BIODIGESTER: HVA ER DET FOR, TYPER, FORDELER, ULEMPER - MILJØ - 2026

En biodigester er en lukket tank hvor metangass og organisk gjødsel genereres fra den anaerobe gjæringen av organisk materiale. Det biologiske fundamentet er nedbrytning av organisk materiale ved virkning av bakterier gjennom hydrolyse, forsuring, acetanogenese og metanogenese.

Biodigester gir de kontrollerte forholdene som er nødvendige for biofordøyelsesprosessen. Etter denne prosessen oppnås biogass (metan, karbondioksid, nitrogen og hydrogensulfid), biosol (fast gjødsel) og biol (flytende gjødsel) som sluttprodukter.

Biogassystem. Kilde: Renergon International AG

Den grunnleggende operasjonen starter fra å tilsette organisk avfall og vann til en lufttett beholder, der den anaerobe gjæringsprosessen genereres. Deretter trekkes biogassen ut for lagring, direkte bruk eller som gjødsel.

De tre grunnleggende typene biodigesters i henhold til deres lastesystem er diskontinuerlige, semikontinuerlige og kontinuerlige. Biologiske fordøyelsessatser lades med organisk avfall bare en gang i hver produksjonsprosess, deretter blir gjødselen trukket ut for å starte en ny syklus.

De med halvkontinuerlig belastning lastes i regelmessige perioder og utvinner mengden gjødsel som tilsvarer det belastede volumet. Kontinuerlige systemer er industrianlegg med en permanent belastning med organisk materiale, samt utvinning av biogass og gjødsel.

Blant fordelene med biodigesters er å tillate riktig håndtering av organisk avfall, resirkulere det og redusere miljørisikoen. I tillegg produseres energi (biogass) og organisk gjødsel, som gir en økonomisk og miljømessig verdi.

Imidlertid er det også visse ulemper som vannforbruk, vanskeligheten med å opprettholde de ideelle temperaturnivåene og tilstedeværelsen av skadelige stoffer (hydrogensulfid, siloksener). Det fremhever også akkumulering av råstoff i nærheten og risikoen for eksplosjoner.

Du kan bygge en relativt billig hjemmelaget biodigester og behandle organisk kjøkkenavfall. Dette krever bare en tønne med et hermetisk lokk og noen avløpsmaterialer (blant annet PVC-rør, stoppekraner).

I større skala er pølsene i hus i landlige områder det mest økonomiske og relativt enkle å bygge system. Dette systemet består i utgangspunktet av en forseglet polyetylenpose med tilhørende tilkoblinger.

Hva er den til

- Behandling og gjenvinning av organisk avfall

Biodigesters er svært nyttige teknologiske alternativer fra perspektivet om bærekraftig håndtering av organisk avfall og produksjon av fornybar energi. For eksempel gir de et alternativ for resirkulering av fast og flytende organisk avfall, som blir omdannet til råstoff for biodigester.

Gjenbruk av organisk avfall på denne måten reduserer den forurensende effekten og gir besparelser i forvaltningen. Biodigesters brukes til behandling av avløpsvann, foredling av fast organisk avfall i urbane områder, og jordbruks- og husdyravfall.

- Produksjon av biogass og biogjødsel

Den anaerobe fordøyelsesprosessen genererer biogass og organisk gjødsel som produkter.

biogass

Biogass har rundt 60% metangass som er et brennstoff med høyt kalori og kan brukes til energiproduksjon. Den kan brukes til matlaging, generering av elektrisk energi (gassturbiner), flytting av motorer eller oppvarming.

Biologisk gjødsel

Biogjødsel som stammer fra biofordøyelsesmidler oppnås i en tilstand (biosol) og flytende (biol) med høye nivåer av makro- og mikronæringsstoffer. Basiske makronæringsstoffer (fosfor, nitrogen og kalium) kan oppnås isolert fra biol gjennom ultrafiltrerings- og omvendt osmoseprosesser.

