BIODIGESTERI: MISTÄ SE ON, TYYPIT, EDUT, HAITAT - YMPÄRISTÖ - 2025

Biodigester on suljettu säiliö, jossa metaanikaasua ja orgaaninen lannoite syntyvät anaerobisesta käymisestä orgaanista ainesta. Biologinen perusta on orgaanisen aineen hajoaminen bakteerien vaikutuksesta hydrolyysin, happamaksi tekemisen, asetanogeneesin ja metanogeneesin avulla.

Biodigesteri tarjoaa hallitut olosuhteet, jotka ovat välttämättömiä biologisen sulatusprosessin kannalta. Tämän prosessin jälkeen saadaan lopputuotteina biokaasua (metaania, hiilidioksidia, typpeä ja rikkivetyä), biosolia (kiinteä lannoite) ja bioolia (nestemäinen lannoite).

Biokaasujärjestelmä. Lähde: Renergon International AG

Perusoperaatio alkaa orgaanisen jätteen ja veden lisäämisestä ilmatiiviiseen säiliöön, jossa muodostetaan anaerobinen käymisprosessi. Biokaasu uutetaan sitten varastointia, suoraa käyttöä tai lannoitetta varten.

Biodigestereiden kolme perustyyppiä niiden lastausjärjestelmänsä mukaan ovat epäjatkuvia, puolijaksoisia ja jatkuvia. Erä biodigesterit ladataan orgaanisella jätteellä vain kerran jokaisessa tuotantoprosessissa, sitten lannoite uutetaan uuden syklin aloittamiseksi.

Puolijaksoisen kuormituksen kuormat ladataan säännöllisin väliajoin, jolloin lannoitteiden määrät vastaavat lastattua tilavuutta. Jatkuvat järjestelmät ovat teollisuuslaitoksia, joissa on pysyvä orgaanisen aineen kuormitus sekä biokaasun ja lannoitteen uutto.

Biodigestereiden etuina ovat orgaanisen jätteen asianmukaisen käsittelyn salliminen, kierrätys ja ympäristöriskien vähentäminen. Lisäksi tuotetaan energiaa (biokaasua) ja orgaanisia lannoitteita, mikä tuottaa taloudellista ja ympäristöarvoa.

Kuitenkin on myös tiettyjä haittoja, kuten vedenkulutus, ihanteellisten lämpötilatasojen ylläpitämisen vaikeus ja haitallisten aineiden (rikkivety, silokseenit) läsnäolo. Se tuo esiin myös raaka-aineen kertymisen alueen läheisyyteen ja räjähdysvaarat.

Voit rakentaa suhteellisen edullisen kotitekoisen biodigesterin ja prosessoida orgaanista keittiöjätettä. Tämä vaatii vain tynnyrin, jossa on hermeettinen kansi ja joitain LV-materiaaleja (mm. PVC-putket, tulppa).

Suuremmassa mittakaavassa maaseudun taloissa taloudellisin ja suhteellisen helppo rakentaa järjestelmä on makkara. Tämä järjestelmä koostuu periaatteessa suljetusta polyeteenipussista, jolla on vastaavat liitännät.

Mitä varten se on

- Orgaanisten jätteiden käsittely ja kierrätys

Biodigesterit ovat erittäin hyödyllisiä teknisiä vaihtoehtoja orgaanisen jätteen kestävän hoidon ja uusiutuvan energian tuotannon kannalta. Ne tarjoavat esimerkiksi vaihtoehdon kiinteän ja nestemäisen orgaanisen jätteen kierrättämiselle, joka muuttuu biodigesterin raaka-aineeksi.

Orgaanisen jätteen kierrätys tällä tavalla vähentää sen pilaantumisvaikutuksia ja säästää sen hallinnassa. Biodigestereitä käytetään jäteveden käsittelyyn, kiinteän yhdyskuntajätteen käsittelyyn sekä maatalous- ja kotieläinjätteisiin.

