ביו-דיגסטר: לשם מה, סוגים, יתרונות, חסרונות - סביבה - 2025

Biodigester הוא טנק סגור שבו גז מתאן ו דשן אורגני נוצרים מתוך התסיסה אנאירובי של חומר אורגני. היסוד הביולוגי הוא פירוק של חומר אורגני על ידי פעולת חיידקים באמצעות הידרוליזה, חומציות, אצטנוגנזה ומתנוגנזה.

ה- Biodigester מספק את התנאים המבוקרים הדרושים לתהליך העיכול הביולוגי. לאחר תהליך זה מתקבלים ביוגז (מתאן, פחמן דו חמצני, חנקן ומימן גופרתי), ביוסול (דשן מוצק) וביול (דשן נוזלי) כמוצרים סופיים.

מערכת ביוגז. מקור: Renergon International AG

הפעולה הבסיסית מתחילה מהוספת פסולת אורגנית ומים למיכל אטום אוויר, בו נוצר תהליך התסיסה האנאירובי. לאחר מכן מופק הביוגז לאחסון, לשימוש ישיר או כדשן.

שלושת הסוגים הבסיסיים של מחסני ביו-ביו-פי על פי מערכת הטעינה שלהם הם רציפים, רציפים למחצה ורצופים. עיכולים ביולוגיים מהאצווה עמוסים בפסולת אורגנית רק פעם אחת בכל תהליך ייצור, ואז מופק הדשן כדי להתחיל מחזור נוסף.

אלה בעלי עומס חצי רציף, נטענים בתקופות קבועות ומוציאים את כמות הדשן השווה לנפח העמוס. מערכות רציפות הן מפעלים תעשייתיים עם עומס קבוע של חומר אורגני, כמו גם מיצוי ביוגז ודשן.

אחד היתרונות של מכונות הביולוגיה הביולוגית הוא לאפשר ניהול נכון של פסולת אורגנית, למחזור אותה ולהפחתת הסיכונים הסביבתיים. בנוסף מייצרים אנרגיה (ביוגז) ודשנים אורגניים המייצרים ערך כלכלי וסביבתי.

עם זאת, ישנם גם חסרונות מסוימים כמו צריכת מים, הקושי לשמור על רמות הטמפרטורה האידיאליות והימצאותם של חומרים מזיקים (מימן גופרתי, סילוקסן). זה מדגיש גם את הצטברות חומר הגלם בסביבת האזור ואת הסכנות לפיצוצים.

אתה יכול לבנות ביו-מיכאל ביתי זול יחסית ולעבד פסולת מטבח אורגנית. זה דורש רק חבית עם מכסה הרמטי וכמה חומרי אינסטלציה (צינורות PVC, תפסים, בין השאר).

בקנה מידה גדול יותר, בבתים באזורים כפריים המערכת החסכונית והקלה יחסית לבנייה היא הנקניק. מערכת זו מורכבת למעשה משקית פוליאתילן אטומה עם החיבורים המתאימים.

לשם מה זה

- טיפול ומיחזור של פסולת אורגנית

מחברים ביולוגיים הם חלופות טכנולוגיות מועילות מאוד מנקודת המבט של ניהול בר-קיימא של פסולת אורגנית וייצור אנרגיה מתחדשת. לדוגמה, הם מספקים אלטרנטיבה למחזור פסולת אורגנית מוצקה ונוזלית, שהופכת לחומר גלם עבור הביודגסטר.

מיחזור פסולת אורגנית בדרך זו מצמצם את השפעתו המזהמת ומייצר חיסכון בניהולו. מכונות ביו-מתכלה משמשות לטיפול בשפכים, לעיבוד פסולת אורגנית מוצקה עירונית ולפסולת חקלאית ובעלי חיים.

- ייצור ביוגז ודישונים

תהליך העיכול האנאירובי מייצר ביוגז ודשן אורגני כמוצרים.