Biol inneholder betydelige mengder veksthormoner som er nyttige for planteutvikling som indol-eddiksyre, gibberelliner og cytokininer, blant andre.

Hvordan virker det

Biodigesteren fungerer ved å generere en biogassifiseringsprosess gjennom anaerob fordøyelse, fra å bryte ned det hydratiserte organiske materialet og i fravær av luft. Dette skjer gjennom en gjæringsprosess hvis hovedprodukter er metangass (CH4) og karbondioksid (CO2).

- Laster biodigesteren og rister

Det blir utført gjennom lastetanken, som består av en tank der det organiske materialet er forberedt for å bli tilsatt gjennom lasterøret til bioverdigen.

Bearbeiding av organisk materiale og belastning

Biodigesteren må med jevne mellomrom mates med organisk materiale og nok vann for å kunne bære den. I denne forstand må 25% av volumet av biodigesteren være fri for akkumulering av produsert gass.

På sin side vil typen og kvaliteten på organisk materiale også påvirke produktiviteten og bruken eller ikke av fast og flytende avfall som gjødsel. Noe organisk avfall kan forårsake problemer i gjæringsprosessen, for eksempel rester av sitrusfrukter som kan forsure mediet for mye.

Materialet må knuses eller reduseres til minst mulig størrelse, og for å lette gjæring må blandingen inneholde 75% vann og 25% organisk materiale. Det må omrøres med jevne mellomrom for å sikre homogeniteten til gjæringsprosessen i blandingen.

Temperatur og retensjonstid

Oppbevaringstiden for det organiske materialet i bioverdigen for å oppnå full gjæring vil avhenge av typen av dette og temperaturen. Jo høyere omgivelsestemperatur, desto raskere vil gjæringen være (for eksempel ved 30 ºC kan det ta omtrent 20 dager å lade opp biodigesteren).

- Anaerob fordøyelse

Anaerob fordøyelse. Kilde: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterier virker i prosessen som krever passende miljøforhold som fravær av luft, temperaturer over 20 ° C (ideelt sett 30-35 ° C) og et medium som ikke er veldig surt. Under disse forholdene utvikler det seg tre faser:

Hydrolyse

Hydrolytiske bakterier virker i denne prosessen som skiller ut ekstracellulære enzymer. Derfor blir de komplekse kjedene med karbohydrater, proteiner og lipider brutt ned i mindre oppløselige biter (sukker, aminosyrer og fett).

Forsurings- eller gjæringsstadium

De oppløselige forbindelser fra den forrige fase fermenteres til flyktige fettsyrer, alkoholer, hydrogen og CO2.

Acetanogenesis

Acetogene bakterier kommer inn i bildet som oksiderer organiske syrer som en karbonkilde. De genererer eddiksyre (CH3COOH), hydrogen (H2) og karbondioksid (CO2), og ubehagelige lukter produseres ved nærvær av hydrogensulfid.

Metandannelse eller metanogen fase

I den siste fasen virker metanogene bakterier som dekomponerer produktene av acetanogenese, og genererer metan. I naturen virker disse bakteriene i sumper, vannmiljøer og i magen til drøvtyggere.

Ved slutten av denne fasen inneholder blandingen metan (45 til 55%), karbondioksyd (40 til 50%), nitrogen (2 til 3%) og hydrogensulfid (1,5 til 2%).

- Utslipp fra biodigesteren

Hastigheten for biogass og gjødselproduksjon avhenger av typen biodigester, det organiske materialet som mater det og temperaturen. Biogassen akkumuleres i den øvre delen av biodigesteren og blir trukket ut gjennom rør til lagertanker.

Når gjæringen er ferdig, trekkes slammet (en blanding av faste stoffer og væske) gjennom rør. Utslippet produseres etter prinsippet om å kommunisere fartøyer, det vil si når belastning av nytt materiale får trykket til at overskuddet kommer ut fra motsatt side.

