodigesteru relativně levná, počáteční náklady na instalaci a výstavbu mohou být relativně vysoké.

Jak si vyrobit domácí biodigester

Domácí biodigester. Zdroj: Kevinsooryan

Bionigester vyžaduje jako základní prvky a nádrž pro kvašení, nakládání a vykládání potrubí s příslušnými uzavíracími kohouty. Kromě toho jsou nezbytné nádrže na bioplyn a hnojiva.

Je důležité si uvědomit, že celý systém musí být vzduchotěsný, aby se zabránilo úniku plynu. Na druhé straně musí být systém konstruován z nerezových materiálů, jako je PVC nebo nerezová ocel, aby nedošlo k poškození vodou a sirovodíkem.

- Fermentační nádrž

Lze použít plastovou hlaveň nebo nádrž, jejichž kapacita bude záviset na množství organického odpadu, který má být zpracován. Tato nádrž musí mít hermetické víko nebo, v opačném případě musí být víko utěsněno plastovým lepidlem odolným vůči vysokým teplotám.

Nádrž musí mít čtyři otvory a všechna zařízení musí být utěsněna silikonem o vysoké teplotě.

Načítání krytu

Tento otvor je ve středu víčka nádrže, musí být dlouhý nejméně 4 palce a musí být nainstalována závitová sanitární zátka. Tato zástrčka bude připojena k 4-palcové trubici z PVC, která vstoupí do nádrže svisle až 10 cm před dnem.

Tento vstup bude sloužit k načtení dříve rozdrceného nebo rozdrceného organického odpadu.

Vypouštěcí otvor pro odpadní vodu 1

Je důležité si uvědomit, že 25% prostoru nádrže musí být ponecháno volné pro akumulaci plynu, takže otvor musí být v této úrovni otevřen v boku. V této díře bude instalován nátrubek se segmentem 2palcového PVC potrubí dlouhého 15 cm s uzavíracím kohoutem.

Funkcí tohoto odtoku je umožnit unikání supernatantu biol, jakmile je nádrž znovu naplněna přes plnicí víko. Biol musí být skladován ve vhodných nádobách pro pozdější použití.

Vypouštěcí otvor pro odpadní vodu 2

Tento druhý odtok musí jít až ke dnu nádrže, aby mohl extrahovat nejhustší část fermentovaného produktu (biosol). Stejně tak bude použit segment 2palcového PVC potrubí o délce 15 cm s uzavíracím kohoutem.

Výstup bioplynu

V horní části nádrže bude vyříznut otvor o velikosti 1/2 palce, aby bylo možné nainstalovat potrubí z PVC o stejném průměru pomocí adaptéru nádrže. Tato trubka bude mít na výstupu kohout.

- Odtok a systém čištění bioplynu

Výstupní potrubí bioplynu musí být dlouhé nejméně 1,5 m, aby bylo možné do jeho cesty vložit systémy pro extrakci vody a sirovodíku. Tato trubice může být poté prodloužena, pokud je to nutné, pro přenos plynu do jeho skladu nebo místa použití.

Odvod vody

Chcete-li odstranit vodu z výstupu, musí být trubka přerušena na 30 cm, aby se vložila plastová nebo skleněná nádoba s hermetickým víkem. Trubka pro přenos plynu musí mít obtok přes připojení T, aby plyn mohl proniknout do nádoby.

Tímto způsobem plyn plní nádobu, voda kondenzuje a plyn pokračuje ve své cestě potrubím.

Těžba sírovodíku

Po zachycení vody se pomocí odpovídajících redukcí vloží do dalších 30 cm trubkový segment o průměru 4 palce. Tento segment by měl být vyplněn železnými hoblinami nebo komerčními kovovými houbami.

Sirovodík bude reagovat s kovem a srážet se, zatímco bioplyn bude pokračovat ve své cestě do skladovacího kontejneru nebo místa použití.

Reference

1. Aparcana-Robles S a Jansen A (2008). Studie hnojivé hodnoty produktů procesu anaerobního kvašení pro výrobu bioplynu. Germna ProfEC. 10 s.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigestery. Monografie. Ústav základních věd a inženýrství, Autonomní univerzita státu Hidalgo. Minerální de la Reforma, Hidalgo, Mexiko. 64 s.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G a Simon M (2013). Mikrobiální anaerobní digesce (bio-digesce) jako přístup k dekontaminaci živočišných odpadů při kontrole znečištění a výrobě obnovitelné energie. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y a González-Salcedo LO (2009). Základy pro návrh biologických testerů. Modul pro téma Zemědělské stavby. Fakulta inženýrství a správy, Kolumbijská národní univerzita, hlavní sídlo v Palmiře. Palmira, Kolumbie. 31 str.
5. Pérez-Medel JA (2010). Studium a návrh biodigesteru pro použití u malých farmářů a chovatelů mléka. Paměť. Katedra strojního inženýrství, Fakulta fyzikálních a matematických věd, Univerzita Chile. Santiago de Chile, Chile. 77 s.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C a Kistemann T (2009). Hygienické účinky a produkce plynů z plastových biologických digestiv v tropických podmínkách. Journal of Water and Health 7: 590–596.