ביוגז

לביוגז יש כ- 60% גז מתאן המהווה דלק קלורי גבוה וניתן להשתמש בו לייצור אנרגיה. זה יכול לשמש לבישול, הפקת אנרגיה חשמלית (טורבינות גז), העברת מנועים או חימום.

דשנים ביולוגיים

דשנים ביולוגיים הנובעים מעכלים ביולוגיים מתקבלים במצב (ביוסול) ונוזל (ביול) עם רמות גבוהות של מאקרו ומיקרו-תזונה. ניתן להשיג מקרונוטריינטים בסיסיים (זרחן, חנקן ואשלגן) בבידוד מהביול באמצעות תהליכי אולטרה סינון ואוסמוזה הפוכה.

ביול מכיל כמויות משמעותיות של הורמוני גדילה מועילים להתפתחות צמחים כמו חומצה אינדול-אצטית, גיבברלינים וציטוקינינים, בין היתר.

איך זה עובד

ה- Biodigester פועל על ידי יצירת תהליך גיזוז ביולוגי באמצעות עיכול אנאירובי, מפירוק החומר האורגני הידר ובהיעדר אוויר. זה מתרחש בתהליך תסיסה שמוצריו העיקריים הם גז מתאן (CH4) ופחמן דו חמצני (CO2).

- טוען את הביודגאסטר וטלטול

זה מתבצע דרך מיכל הטעינה, המורכב ממכל בו מכינים את החומר האורגני להוספה דרך צינור הטעינה לעבד הביולוג.

עיבוד חומר אורגני ועומס

יש להאכיל מעת לעת את הביוגוסטר עם חומר אורגני ומספיק מים בכושר הנשיאה שלו. במובן זה, יש להשאיר 25% מנפח הביואידג'סטר חופשי להצטברות הגז המיוצר.

בתורו, סוג החומר האורגני ואיכותו ישפיעו גם על הפריון ועל השימוש או לא בפסולת מוצקה ונוזלית כדשן. כמה פסולת אורגנית עלולה לגרום לבעיות בתהליך התסיסה, כמו שאריות פרי הדר שיכולות להחמיר את המדיום יותר מדי.

יש לרסק את החומר או לצמצם אותו לגודל הקטן ביותר האפשרי, וכדי להקל על התסיסה על התערובת להכיל 75% מים ו -25% חומר אורגני. יש לערבב אותה מעת לעת על מנת להבטיח את ההומוגניות של תהליך התסיסה בתערובת.

זמן טמפרטורה ושמירה

זמן השמירה של החומר האורגני בביו-מיסטער בכדי להשיג את התסיסה המלאה שלו יהיה תלוי בסוג זה ובטמפרטורה. ככל שטמפרטורת הסביבה גבוהה יותר, כך התסיסה תהיה מהירה יותר (לדוגמה, בחום של 30 מעלות צלזיוס יתכן שייקח בערך 20 יום לטעינה של הביולוג).

- עיכול אנאירובי

עיכול אנאירובי. מקור: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

חיידקים פועלים בתהליך הדורש תנאים סביבתיים מתאימים כמו היעדר אוויר, טמפרטורות מעל 20 מעלות צלזיוס (באופן אידיאלי 30-35 מעלות צלזיוס) ומדיום שאינו חומצי במיוחד. בתנאים אלה מתפתחים שלושה שלבים:

הִידרוֹלִיזָה

בתהליך זה מפרישים חיידקים הידרוליטיים המפרישים אנזימים חוץ תאיים. לכן שרשראות מורכבות של פחמימות, חלבונים וליפידים מתפרקות לחלקים מסיסים קטנים יותר (סוכרים, חומצות אמינו ושומנים).

שלב חומציות או תסיסה

התרכובות המסיסות מהשלב הקודם תוססות לחומצות שומן נדיפות, אלכוהולים, מימן ו- CO2.