- Biokaasun ja biolannoitteiden tuotanto

Anaerobinen pilkkomisprosessi tuottaa biokaasua ja orgaanista lannoitetta tuotteina.

biokaasu

Biokaasussa on noin 60% metaanikaasua, joka on korkeakalorinen polttoaine ja jota voidaan käyttää energian tuotantoon. Sitä voidaan käyttää ruoanlaittoon, sähköenergian (kaasuturbiinien) tuottamiseen, moottorien liikuttamiseen tai lämmitykseen.

Biolannoitteet

Biodigestereistä peräisin olevat biolannoitteet saadaan tilassa (biosoli) ja nestemäisessä tilassa (biooli), joissa on korkea makro- ja mikrotravinteiden määrä. Emäksisiä makroravinteita (fosforia, typpeä ja kaliumia) voidaan saada eristettynä biolista ultrasuodatus- ja käänteisosmoosiprosessien avulla.

Bioli sisältää merkittäviä määriä kasvien kehitykseen hyödyllisiä kasvuhormoneja, kuten indoli-etikkahappo, giberelliinit ja sytokiniinit.

Kuinka se toimii

Biodigesteri toimii tuottamalla biokaasuprosessin anaerobisen pilkkomisen kautta, hajottamalla hydratoituneen orgaanisen aineen ja ilman puuttuessa. Tämä tapahtuu käymisprosessin kautta, jonka päätuotteita ovat metaanikaasu (CH4) ja hiilidioksidi (CO2).

- Biodigesterin lataaminen ja ravistaminen

Se suoritetaan lastaussäiliön kautta, joka koostuu säiliöstä, jossa orgaaninen aine valmistetaan lisäämistä varten lastausputken kautta biodigesteriin.

Orgaanisen aineen ja kuorman käsittely

Biodigesterille on syötettävä säännöllisesti orgaanista ainetta ja riittävästi vettä kantokykynsä kannalta. Tässä mielessä 25% biodiisterin tilavuudesta on jätettävä vapaa tuotetun kaasun kerääntymiseen.

Orgaanisen aineen tyyppi ja laatu puolestaan ​​vaikuttavat myös tuottavuuteen ja kiinteän ja nestemäisen jätteen käyttöön lannoitteena. Jotkut orgaaniset jätteet voivat aiheuttaa ongelmia käymisprosessissa, kuten sitrushedelmäjäämät, jotka voivat happamoittaa väliainetta liikaa.

Materiaali on murskattava tai pienennettävä mahdollisimman pieneksi, ja käymisen helpottamiseksi seoksen on sisällettävä 75% vettä ja 25% orgaanista ainetta. Sitä on sekoitettava säännöllisesti, jotta voidaan varmistaa seoksen käymisprosessin homogeenisuus.

Lämpötila ja retentioaika

Orgaanisen aineen retentioaika biodigesterissä täydellisen käymisen saavuttamiseksi riippuu sen tyypistä ja lämpötilasta. Mitä korkeampi ympäristön lämpötila, sitä nopeampi käyminen on (esimerkiksi 30 ºC: ssa biodigesterin lataaminen voi kestää noin 20 päivää).

- Anaerobinen ruuansulatus

Anaerobinen ruuansulatus. Lähde: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakteerit toimivat prosessissa, joka vaatii sopivia ympäristöolosuhteita, kuten ilman puuttumisen, yli 20 ° C (mieluiten 30-35 ° C) lämpötilat ja väliaineen, joka ei ole kovin hapan. Näissä olosuhteissa kehittyy kolme vaihetta:

Hydrolyysi

Hydrolyyttiset bakteerit toimivat tässä prosessissa, joka erittää solunulkoisia entsyymejä. Siksi hiilihydraattien, proteiinien ja lipidien monimutkaiset ketjut hajoavat pienemmiksi liukoisiksi paloiksi (sokerit, aminohapot ja rasvat).

