BIODIGESTER: DO CZEGO SŁUŻY, RODZAJE, ZALETY, WADY - ŚRODOWISKO - 2026

Biodigester jest zamkniętym zbiorniku, w którym metan i nawóz organiczny generowany z beztlenowej fermentacji substancji organicznych. Podstawą biologiczną jest rozkład materii organicznej pod wpływem działania bakterii na drodze hydrolizy, zakwaszenia, acetanogenezy i metanogenezy.

Biofermentator zapewnia kontrolowane warunki niezbędne do przeprowadzenia procesu biodofermentacji. Po tym procesie jako produkty końcowe otrzymuje się biogaz (metan, dwutlenek węgla, azot i siarkowodór), biosol (nawóz stały) i biol (nawóz płynny).

System biogazowy. Źródło: Renergon International AG

Podstawowa operacja zaczyna się od dodania odpadów organicznych i wody do hermetycznego pojemnika, w którym następuje proces fermentacji beztlenowej. Biogaz jest następnie pozyskiwany w celu przechowywania, bezpośredniego wykorzystania lub jako nawóz.

Trzy podstawowe typy biofermentatorów według ich systemu ładowania są nieciągłe, półciągłe i ciągłe. Partie biofermentatorów są ładowane odpadami organicznymi tylko raz w każdym procesie produkcyjnym, a następnie nawóz jest ekstrahowany, aby rozpocząć kolejny cykl.

Te o półciągłym załadunku są ładowane w regularnych okresach, wydobywając ilość nawozu równoważną załadowanej objętości. Systemy ciągłe to zakłady przemysłowe ze stałym obciążeniem materii organicznej, a także ekstrakcja biogazu i nawozów.

Wśród zalet biofermentatorów jest umożliwienie właściwego gospodarowania odpadami organicznymi, ich recykling i zmniejszenie zagrożeń dla środowiska. Dodatkowo wytwarzana jest energia (biogaz) i nawozy organiczne, co generuje wartość ekonomiczną i środowiskową.

Jednak istnieją również pewne wady, takie jak zużycie wody, trudność w utrzymaniu idealnego poziomu temperatury oraz obecność szkodliwych substancji (siarkowodór, silokseny). Podkreśla również gromadzenie się surowca w pobliżu obszaru i ryzyko eksplozji.

Możesz zbudować stosunkowo niedrogi domowy biofermentator i przetwarzać organiczne odpady kuchenne. Wymaga to jedynie beczki z hermetyczną pokrywą i niektórych materiałów hydraulicznych (między innymi rury PVC, kurki).

Na większą skalę w domach wiejskich najbardziej ekonomicznym i stosunkowo łatwym w budowie systemem jest kiełbasa. System ten składa się zasadniczo ze szczelnie zamkniętego worka polietylenowego z odpowiednimi połączeniami.

Po co to jest

- Przetwarzanie i recykling odpadów organicznych

Biodofermenty są bardzo przydatną alternatywą technologiczną z punktu widzenia zrównoważonego gospodarowania odpadami organicznymi i produkcji energii odnawialnej. Na przykład stanowią alternatywę dla recyklingu stałych i płynnych odpadów organicznych, które są przekształcane w surowiec do biogestera.

Recykling odpadów organicznych w ten sposób zmniejsza ich wpływ na zanieczyszczenia i generuje oszczędności w gospodarowaniu nimi. Biodofermenty są używane do oczyszczania ścieków, przetwarzania miejskich stałych odpadów organicznych oraz odpadów rolniczych i hodowlanych.

- Produkcja biogazu i bionawozów

W procesie fermentacji beztlenowej powstaje biogaz i nawozy organiczne jako produkty.

Biogaz

Około 60% biogazu zawiera metan, który jest paliwem wysokokalorycznym i może być wykorzystywany do produkcji energii. Może służyć do gotowania, wytwarzania energii elektrycznej (turbiny gazowe), przemieszczania silników czy ogrzewania.

Bionawozy

Bionawozy powstające z biofermentatorów uzyskuje się w stanie (biosol) i płynnym (biol) o dużej zawartości makro i mikroelementów. Podstawowe makroskładniki pokarmowe (fosfor, azot i potas) można uzyskać w izolacji od biolu poprzez procesy ultrafiltracji i odwróconej osmozy.

Biol zawiera znaczne ilości hormonów wzrostu przydatnych do rozwoju roślin, takich jak między innymi kwas indolooctowy, gibereliny i cytokininy.