אצטנוגנזה

חיידקים אצטוגניים נכנסים לפעולה המחמצנים חומצות אורגניות כמקור פחמן. הם מייצרים חומצה אצטית (CH3COOH), מימן (H2) ופחמן דו חמצני (CO2) וריחות לא נעימים נוצרים על ידי נוכחות של מימן גופרתי.

היווצרות מתאן או שלב מתנוגני

בשלב האחרון פועלים חיידקים מתנוגניים המפרקים את תוצרי האצטנוגנזה, ויוצרים מתאן. בטבע חיידקים אלו פועלים בביצות, בסביבות מימיות ובבטן של נמלים.

בסוף שלב זה התערובת מכילה מתאן (45 עד 55%), פחמן דו חמצני (40 עד 50%), חנקן (2 עד 3%) ומימן גופריתי (1.5 עד 2%).

- פריקה מהביוגאסטר

קצב ייצור הביוגז והדישון תלוי בסוג הבוכנה הביולוגית, בחומר האורגני המזין אותו ובטמפרטורה. הביוגז מצטבר בחלקו העליון של הביוגאסטר ומופק דרך צינורות למיכלי אחסון.

לאחר סיום התסיסה, מוציאים את הבוצה (תערובת של מוצקים ונוזלים) דרך צינורות. הפריקה מיוצרת על ידי העיקרון של תקשורת כלים, כלומר בעת העמסת חומר חדש, הלחץ גורם לעודפים לצאת מהצד הנגדי.

היחס בין כמות החומר שהוצג (פסולת אורגנית ומים) לבין התוצר התפוקתי (ביוסול וביול) הוא כמעט 1: 0.9. זה שווה לתשואה של 90%, כאשר השיעור הגבוה ביותר מתאים לביול (נוזל).

- ביוגז: טיהור

יש לטהר את הגז המופק כדי לחסל או להפחית את התוכן של מימן גופרתי ומים באמצעות מלכודות למלכודת של שתי התרכובות. זה הכרחי כדי להפחית את הסיכון לפגיעה בציוד כתוצאה מכוחם המאכל של רכיבים אלה.

מלכודת מים

המים המועברים על ידי הביוגז זורמים כאשר הצינור נפתח לחלל גדול יותר והגז ממשיך דרך היצרות נוספת. צינור זה מסתיים במיכל גדול והרמטי בכדי להכיל את המים אשר לאחר מכן מחולצים על ידי זין ניקוז בחלקו התחתון.

מלכודת מימן גופרתי

התהליך לחילוץ מימן גופרתי מהביוגז דומה לזה של מלכודת המים, אך המלכודת המוחדרת בנתיב הצינור חייבת להכיל שבבי ברזל או ספוגים. כאשר הביוגז עובר במיטת הברזל, מימן גופרתי מגיב איתו ומשקע.

- דשן: הפרדה וקומפוסטציה

תערובת הביוסול והביול עוברת תהליך גניבה על מנת להפריד בין שני המרכיבים. ניתן להשתמש בביוסול לבד או לבצע תהליך של ערבוב עם קומפוסט לשימוש מאוחר יותר כדשן מוצק.

ביול משמש כדשן עלים נוזלי או מתווסף למי השקיה, מה שהופך אותו לשימוש מאוד במערכות הידרופוניות.

סוגים

ייצור ביוגז בגרמניה. מקור: וולקר תייס (אסדרבל)

מחסני ביו-ביו מסווגים לפי תקופת הטעינה שלהם וצורתם המבנית. בגלל תדירות הטעינה שלה יש לנו:

- לא רציפה

מערכת הרציף או האצווה מורכבת ממכל אטום טעון במלואו ולא נטען מחדש עד שהפסיקה לייצר ביוגז. הגז מצטבר בקולט צף המחובר לראש המיכל (מד גז).

סוג זה של עיבוד ביו-ביולוגי משמש כאשר זמינות הפסולת האורגנית היא לסירוגין.