Happamis- tai käymisvaihe

Edellisen vaiheen liukoiset yhdisteet fermentoidaan haihtuviksi rasvahapoiksi, alkoholiksi, vedyksi ja CO2: ksi.

Acetanogenesis

Astogeeniset bakteerit tulevat peliin, jotka hapettavat orgaaniset hapot hiilen lähteenä. Ne tuottavat etikkahappoa (CH3COOH), vetyä (H2) ja hiilidioksidia (CO2), ja epämiellyttävät hajut syntyvät rikkivedyn läsnä ollessa.

Metaanin muodostuminen tai metanogeeninen faasi

Viimeisessä vaiheessa toimivat metaaniogeeniset bakteerit, jotka hajoavat asetanogeneesin tuotteista, jotka tuottavat metaania. Luonteeltaan nämä bakteerit toimivat suolla, vesiympäristössä ja märehtijöiden mahassa.

Tämän vaiheen lopussa seos sisältää metaania (45 - 55%), hiilidioksidia (40 - 50%), typpeä (2 - 3%) ja rikkivetyä (1,5 - 2%).

- Päästö biodigesteristä

Biokaasun ja lannoitteiden tuotonopeus riippuu biodigesterin tyypistä, sitä syöttävästä orgaanisesta aineesta ja lämpötilasta. Biokaasu kertyy biodiotterin yläosaan ja uutetaan putkien kautta varastosäiliöihin.

Kun käyminen on valmis, liete (kiinteiden ja nesteiden seos) uutetaan putkien läpi. Poisto tapahtuu astioiden välityksellä, ts. Kun uutta materiaalia lastattaessa paine saa ylijäämän ulos vastakkaiselta puolelta.

Lisätyn materiaalimäärän (orgaaninen jäte ja vesi) ja lopputuotteen (biosoli ja biooli) välinen suhde on melkein 1: 0,9. Tämä vastaa 90%: n satoa, missä suurin osuus vastaa bioolia (nestettä).

- Biokaasu: puhdistus

Tuotettu kaasu on puhdistettava rikkivedyn ja veden pitoisuuden poistamiseksi tai vähentämiseksi käyttämällä ansoja molempien yhdisteiden vangitsemiseksi. Tämä on tarpeen, jotta voidaan vähentää laitteiden vaurioitumisriskiä näiden komponenttien syövyttävän voiman vuoksi.

Vesiansa

Biokaasun kulkema vesi saostuu, kun putki avautuu suurempaan tilaan ja kaasu jatkuu toisen supistuksen kautta. Tämä putki päättyy suureen ja hermeettiseen astiaan sisältämään vettä, jonka myöhemmin uutetaan alaosassa oleva tyhjennyshana.

Rikkivedysloukku

Menetelmä rikkivedyn uuttamiseksi biokaasusta on samanlainen kuin vesilukossa, mutta putken tielle upotetun loukun on sisällettävä rautalastut tai sienet. Kun biokaasu kulkee rautakerroksen läpi, rikkivety reagoi sen kanssa ja saostuu.

- Lannoite: erottaminen ja kompostointi

Biosolin ja bioolin seokselle suoritetaan dekantointiprosessi molempien komponenttien erottamiseksi. Biosolia voidaan käyttää yksinään tai seurata prosessia sekoittamalla kompostointiin myöhempää käyttöä varten kiinteänä lannoitteena.

Biolia käytetään nestemäisenä lehtilannoitteena tai lisätään kasteluveteen, joten se on erittäin hyödyllinen hydroponisissa järjestelmissä.

Tyypit

Biokaasun tuotanto Saksassa. Lähde: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesterit luokitellaan lastausjakson ja rakenteellisen muodon perusteella. Lataustaajuutensa vuoksi meillä on:

- epäjatkuva

Epäjatkuva tai eräjärjestelmä koostuu ilmatiiviistä säiliöstä, joka on täysin ladattu eikä sitä ladata uudelleen, kunnes se on lopettanut biokaasun tuotannon. Kaasu kertyy kelluvaan kollektoriin, joka on kiinnitetty säiliön yläosaan (kaasumittari).