Jak to działa

Biogestr działa poprzez generowanie procesu biogazyfikacji poprzez rozkład beztlenowy, rozkład uwodnionej materii organicznej i przy braku powietrza. Odbywa się to w procesie fermentacji, którego głównymi produktami są metan (CH4) i dwutlenek węgla (CO2).

- Ładowanie biologicznego fermentatora i wytrząsanie

Odbywa się to przez zbiornik załadunkowy, który składa się ze zbiornika, w którym przygotowywana jest materia organiczna, która ma być dodana rurą załadunkową do biofermentatora.

Przetwarzanie materii organicznej i ładunku

Biogester musi być okresowo zasilany materią organiczną i wystarczającą ilością wody, aby zapewnić jej nośność. W tym sensie 25% objętości biogestera musi pozostać wolne do gromadzenia się wytworzonego gazu.

Z kolei rodzaj i jakość materii organicznej wpłynie również na produktywność i wykorzystanie lub nie odpadów stałych i płynnych jako nawozu. Niektóre odpady organiczne mogą powodować problemy w procesie fermentacji, na przykład pozostałości owoców cytrusowych, które mogą zbyt mocno zakwaszać podłoże.

Materiał należy pokruszyć lub zredukować do najmniejszego możliwego rozmiaru, a dla ułatwienia fermentacji mieszanina musi zawierać 75% wody i 25% materii organicznej. Należy go okresowo mieszać, aby zapewnić jednorodność procesu fermentacji w mieszaninie.

Temperatura i czas retencji

Czas retencji materii organicznej w biogesterze do osiągnięcia pełnej fermentacji będzie zależał od jej rodzaju i temperatury. Im wyższa temperatura otoczenia, tym szybsza fermentacja (na przykład w temperaturze 30 ° C ponowne naładowanie biogestera może zająć około 20 dni).

- Fermentacja beztlenowa

Fermentacja beztlenowa. Źródło: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterie działają w procesie, który wymaga odpowiednich warunków środowiskowych, takich jak brak powietrza, temperatury powyżej 20 ° C (najlepiej 30-35 ° C) i niezbyt kwaśne środowisko. W tych warunkach rozwijają się trzy fazy:

Hydroliza

W tym procesie działają bakterie hydrolityczne, które wydzielają enzymy zewnątrzkomórkowe. Dlatego złożone łańcuchy węglowodanów, białek i lipidów są rozkładane na mniejsze rozpuszczalne kawałki (cukry, aminokwasy i tłuszcze).

Etap zakwaszania lub fermentacji

Rozpuszczalne związki z poprzedniej fazy są fermentowane do lotnych kwasów tłuszczowych, alkoholi, wodoru i CO2.

Acetanogeneza

W grę wchodzą bakterie acetogenne, które utleniają kwasy organiczne jako źródło węgla. Wytwarzają kwas octowy (CH3COOH), wodór (H2) i dwutlenek węgla (CO2), a obecność siarkowodoru wytwarza nieprzyjemne zapachy.

Tworzenie metanu lub faza metanogenna

W ostatniej fazie działają bakterie metanogenne, które rozkładają produkty acetanogenezy, wytwarzając metan. W naturze bakterie te działają na bagnach, w środowisku wodnym oraz w żołądku przeżuwaczy.

Pod koniec tej fazy mieszanina zawiera metan (45–55%), dwutlenek węgla (40–50%), azot (2–3%) i siarkowodór (1,5–2%).

- Wyładunek z biogestera

Tempo produkcji biogazu i nawozów zależy od rodzaju biogazu, materii organicznej, która go zasila oraz temperatury. Biogaz gromadzi się w górnej części biogazowni i jest odprowadzany rurami do zbiorników magazynowych.

Po zakończeniu fermentacji szlam (mieszanina ciał stałych i cieczy) jest odprowadzany rurami. Wyładowanie odbywa się na zasadzie naczyń połączonych, to znaczy przy załadunku nowego materiału ciśnienie powoduje, że nadwyżka wydostaje się z przeciwnej strony.

Stosunek ilości wprowadzonego materiału (odpady organiczne i woda) do produktu wyjściowego (biosol i biol) wynosi prawie 1: 0,9. Odpowiada to 90% wydajności, gdzie najwyższy udział odpowiada biolowi (cieczy).