- חצי רצוף

בשונה מהמערכת הבלתי-רציפה, העמסה והפריקה מתבצעות בתקופות מסוימות בתהליך ייצור הביוגז. על פי מערכת הבנייה שלה ישנם שלושה סוגים בסיסיים:

עיכול ביולוגי בלון או נקניק

זה נקרא גם טייוואני ומורכב מבור שטוח בטון בטון בו מתקינים שקית או צילינדר פוליאתילן. יש להתקין חיבורי כניסה של פסולת אורגנית ויציאת ביוגז בשקית זו.

הצילינדר מתמלא במים ובאוויר ובהמשך מתווסף עומס הפסולת האורגנית.

קבצי כיפה קבועים קבועים

זהו מה שמכונה ביו-הבֵי-סי-בי-די ומורכב ממכל תת-קרקעי הבנוי בלבנים או בטון. המכל הוא גליל אנכי עם קצוות קמורים או מעוגלים ובעל מערכת טעינה ופריקה.

הביוגז מצטבר בחלל שהוקם למטרה זו מתחת לכיפה העליונה. הביודגיסטר עובד בלחץ משתנה של ביוגז בהתאם לייצורו.

עיוות ביו-צף כיפה צף

הוא מכונה מיכל הביולוג ההינדי, והוא מורכב ממכל גלילי תת-קרקעי עם מערכת טעינה ופריקה. הוא בנוי מלבנים או בטון ובחלקו העליון יש מיכל צף (מד גז) בו הביוגז מצטבר.

מד הגז הפיברגלס מצופה נירוסטה או פלסטיק צף מעל התערובת בזכות הביוגז המצטבר. יש לו את היתרון בכך שהוא שומר על לחץ גז קבוע.

בהמשך, מד הגז עולה ויורד בהתאם לרמת התערובת וכמות הביוגז. לכן הוא זקוק לפסי צד או מוט חיבור מרכזי כדי למנוע חיכוך עם הקירות.

- רציף

במקרה זה, העמסה ופריקת הביולוג הביולוגית היא תהליך רציף, הדורש זמינות קבועה של פסולת אורגנית. מדובר במערכות תעשייתיות גדולות המשמשות בדרך כלל לעיבוד שפכים קהילתיים.

לשם כך משתמשים במערכות מיכלי איסוף, משאבות להעברה למוצרי ביו ומיצוי דשנים. הביוגז נתון למערכת סינון ומופץ באמצעות דחיסה כדי להבטיח את הפצתו למשתמשים.

יתרון

מיחזור וזיהום

התקנת ביו-מיסטער מאפשרת מיחזור פסולת אורגנית, ובכך להפחית את זיהום הסביבה ולקבל מוצרים שימושיים. במקרה של אזורים כפריים, חשוב במיוחד לניהול הפרשת בעלי חיים במערכות בעלי חיים.

השגת ביוגז

הביוגז מייצג מקור אנרגיה יעיל וחסכוני, בעיקר באזורים שבהם הזמינות של מקורות אנרגיה אחרים אינה נגישה. באזורים כפריים במדינות מדוכאות כלכלית, הבישול נעשה באמצעות עצי הסקה, מה שמשפיע על הסביבה.

הזמינות של ביוגז יכולה לסייע בהפחתת הביקוש להסקה ולכן יש לה השפעה חיובית על שימור המגוון הביולוגי.

ייצור דשנים

באמצעות משקעי ביו מתקבלים דשנים אורגניים מוצקים (ביוסול) ונוזל (ביול). לדשנים אלה השפעה סביבתית נמוכה יותר ומורידים את עלויות הייצור החקלאי.

בריאות

בכך שמאפשרים ניהול נכון של פסולת אורגנית, מופחתים הסיכונים שהם מהווים לבריאות. נקבע כי 85% מהפתוגנים אינם שורדים את תהליך העיכול הביולוגי.