Tämän tyyppistä biodigesteriä käytetään, kun orgaanisen jätteen saatavuus on jaksotonta.

- Puoli jatkuva

Toisin kuin epäjatkuva järjestelmä, lastaus ja purku suoritetaan tietyin aikoina biokaasun tuotantoprosessin aikana. Rakennusjärjestelmänsä mukaan on olemassa kolme perustyyppiä:

Ilmapallo tai makkaran biodigesteri

Sitä kutsutaan myös taiwanilaiseksi ja se koostuu litteästä betonivuoratusta kuopasta, johon on asennettu polyeteenipussi tai -sylinteri. Tähän pussiin on asennettava yhteydet orgaanisen jätteen pääsyyn ja biokaasun poistumiseen.

Sylinteri täytetään vedellä ja ilmalla, ja myöhemmin lisätään orgaanisen jätteen määrä.

Kiinteät kupolin biodigesterit

Se on ns. Kiinalainen biodigesteri ja koostuu tiilistä tai betonista rakennetusta maanalaisesta säiliöstä. Säiliö on pystysuora sylinteri, jossa on kuperat tai pyöristetyt päät ja jossa on lastaus- ja purkujärjestelmä.

Biokaasu kerääntyy tätä tarkoitusta varten perustettuun tilaan yläkupan alle. Biodigesteri toimii muuttuvalla biokaasupaineella tuotantonsa mukaan.

Kelluva kuplan biodigesteri

Hindu-biodigesteriksi kutsuttu se koostuu maanalaisesta lieriömäisestä säiliöstä, jossa on lastaus- ja purkujärjestelmä. Se on rakennettu tiilestä tai betonista ja sen yläosassa on kelluva säiliö (bensiinimittari), johon biokaasu kertyy.

Ruostumattomasta teräksestä tai muovista päällystetty lasikuitumittari kelluu seoksen yläpuolelle kertyneen biokaasun ansiosta. Sillä on etuna, että se ylläpitää vakiokaasupainetta.

Seuraavaksi bensiinimittari nousee ylös ja alas seoksen tasosta ja biokaasun määrästä riippuen. Siksi se vaatii sivukiskot tai keskisen ohjaustangon seinien kitkan välttämiseksi.

- Jatkuva

Tässä tapauksessa biodigesterin lastaus ja purku on jatkuva prosessi, joka vaatii orgaanisen jätteen jatkuvaa saatavuutta. Ne ovat suuria teollisuusjärjestelmiä, joita yleensä käytetään yhdyskuntajätevesien käsittelyyn.

Tätä varten käytetään keräyssäiliöjärjestelmiä, pumpuja biodigestereihin siirtämistä ja lannoitteiden uuttamista varten. Biokaasu alistetaan suodatusjärjestelmälle ja levitetään puristamalla sen jakelun varmistamiseksi käyttäjille.

Etu

Kierrätys ja pilaantuminen

Biodigesterin asennus mahdollistaa orgaanisen jätteen kierrätyksen, vähentäen siten ympäristön pilaantumista ja saaden hyödyllisiä tuotteita. Maaseutualueiden kohdalla se on erityisen tärkeä eläinten eritteiden hallinnassa karjajärjestelmissä.

Biokaasun saaminen

Biokaasu on tehokas ja taloudellinen energialähde, pääasiassa alueilla, joilla muiden energialähteiden saatavuus ei ole mahdollista. Taloudellisesti masentuneiden maiden maaseudulla ruoanlaitto tapahtuu polttopuulla, mikä vaikuttaa ympäristöön.

Biokaasun saatavuus voi auttaa vähentämään polttopuun kysyntää ja siten vaikuttamaan myönteisesti biologisen monimuotoisuuden säilymiseen.