- Biogaz: oczyszczanie

Wytworzony gaz należy oczyścić w celu wyeliminowania lub zmniejszenia zawartości siarkowodoru i wody za pomocą pułapek do wychwytywania obu związków. Jest to konieczne, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia sprzętu z powodu korozyjnego działania tych elementów.

Pułapka wodna

Woda unoszona przez biogaz wytrąca się, gdy rura otwiera się na większą przestrzeń, a gaz przechodzi przez kolejne zwężenie. Rura ta kończy się w dużym i hermetycznym pojemniku, w którym znajduje się woda, która jest później odprowadzana przez kurek spustowy w dolnej części.

Pułapka siarkowodoru

Proces ekstrakcji siarkowodoru z biogazu jest podobny do tego w przypadku pułapki wodnej, ale pułapka osadzona na trasie rury musi zawierać żelazne wióry lub gąbki. Gdy biogaz przechodzi przez złoże żelaza, reaguje z nim siarkowodór i wytrąca się.

- Nawóz: separacja i kompostowanie

Mieszanina biosolu i biolu jest poddawana procesowi dekantacji w celu rozdzielenia obu składników. Biosol można stosować samodzielnie lub po procesie mieszania z kompostowaniem do późniejszego wykorzystania jako nawóz stały.

Biol jest stosowany jako płynny nawóz dolistny lub dodawany do wody do nawadniania, dzięki czemu jest bardzo przydatny w systemach hydroponicznych.

Rodzaje

Produkcja biogazu w Niemczech. Źródło: Volker Thies (Asdrubal)

Biodiestry klasyfikuje się według ich okresowości ładowania i kształtu strukturalnego. Ze względu na częstotliwość ładowania mamy:

- Nieciągły

System nieciągły lub okresowy składa się z hermetycznego zbiornika, który jest w pełni naładowany i nie jest ponownie ładowany, dopóki nie zaprzestanie produkcji biogazu. Gaz gromadzi się w pływającym kolektorze przymocowanym do górnej części zbiornika (gazometr).

Ten typ biogestera stosuje się, gdy dostępność odpadów organicznych jest przerywana.

- Półciągły

W przeciwieństwie do systemu nieciągłego, załadunek i rozładunek odbywa się w określonych momentach podczas procesu produkcji biogazu. Zgodnie z systemem konstrukcyjnym istnieją trzy podstawowe typy:

Biodegradacja do balonów lub kiełbas

Nazywa się go również tajwańskim i składa się z płaskiego wykopu wyłożonego betonem, w którym jest zainstalowana torba lub butla polietylenowa. W tej torbie muszą być zainstalowane przyłącza do wprowadzania odpadów organicznych i wylotu biogazu.

Cylinder jest napełniany wodą i powietrzem, a następnie dodawany jest ładunek odpadów organicznych.

Naprawiono biotrawery kopułkowe

Jest to tak zwany chiński biofermentator i składa się z podziemnego zbiornika zbudowanego z cegły lub betonu. Zbiornik jest pionowym cylindrem z wypukłymi lub zaokrąglonymi końcami i posiada system załadunku i rozładunku.

Biogaz gromadzi się w specjalnie przygotowanej do tego celu przestrzeni pod górną kopułą. Biogester pracuje pod zmiennym ciśnieniem biogazu w zależności od jego produkcji.

Biologesterator z pływającą kopułą

Nazywany hinduskim biofermentatorem, składa się z podziemnego cylindrycznego zbiornika z systemem załadunku i rozładunku. Zbudowany jest z cegły lub betonu, aw jego górnej części znajduje się zbiornik pływający (gazometr), w którym gromadzi się biogaz.

Gazometr ze stali nierdzewnej lub włókna szklanego pokrytego tworzywem sztucznym unosi się nad mieszanką dzięki nagromadzonemu biogazowi. Ma tę zaletę, że utrzymuje stałe ciśnienie gazu.

Następnie gazometr przesuwa się w górę i w dół w zależności od stopnia zmieszania i ilości biogazu. Dlatego wymaga bocznych szyn lub środkowego drążka prowadzącego, aby uniknąć tarcia o ściany.

- Ciągłe

W tym przypadku załadunek i rozładunek biogestera jest procesem ciągłym, który wymaga stałej dostępności odpadów organicznych. Są to duże systemy przemysłowe, które są zwykle używane do oczyszczania ścieków komunalnych.