לדוגמא, קוליפורמים צואתיים ב 35 מעלות צלזיוס מופחתים ב 50-70% ופטריות ב 95% תוך 24 שעות. לכן בהיותו תהליך סגור מופחת ריחות רעים.

חסרונות

זמינות מים

המערכת דורשת מבחינת זמינות המים, מכיוון שנדרש תערובת. מצד שני, על הביודגוסטר להיות קרוב למקור חומר הגלם ולאת צריכת הביוגז.

טֶמפֶּרָטוּרָה

על הביודגיסטר לשמור על טמפרטורה קבועה קרוב ל 35 מעלות צלזיוס ובטווח שבין 20 ל 60 מעלות צלזיוס. לכן יתכן שתידרש כניסה חיצונית של חום.

תוצרי לוואי מזיקים

הוא יכול לייצר מימן גופרתי (H2S), שהוא רעיל ומאכל, וסילוקסנים הנגזרים מסיליקון הכלולים במוצרי קוסמטיקה ובתערובת הפסולת האורגנית. סילוקסנים אלו מייצרים SiO2 (דו תחמוצת סיליקון), השוחקת למכונות ורכיבים.

הנוכחות והריכוז של תוצרי הלוואי הללו תלויה בחומר הגלם המשמש, ביחס המים והמצע המוצק, בין גורמים אחרים.

הצטברות פסולת

יש צורך לצבור פסולת בסמוך לעבד הביולוג, אשר מביא עימו בעיות לוגיסטיות ותברואיות שיש להתייחס אליהן.

סיכוני פיצוץ

מכיוון שמדובר במערכת מחולל גז דלק, הדבר מרמז על סיכון מסוים לפיצוצים אם לא ננקטים אמצעי הזהירות הנאותים.

עלויות

למרות שהתחזוקה והתפעול של הביודגיסטר זולים יחסית, עלויות ההתקנה והבנייה הראשוניות יכולות להיות גבוהות יחסית.

איך להכין ביו-Digester ביתי

ביו-מיטב ביתי. מקור: Kevinsooryan

מכבש ביולוגי דורש כאלמנטים בסיסיים ומכל המיועד לתסיסה, העמסה ופריקה של צינורות עם תאי העצירה שלהם. בנוסף, נחוצים טנקים לביוגז ולדישון.

חשוב לציין כי על המערכת כולה להיות אטומה לאוויר כדי למנוע דליפות גז. מצד שני, המערכת צריכה להיות בנויה מחומרים אל חלדיים כמו PVC או נירוסטה בכדי למנוע נזק כתוצאה ממים ומימן גופרתי.

- מיכל תסיסה

ניתן להשתמש בחבית או במכל פלסטיק שיכולתם תלויה בכמות הפסולת האורגנית שעובדת. למיכל זה חייב להיות מכסה הרמטי, או שלא במקרה זה, יש לאטום את המכסה עם דבק פלסטי עמיד בטמפרטורה גבוהה.

על המכל להיות בעל ארבעה חורים וכל האמצעים המתבצעים בהם חייבים להיות אטומים בסיליקון בטמפרטורה גבוהה.

טוען כיסוי

חור זה נמצא במרכז מכסה הטנק, הוא צריך להיות באורך של לפחות 4 סנטימטרים ויש להתקין תקע סניטרי הברגה. תקע זה יחובר לצינור PVC 4 אינץ 'שייכנס למכל אנכית עד 10 ס"מ לפני הקרקעית.

כניסה זו תשמש להעמסת הפסולת האורגנית שגזרה או גרוסה בעבר.

חור ניקוז שפכים 1

חשוב לזכור כי יש להשאיר 25% משטח המיכל חופשי לצורך הצטברות גז, ולכן יש לפתוח חור בצד באותה רמה. בחור זה יותקן מתאם טנק עם קטע של צינור PVC 2 אינץ 'באורך 15 ס"מ עם תפס נע.