Lannoitteiden tuotanto

Biodigestereiden avulla saadaan kiinteitä orgaanisia lannoitteita (biosoli) ja nestemäisiä (bioolia). Näillä lannoitteilla on vähemmän ympäristövaikutuksia ja ne vähentävät maataloustuotannon kustannuksia.

terveellisyys

Kun orgaanisen jätteen asianmukainen käsittely sallitaan, niiden terveydelle aiheuttamat riskit vähenevät. On määritetty, että 85% taudinaiheuttajista ei selviä biodigestion prosessista.

Esimerkiksi fekaaliset kolibakteerit vähenevät 35 ° C: ssa 50-70% ja sienet 95% 24 tunnissa. Siksi, koska se on suljettu prosessi, huonot hajut vähenevät.

haitat

Veden saatavuus

Järjestelmä on vaativa veden saatavuuden suhteen, koska tarvitaan seosta. Toisaalta biodigesterin on oltava lähellä raaka-aineen lähdettä ja biokaasun kulutuspaikkaa.

Lämpötila

Biodigesterin on pidettävä vakiolämpötila lähellä 35 ° C ja välillä 20–60 ° C. Siksi voidaan tarvita ulkoinen lämmön syöttö.

Haitalliset sivutuotteet

Se voi tuottaa myrkyllistä ja syövyttävää rikkivetyä (H2S) sekä kosmeettisissa valmisteissa ja orgaanisen jätteen seoksessa olevia silikoniperäisiä silokseneja. Nämä silokseenit tuottavat SiO2: ta (piidioksidia), joka on hankaava koneille ja komponenteille.

Näiden sivutuotteiden läsnäolo ja pitoisuus riippuvat käytetystä raaka-aineesta, veden ja kiinteän substraatin osuudesta muun muassa.

Jätteiden kertyminen

Jätteet on kerättävä biologisen sulattajan läheisyyteen, mikä tuo mukanaan logistisia ja terveysongelmia, joihin on puututtava.

Räjähdysriskit

Koska se on polttoainekaasugeneraattorijärjestelmä, se merkitsee tiettyä räjähdysvaaraa, ellei asianmukaisia ​​varotoimenpiteitä noudateta.

kustannukset

Vaikka biodigesterin ylläpito ja käyttö ovat suhteellisen halpoja, alkuperäiset asennus- ja rakennuskustannukset voivat olla suhteellisen korkeat

Kuinka tehdä kotitekoinen biodigesteri

Koti biodigester. Lähde: Kevinsooryan

Biodigesteri tarvitsee peruselementteinä ja säiliön käymiselle, putkien lastaamiselle ja purkamiselle niiden vastaavilla sulkuilla. Lisäksi tarvitaan biokaasun ja lannoitteen säiliöitä.

On tärkeää huomata, että koko järjestelmän on oltava ilmatiivis kaasuvuotojen estämiseksi. Toisaalta järjestelmän on oltava rakennettu ruostumattomista materiaaleista, kuten PVC: stä tai ruostumattomasta teräksestä veden ja rikkivetyjen aiheuttamien vaurioiden välttämiseksi.

- Käymissäiliö

Voidaan käyttää muovista tynnyriä tai säiliötä, jonka kapasiteetti riippuu jalostettavan orgaanisen jätteen määrästä. Tässä säiliössä on oltava hermeettinen kansi tai, ellei sitä ole, kansi on suljettava korkeita lämpötiloja kestävällä muovisella liimalla.

Säiliössä on oltava neljä reikää ja kaikki niihin tehdyt asennukset on suljettava korkean lämpötilan silikonilla.

Kuorman lataaminen

Tämä reikä on säiliön korkin keskellä, sen on oltava vähintään 4 tuumaa pitkä ja kierteinen terveyssuutin on asennettava. Tämä pistoke liitetään 4-tuumaiseen PVC-putkeen, joka tulee säiliöön pystysuunnassa jopa 10 cm ennen pohjaa.

Tämän sisäänkäynnin tarkoituksena on lastata aiemmin silputtu tai silputtu orgaaninen jäte.