Forholdet mellom mengden innført materiale (organisk avfall og vann) og utgangsproduktet (biosol og biol) er nesten 1: 0,9. Dette tilsvarer 90% utbytte, der den høyeste andelen tilsvarer biol (væske).

- Biogass: rensing

Gassen som produseres må renses for å eliminere eller redusere innholdet av hydrogensulfid og vann ved å bruke feller for å felle begge forbindelsene. Dette er nødvendig for å redusere risikoen for skade på utstyret på grunn av korrosjonskraften til disse komponentene.

Vannlås

Vannet som føres bort av biogassen faller ut når røret åpnes for et større rom og gassen fortsetter gjennom en annen innsnevring. Dette røret ender i en stor og hermetisk beholder for å inneholde vannet som senere blir trukket ut av en avløpskran i den nedre delen.

Hydrogen sulfide Trap

Prosessen for å trekke ut hydrogensulfid fra biogassen er lik den i vannlåsen, men fellen som er satt inn i røret må inneholde jernflis eller svamper. Når biogassen passerer gjennom jernsjiktet, reagerer hydrogensulfidet med det og faller ut.

- Gjødsel: separering og kompostering

Blandingen av biosol og biol blir underkastet en dekanteringsprosess for å skille begge komponentene. Biosolen kan brukes alene eller følge en prosess med å blande med kompostering for senere bruk som fast gjødsel.

Biol brukes som flytende gjødsel eller tilsettes til vanningsvann, noe som gjør det veldig nyttig i hydroponiske systemer.

typer

Produksjon av biogass i Tyskland. Kilde: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesters er klassifisert i henhold til deres belastningsperiode og strukturelle form. På grunn av dens lastefrekvens har vi:

- Diskontinuerlig

Det diskontinuerlige eller batch-systemet består av en lufttett tank som er fulladet og ikke lastes på nytt før den har sluttet å produsere biogass. Gassen samler seg i en flytende oppsamler festet til toppen av tanken (gassometer).

Denne typen biodigester brukes når tilgjengeligheten av organisk avfall er periodisk.

- Halvkontinuerlig

I motsetning til det diskontinuerlige systemet, blir lasting og lossing utført på bestemte tider i løpet av biogassproduksjonsprosessen. I henhold til konstruksjonssystemet er det tre grunnleggende typer:

Ballong eller pølse biodigester

Det kalles også taiwanesisk og består av en flat betongfôret grop der en polyetylenpose eller sylinder er installert. Tilkoblinger for tilførsel av organisk avfall og utslipp av biogass må installeres i denne posen.

Sylinderen fylles med vann og luft og senere tilføres belastningen med organisk avfall.

Faste kuppel Biodigesters

Det er den såkalte kinesiske biodigteren og består av en underjordisk tank bygget i murstein eller betong. Tanken er en vertikal sylinder med konvekse eller avrundede ender og har et laste- og lossesystem.

Biogassen akkumuleres i et rom som er etablert for dette formålet under den øvre kuppelen. Biodigesteren jobber med et variabelt biogasstrykk i henhold til produksjonen.

Flytende kuppelbiodigester

Den kalles hinduisk biodigester og består av en underjordisk sylindrisk tank med et laste- og lossesystem. Den er bygget i murstein eller betong, og i den øvre delen er det en flytende tank (gassometer) hvor biogassen samler seg.

Det rustfrie stål eller plastbelagte glassfibergassometret flyter over blandingen takket være den akkumulerte biogassen. Det har fordelen at det opprettholder et konstant gasstrykk.

Deretter går gasometeret opp og ned, avhengig av blandingsnivået og mengden biogass. Derfor krever det sideskinner eller en sentral styrestang for å unngå friksjon med veggene.