תפקידו של ניקוז זה הוא לאפשר לביול העל-טבעי להימלט ברגע שמטען הטנק דרך מכסה הטעינה. יש לאחסן את הביול במיכלים מתאימים לשימוש מאוחר יותר.

חור ניקוז שפכים 2

ניקוז שני זה חייב לעבור לתחתית המכל כדי לחלץ את החלק הצפוף ביותר של המוצר המותסס (ביוסול). כמו כן, ישמש קטע של צינור PVC בגודל 2 אינץ 'באורך 15 ס"מ עם תא נעצר.

שקע ביוגז

חור בגודל 1/2 אינץ 'ייחתך בחלקו העליון של המיכל כדי להתקין צינור PVC בקוטר שווה באמצעות מתאם למכל. בצינור זה יהיה שעון עצר בשקע.

- מערכת יציאה וטיהור של ביוגז

צינור יציאת הביוגז חייב להיות באורך של 1.5 מ 'לפחות, בכדי להכניס את מערכות מיצוי המים והמימן הגופרתי לנתיבו. לאחר מכן ניתן להרחיב את הצינור הזה במידת הצורך כדי להעביר את הגז למקום האחסון שלו או לשימושו.

מיצוי מים

כדי להוציא את המים מהשקע, יש לקטוע את הצינור בגובה 30 ס"מ כדי להכניס מיכל פלסטיק או זכוכית עם מכסה הרמטי. על צינור העברת הגז להיות עוקף דרך חיבור T, על מנת שהגז יחדור למיכל.

בדרך זו הגז ממלא את המיכל, המים מתמצאים והגז ממשיך בדרכו בצינור.

מיצוי מימן גופרתי

לאחר מלכודת המים, מוכנס פלח צינור בגודל 4 אינץ 'ב 30 ס"מ הבאים באמצעות הפחתות המתאימות. יש למלא את הקטע הזה בשבבי ברזל או בספוגי מתכת מסחריים.

המימן הגופריתי יגיב עם המתכת ויוצא משקע, ואילו הביוגז ימשיך במסעו אל מיכל האחסון או למקום השימוש בו.

הפניות

1. Aparcana-Robles S ו- Jansen A (2008). עיינו בערך ההפריה של תוצרי התסיסה האנאירוב לייצור ביוגז. גרמנה פרופ. 10 עמ '.
2. קורונה-זוניגה הראשונה (2007). ביו-Digesters. מוֹנוֹגרָפִיָה. המכון למדעי יסוד והנדסה, האוניברסיטה האוטונומית של מדינת הידלו. מינרל דה לה רפורמה, הידאלגו, מקסיקו. 64 עמ '.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G ו- Simon M (2013). עיכול אנאירובי מיקרוביאלי (ביו-עיכולים) כגישה לטיהור פסולת בעלי חיים בבקרת זיהום ויצירת אנרגיה מתחדשת. כתב העת הבינלאומי למחקר סביבתי ובריאות הציבור 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y ו- González-Salcedo LO (2009). יסודות לתכנון של עיכולים ביולוגיים. מודול לנושא הבנייה החקלאית. הפקולטה להנדסה ומינהל, האוניברסיטה הלאומית בקולומביה, מטה פלמירה. פלמירה, קולומביה. 31 עמ '.
5. פרז-מדל JA (2010). לימוד ועיצוב של עיבוד ביולוגי ליישום בחקלאים קטנים ורפתנים. זיכרון. המחלקה להנדסת מכונות, הפקולטה למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, אוניברסיטת צ'ילה. סנטיאגו דה צ'ילה, צ'ילה. 77 עמ '.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C ו- Kistemann T (2009). השפעות היגייניות וייצור גז של עיכולים ביולוגיים מפלסטיק בתנאים טרופיים. Journal of Water and Health 7: 590–596.