Jätevesien poistoaukko 1

On tärkeätä muistaa, että 25% säiliön tilasta on jätettävä vapaasti kaasun kerääntymistä varten, joten sivulle tulee avata reikä tällä tasolla. Tähän reikään asennetaan sulkuhana säiliösovitin, jonka segmentti on 2 tuuman PVC-putkea, jonka pituus on 15 cm.

Tämän viemärin tehtävänä on antaa supernatantti-biolista poistua, kun säiliö on ladattu uudelleen lastauskannen läpi. Bioolia on säilytettävä sopivissa astioissa myöhempää käyttöä varten.

Jätevesien poistoaukko 2

Tämän toisen viemärin on mentävä säiliön pohjaan käymistuotteen (biosolin) tiheimmän osan poistamiseksi. Samoin käytetään segmenttiä 2 tuuman PVC-putkesta, jonka pituus on 15 cm ja sulkuhana.

Biokaasun poistoaukko

Säiliön yläosaan leikataan 1/2-tuumainen reikä, jotta voidaan asentaa saman halkaisijan omaava PVC-putki tankkisovittimen avulla. Tämän putken sulkuhana on ulostulossa.

- Biokaasun poisto- ja puhdistusjärjestelmä

Biokaasun poistoputken on oltava vähintään 1,5 m pitkä, jotta veden ja rikkivedyn uuttamisjärjestelmät voidaan viedä polulleen. Tätä putkea voidaan sitten jatkaa tarvittaessa kaasun siirtämiseksi varastointi- tai käyttöpaikkaan.

Vedenotto

Veden poistamiseksi poistoaukosta putki on keskeytettävä 30 cm: n kohdalla, jotta asetetaan muovi- tai lasisäiliö, jossa on hermeettinen kansi. Kaasunsiirtoputkella on oltava ohitus T-liitännän kautta, jotta kaasu pääsee säiliöön.

Tällä tavalla kaasu täyttää säiliön, vesi kondensoituu ja kaasu jatkaa tiensä putken läpi.

Rikasulfidiuutto

Vesilukon jälkeen 4-tuumainen putkisegmentti asetetaan seuraaviin 30 cm: iin vastaavien vähennysten avulla. Tämä segmentti tulee täyttää rautalastuilla tai kaupallisilla metallisieniillä.

Rikkivety reagoi metallin kanssa ja saostuu, kun taas biokaasu jatkaa matkaaan varastosäiliöön tai käyttöpaikkaan.

Viitteet

1. Aparcana-Robles S ja Jansen A (2008). Tutkimus anaerobisen käymisprosessin tuotteiden lannoitusarvosta biokaasun tuottamiseksi. Germna ProfEC. 10 s.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Monografia. Perustieteiden ja tekniikan instituutti, Hidalgon osavaltion autonominen yliopisto. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Meksiko. 64 s.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G ja Simon M (2013). Mikrobianerobinen hajoaminen (biodigesterit) lähestymistapana eläinjätteiden puhdistamiselle pilaantumisen torjunnassa ja uusiutuvan energian tuottamiseen. Ympäristötutkimuksen ja kansanterveyden kansainvälinen lehti 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y ja González-Salcedo LO (2009). Biodigestereiden suunnittelun perusteet. Maatalouden rakennusalan moduuli. Kolumbian kansallisen yliopiston teknillisen ja hallinnollisen tiedekunnan Palmiran päämaja. Palmira, Kolumbia. 31 s.
5. Pérez-Medel JA (2010). Biodigesterin tutkimus ja suunnittelu käytettäväksi pienviljelijöissä ja maidontuottajissa. Muisti. Konetekniikan laitos, Fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden tiedekunta, Chilen yliopisto. Santiago de Chile, Chile. 77 s.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C ja Kistemann T (2009). Muovisten biokeittimien hygieniavaikutukset ja kaasuntuotanto trooppisissa olosuhteissa. Journal of Water and Health 7: 590–596.