- Kontinuerlige

I dette tilfellet er lasting og lossing av biodigesteren en kontinuerlig prosess, som krever permanent tilgjengelighet av organisk avfall. Det er store industrisystemer som vanligvis brukes til behandling av avløpsvann fra samfunnet.

For dette brukes oppsamlingstankanlegg, pumper for overføring til biodigesters og utvinning av gjødsel. Biogassen blir utsatt for et filtreringssystem og distribuert ved komprimering for å garantere distribusjon til brukerne.

Fordel

Gjenvinning og forurensning

Installasjonen av en biodigester tillater gjenvinning av organisk avfall, og reduserer dermed miljøforurensning og oppnår nyttige produkter. Når det gjelder landlige områder er det spesielt viktig for håndtering av dyreutskillelse i husdyrsystemer.

Innhenting av biogass

Biogass representerer en effektiv og økonomisk energikilde, hovedsakelig i områder der tilgjengeligheten av andre energikilder ikke er tilgjengelig. I landlige områder i økonomisk deprimerte land gjøres matlaging med ved, noe som påvirker miljøet.

Tilgjengeligheten av biogass kan bidra til å redusere etterspørselen etter ved og derfor ha en positiv innvirkning på bevaring av biologisk mangfold.

Gjødselproduksjon

Ved hjelp av biofordøyelsesmidler oppnås fast organisk gjødsel (biosol) og væske (biol). Disse gjødslingene har lavere miljøpåvirkning og reduserer kostnadene for landbruksproduksjon.

sunnhet

Ved å tillate riktig håndtering av organisk avfall, reduseres risikoen de utgjør for helsen. Det er bestemt at 85% av patogenene ikke overlever biofordøyelsesprosessen.

For eksempel reduseres fekale koliformer ved 35 ° C med 50-70% og sopp med 95% på 24 timer. Som en lukket prosess reduseres derfor dårlig lukt.

ulemper

Vanntilgjengelighet

Systemet er krevende med tanke på vanntilgjengelighet, siden en blanding er nødvendig. På den annen side må biodigester være nær kilden til råstoff og biogassforbruksstedet.

Temperatur

Biodigesteren må opprettholde en konstant temperatur nær 35 ° C og innenfor et område mellom 20 og 60 ° C. Derfor kan det være nødvendig med en ekstern tilførsel av varme.

Skadelige biprodukter

Den kan produsere hydrogensulfid (H2S), som er giftig og etsende, og silikonavledede siloksener som er i kosmetiske produkter og i blandingen av organisk avfall. Disse siloksene genererer SiO2 (silisiumdioksyd), som er slitende for maskiner og komponenter.

Tilstedeværelsen og konsentrasjonen av disse biproduktene avhenger av råstoffet som brukes, andelen vann og fast underlag, blant andre faktorer.

Akkumulering av avfall

Det er nødvendig å samle avfall i nærheten av biodigesteren, som fører med seg logistiske og sanitære problemer som må løses.

Eksplosjonsrisiko

Ettersom det er et drivstoffgassgeneratorsystem, innebærer det en viss fare for eksplosjoner hvis ikke de riktige forholdsreglene tas.

kostnader

Selv om vedlikehold og drift av biodigester er relativt billig, kan de innledende installasjons- og konstruksjonskostnadene være relativt høye.

Hvordan lage en hjemmelaget biodigester

Hjem biodigester. Kilde: Kevinsooryan

En biodigester krever som grunnelementer og en tank for gjæring, lasting og lossing av rør med sine respektive stoppekraner. I tillegg er tanker for biogass og gjødsel nødvendig.

Det er viktig å merke seg at hele systemet må være lufttett for å forhindre gasslekkasjer. På den annen side må systemet være konstruert av rustfrie materialer som PVC eller rustfritt stål for å unngå skader på grunn av vann og hydrogensulfid.