W tym celu stosuje się systemy zbiorników zbiorczych, pompy do przesyłu do biofermentatorów i ekstrakcji nawozów. Biogaz jest poddawany systemowi filtracji i rozprowadzany przez kompresję, aby zagwarantować dystrybucję do użytkowników.

Korzyść

Recykling i zanieczyszczenie

Instalacja biogestera pozwala na recykling odpadów organicznych, zmniejszając tym samym zanieczyszczenie środowiska i uzyskując użyteczne produkty. W przypadku obszarów wiejskich jest to szczególnie ważne dla gospodarowania odchodami zwierzęcymi w systemach hodowlanych.

Pozyskiwanie biogazu

Biogaz stanowi wydajne i ekonomiczne źródło energii, głównie na obszarach, na których niedostępne są inne źródła energii. Na obszarach wiejskich krajów dotkniętych kryzysem gospodarczym gotowanie odbywa się przy użyciu drewna opałowego, które ma wpływ na środowisko.

Dostępność biogazu może pomóc zmniejszyć zapotrzebowanie na drewno opałowe, a tym samym mieć pozytywny wpływ na ochronę różnorodności biologicznej.

Produkcja nawozów

Za pomocą biofermentatorów uzyskuje się stałe nawozy organiczne (biosol) i płynne (biol). Nawozy te mają mniejszy wpływ na środowisko i obniżają koszty produkcji rolnej.

Zdrowie

Umożliwiając właściwe gospodarowanie odpadami organicznymi, zmniejsza się ryzyko, jakie stanowią one dla zdrowia. Stwierdzono, że 85% patogenów nie przeżywa procesu biodegradacji.

Na przykład liczba bakterii coli w kale w temperaturze 35 ° C zmniejsza się o 50-70%, a grzybów o 95% w ciągu 24 godzin. Dlatego, będąc procesem zamkniętym, zmniejsza się nieprzyjemny zapach.

Niedogodności

Dostępność wody

System jest wymagający pod względem dostępności wody, ponieważ wymagana jest mieszanina. Z drugiej strony, biogazownia musi znajdować się blisko źródła surowca i miejsca zużycia biogazu.

Temperatura

Biogester musi utrzymywać stałą temperaturę bliską 35 ° C i mieszczącą się w zakresie od 20 do 60 ° C. Dlatego może być wymagane zewnętrzne doprowadzenie ciepła.

Szkodliwe produkty uboczne

Może wytwarzać siarkowodór (H2S), który jest toksyczny i żrący oraz silokseny pochodzące z silikonu zawartego w produktach kosmetycznych oraz w mieszaninie odpadów organicznych. Te silokseny wytwarzają SiO2 (dwutlenek krzemu), który jest materiałem ściernym dla maszyn i komponentów.

Obecność i stężenie tych produktów ubocznych zależy między innymi od zastosowanego surowca, proporcji wody i stałego podłoża.

Gromadzenie się odpadów

Konieczne jest gromadzenie odpadów w pobliżu biogazowni, co pociąga za sobą problemy logistyczne i sanitarne, które należy rozwiązać.

Ryzyko wybuchu

Ponieważ jest to układ generatora paliwa gazowego, wiąże się to z pewnym ryzykiem wybuchu, jeśli nie zostaną podjęte odpowiednie środki ostrożności.

Koszty

Chociaż konserwacja i eksploatacja biogestera jest stosunkowo niedroga, początkowa instalacja i koszty budowy mogą być stosunkowo wysokie.

Jak zrobić domowej roboty biodegradację

Domowy biodigrator. Źródło: Kevinsooryan

Biogester wymaga jako podstawowych elementów i zbiornika do fermentacji, załadunku i rozładunku rur z odpowiednimi zaworami odcinającymi. Ponadto konieczne są zbiorniki na biogaz i nawóz.

Ważne jest, aby pamiętać, że cały system musi być hermetyczny, aby zapobiec wyciekom gazu. Z drugiej strony system musi być zbudowany z materiałów nierdzewnych, takich jak PVC lub stal nierdzewna, aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych przez wodę i siarkowodór.

- Zbiornik fermentacyjny

Można użyć plastikowej beczki lub zbiornika, którego pojemność będzie zależała od ilości przetwarzanych odpadów organicznych. Zbiornik ten musi mieć hermetyczną pokrywę lub, w przypadku jej braku, pokrywę należy uszczelnić odpornym na wysoką temperaturę plastikowym klejem.

Zbiornik musi mieć cztery otwory, a wszystkie wykonane w nich instalacje muszą być uszczelnione silikonem wysokotemperaturowym.

Ładowanie okładki

Otwór ten znajduje się pośrodku nasadki zbiornika, musi mieć co najmniej 4 cale długości i musi być zainstalowany gwintowany korek sanitarny. Wtyczka ta zostanie podłączona do 4-calowej rury PVC, która będzie wchodzić do zbiornika pionowo do 10 cm przed dnem.

Wejście to posłuży do załadunku odpadów organicznych, które zostały wcześniej rozdrobnione lub rozdrobnione.

Otwór spustowy ścieków 1

Należy pamiętać, że 25% miejsca w zbiorniku musi pozostać wolne dla gromadzenia się gazu, dlatego na tym poziomie w boku należy otworzyć otwór. W otworze tym zostanie zamontowany adapter zbiornika z odcinkiem 2-calowej rury PVC o długości 15 cm z zaworem odcinającym.

Zadaniem tego spustu jest umożliwienie ucieczki supernatantu biolowego po ponownym naładowaniu zbiornika przez pokrywę załadowczą. Biol należy przechowywać w odpowiednich pojemnikach do późniejszego wykorzystania.

Otwór spustowy ścieków 2

Ten drugi spust musi iść na dno zbiornika, aby wydobyć najgęstszą część przefermentowanego produktu (biozolu). Podobnie zostanie użyty odcinek 2-calowej rury PVC o długości 15 cm z zaworem odcinającym.

Wylot biogazu

W górnej części zbiornika zostanie wycięty otwór 1/2 cala, aby zainstalować rurę PVC o równej średnicy za pomocą adaptera zbiornika. Ta rura będzie miała zawór odcinający na wylocie.

- System odprowadzania i oczyszczania biogazu

Rura wylotowa biogazu musi mieć co najmniej 1,5 m długości, aby na jej drodze znalazły się systemy ekstrakcji wody i siarkowodoru. W razie potrzeby rurkę tę można następnie przedłużyć, aby przenieść gaz do miejsca przechowywania lub użytkowania.

Ekstrakcja wody

Aby usunąć wodę z wylotu, rurę należy przerwać na 30 cm, aby włożyć plastikowy lub szklany pojemnik z hermetyczną pokrywką. Rura przesyłowa gazu musi mieć obejście przez złącze T, aby gaz mógł przedostać się do pojemnika.

W ten sposób gaz wypełnia pojemnik, woda skrapla się, a gaz przepływa przez rurę.

Ekstrakcja siarkowodoru

Za skraplaczem na kolejnych 30 cm umieszcza się 4-calowy odcinek rury za pomocą odpowiednich redukcji. Segment ten powinien być wypełniony wiórami żelaza lub metalowymi gąbkami dostępnymi w handlu.

Siarkowodór zareaguje z metalem i wytrąci się, podczas gdy biogaz będzie kontynuował podróż do zbiornika magazynowego lub miejsca użytkowania.

Bibliografia

1. Aparcana-Robles S i Jansen A (2008). Badanie wartości nawozowej produktów procesu fermentacji beztlenowej do produkcji biogazu. Germna ProfEC. 10 pkt.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Monografia. Instytut Nauk Podstawowych i Inżynierii, Uniwersytet Autonomiczny stanu Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Meksyk. 64 pkt.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G i Simon M (2013). Mikrobiologiczna fermentacja beztlenowa (bio-fermentatory) jako podejście do odkażania odchodów zwierzęcych w kontroli zanieczyszczeń i wytwarzaniu energii odnawialnej. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y i González-Salcedo LO (2009). Podstawy projektowania biofermentatorów. Moduł na temat budownictwa rolniczego. Wydział Inżynierii i Administracji, National University of Colombia, siedziba główna Palmira. Palmira, Kolumbia. 31 pkt.
5. Pérez-Medel JA (2010). Badanie i projekt biogestera do zastosowania w małych rolnikach i hodowcach mleka. Pamięć. Katedra Inżynierii Mechanicznej, Wydział Nauk Fizyczno-Matematycznych, Uniwersytet Chile. Santiago de Chile, Chile. 77 pkt.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C and Kistemann T (2009). Efekty higieniczne i wytwarzanie gazu w biofermentatorach z tworzyw sztucznych w warunkach tropikalnych. Journal of Water and Health 7: 590–596.