- Gjæringstank

En plastfat eller tank kan brukes hvis kapasitet vil avhenge av mengden organisk avfall som skal behandles. Denne tanken må ha et hermetisk lokk, eller hvis ikke dette, må lokket være forseglet med høye temperaturbestandig plastlim.

Tanken må ha fire hull, og alle installasjoner som er laget i dem, må tettes med høye temperaturer silikon.

Laster deksel

Dette hullet er i midten av tanklokket, det må være minst 4 centimeter langt og en gjenget sanitærplugg må installeres. Denne pluggen kobles til et 4-tommers PVC-rør som kommer inn i tanken vertikalt opptil 10 cm før bunnen.

Denne inngangen vil tjene til å laste det organiske avfallet som tidligere er strimlet eller strimlet.

Avløpshull 1

Det er viktig å huske at 25% av tankplassen må være fri for gassakkumulering, så et hull må åpnes i siden på det nivået. I dette hullet vil en tankadapter med et segment på 2-tommers PVC-rør 15 cm lang bli installert med en stoppekran.

Funksjonen til dette avløpet er å la supernatanten biol slippe ut når tanken er ladet opp gjennom lastelokket. Biol må lagres i egnede beholdere for senere bruk.

Avløpshull 2

Dette andre avløpet må gå til bunnen av tanken for å trekke ut den tetteste delen av det fermenterte produktet (biosol). På samme måte vil et segment av 2-tommers PVC-rør på 15 cm i lengde med en stoppekran brukes.

Biogassuttak

Et 1/2-tommers hull vil bli kuttet i tanktoppen for å installere en PVC-rør med samme diameter ved hjelp av en tankadapter. Dette røret vil ha en stoppekran ved utløpet.

- Utløps- og renseanlegg for biogass

Utløpsrøret for biogass må være minst 1,5 m langt for å sette vann- og hydrogensulfidekstraksjonssystemene i banen. Dette røret kan deretter forlenges om nødvendig for å overføre gassen til dets lagrings- eller brukssted.

Vannuttak

For å fjerne vannet fra utløpet, må røret avbrytes 30 cm for å sette inn en plast- eller glassbeholder med et hermetisk lokk. Gassoverføringsrøret må ha en bypass gjennom en T-forbindelse, for at gassen skal trenge gjennom beholderen.

På denne måten fyller gassen beholderen, vannet kondenserer og gassen fortsetter sin vei gjennom røret.

Hydrogensulfidekstraksjon

Etter vannlåsen settes et 4-tommers rørsegment inn i de neste 30 cm ved hjelp av tilsvarende reduksjoner. Dette segmentet skal fylles med jernspon eller kommersielle metallsvamper.

Hydrogensulfidet vil reagere med metallet og presipitere, mens biogassen fortsetter sin ferd til lagringsbeholderen eller bruksstedet.

referanser

1. Aparcana-Robles S og Jansen A (2008). Studie om gjødslingsverdien av produktene fra den anaerobe gjæringsprosessen for produksjon av biogass. Germna ProfEC. 10 s.
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, Mexico. 64 s.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G og Simon M (2013). Mikrobiell anaerob fordøyelse (Bio-Digesters) som en tilnærming til dekontaminering av avfall fra dyr i forurensningskontroll og generering av fornybar energi. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y og González-Salcedo LO (2009). Grunnleggende for design av biodigesters. Modul for emnet Landbrukskonstruksjoner. Fakultet for ingeniørvitenskap og administrasjon, National University of Colombia, Palmira hovedkvarter. Palmira, Colombia. 31 s.
5. Pérez-Medel JA (2010). Studie og design av en biodigester for anvendelse hos småbønder og melkebønder. Hukommelse. Institutt for maskinteknikk, Fakultet for fysiske og matematiske vitenskaper, Chile. Santiago de Chile, Chile. 77 s.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C og Kistemann T (2009). Hygieniske effekter og gassproduksjon av bio-fordøyere av plast under tropiske forhold. Journal of Water and Health 7: 590–596.