Bioodigester a cosa serve, tipi, vantaggi, svantaggi

UN Biodigester È un serbatoio chiuso in cui il gas metano e il fertilizzante organico sono generati dalla fermentazione anaerobica della materia organica. La fondazione biologica è la decomposizione della materia organica mediante l'azione dei batteri attraverso l'idrolisi, l'acidificazione, l'acetagenesi e la metanogenesi.

Il Biodigester fornisce le condizioni controllate necessarie per il processo di biodigestione. Dopo questo processo vengono ottenuti come prodotti finali del biogas (metano, anidride carbonica, azoto e acido solfuro), biosol (fertilizzante solido) e biolo (fertilizzante liquido).

Sistema di biogas. Fonte: Renergon International AG [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Il funzionamento di base inizia dall'aggiunta di rifiuti organici e acqua a un contenitore ermetico, in cui viene generato il processo di fermentazione anaerobica. Quindi il biogas viene estratto per la conservazione, l'uso diretto o come fertilizzante.

I tre tipi di base di biodigestri secondo il loro sistema di carico sono discontinui, semicontinui e continui. I biodigesters discontinui sono caricati con rifiuti organici solo una volta in ciascun processo di produzione, quindi il fertilizzante viene estratto per iniziare un altro ciclo.

Quelli di caricamento semicontino sono caricati in periodi regolari estraendo la quantità di fertilizzante equivalente al volume caricato. I sistemi continui sono impianti industriali con un carico di materia organica permanente, nonché l'estrazione di biogas e fertilizzanti.

Tra i vantaggi dei biodigestri ci sono consentire una corretta gestione dei rifiuti organici, riciclarli e ridurre i rischi ambientali. Inoltre, vengono prodotti fertilizzanti energetici (biogas) e organici, che genera valore economico e ambientale.

Tuttavia, ci sono anche alcuni svantaggi come il consumo di acqua, la difficoltà di mantenere i livelli adeguati di temperatura e presenza di sostanze dannose (solfuro, acido silossenico). Sottolinea inoltre l'accumulo della materia prima vicino all'area e i rischi di esplosione.

Una biodigester fatta in casa può essere costruita con uno spreco organico a basso costo e processo dalla cucina. Per questo, solo un coperchio ermetico e alcuni materiali idraulici (tubi in PVC, password, tra gli altri), tra gli altri).

Su larga scala, nelle aree rurali il sistema di costruzione più economico e relativamente facile è la salsiccia. Questo sistema è sostanzialmente costituito da una borsa in polietilene sigillato e con le connessioni corrispondenti.

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Cosa serve

- Trattamento e riciclaggio dei rifiuti organici

I biodigestri sono alternative tecnologiche molto utili sotto l'ottica della gestione sostenibile dei rifiuti organici e della produzione di energia rinnovabile. Ad esempio, forniscono un'alternativa al riciclaggio di rifiuti organici solidi e liquidi, che vengono trasformati in materia prima per biodigester.

Il riciclaggio dei rifiuti organici riduce il loro impatto inquinante e genera risparmi sulla loro gestione. I biodigesters vengono utilizzati per il trattamento delle acque reflue, la lavorazione dei rifiuti organici urbani e i rifiuti agricoli e di bestiame.

- Produzione di biogas e biofertilizer

Il processo di digestione anaerobica genera come biogas e prodotti di fertilizzanti organici.

Biogas

Il biogas ha circa il 60% di gas metano che è un combustibile di alta potenza calorica e può essere utilizzato per la produzione di energia. Può essere usato per cucinare, generare elettricità (turbine a gas), spostare motori o calore.

Biofertilizantes

I biofertilizzanti risultanti da biodigesteros sono ottenuti in stato (biosol) e liquido (biolo) con alti livelli di macro e micronutrienti. Dal biolo possono essere ottenuti in isolamento macronutrienti di base (fosforo, azoto e potassio) attraverso processi di ultrafiltrazione e osmosi inversa. 

Il biol contiene importanti quantità di utili ormoni della crescita per lo sviluppo delle piante come acido indolo-acetico, gibbereline e citochinine tra gli altri.

Come funziona

Il biodigester funziona generando un processo di ciclismo mediante digestione anaerobica, dalla decomposizione della materia organica idratata e in assenza di aria. Ciò si verifica attraverso un processo di fermentazione che ha i principali prodotti a base di metano (CH4) e anidride carbonica (CO2).

- Bioodigester e carico di agitazione

Viene effettuato attraverso il serbatoio di carico, che consiste in un deposito in cui la materia organica è preparata per essere aggiunta dal tubo di carico al biodigester.

Materia organica e elaborazione del carico

Il biodigester deve essere periodicamente alimentato con materia organica sufficienti e acqua per la sua capacità di carico. In questo senso, il 25% del volume del biodigester libero deve essere lasciato per l'accumulo del gas prodotto.

A sua volta, il tipo e la qualità della materia organica influenzeranno anche la produttività e l'uso o meno di residui solidi e liquidi come fertilizzante. Alcuni rifiuti organici possono generare problemi nel processo di fermentazione, come i residui di frutta di agrumi che possono acidificare troppo il mezzo.

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Il materiale deve essere schiacciato o ridotto alla dimensione più bassa possibile e per facilitare la fermentazione e la miscela devono contenere il 75% di acqua e il 25% di materia organica. Deve essere agitato periodicamente al fine di garantire l'omogeneità del processo di fermentazione nella miscela.

Temperatura e tempo di ritenzione

Il tempo di ritenzione della materia organica nel Biodigester per raggiungere la sua fermentazione totale dipenderà dal tipo di questo e dalla temperatura. A una temperatura ambiente più elevata, più veloce sarà la fermentazione (ad esempio a 30 ºC, possono essere necessari circa 20 giorni per ricaricare il biodigester).

- Digestione anaerobica

Digestione anaerobica. Fonte: Tilley, E., Ulrich, l., Lüthi, c., Reymond, Ph., Zurbrügg, c. [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Nel processo agiscono batteri che richiedono adeguate condizioni ambientali come l'assenza di aria, temperature superiori a 20 ° C (ideale 30-35 ºC) e un mezzo non molto acido. In queste condizioni vengono sviluppate tre fasi:

Idrolisi

In questo processo, i batteri idrolitici agiscono che secernono enzimi extracellulari. Pertanto, le catene complesse di carboidrati, proteine ​​e lipidi in pezzi minori solubili (zuccheri, aminoacidi e grassi) sono scomposte).

Acidificazione o stadio fermentativo

I composti solubili della fase precedente sono fermentati con acidi grassi volatili, alcoli, idrogeno e CO2.

Acetanogenesi

I batteri acetoogenici entrano in gioco che ossidano gli acidi organici come fonte di carbonio. Generano acido acetico (CH3COOH), idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2) e odori spiacevoli sono prodotti a causa della presenza di acido solfidrico.

Formazione di metano o fase metanogenica

Nell'ultima fase agiscono batteri metanogenici che decompongono i prodotti dell'acetonogenesi che generano metano. In natura questi batteri agiscono in paludi, ambienti acquatici e nello stomaco dei ruminanti.

Alla fine di questa fase la miscela contiene metano (da 45 al 55%), anidride carbonica (40-50%), azoto (2-3%) e acido solfuro (da 1,5 al 2%).

- Scarico di biodigester

Il tasso di produzione di biogas e fertilizzanti dipende dal tipo biodigester, la materia organica che lo alimenta e la temperatura. Il biogas si accumula nella parte superiore del biodigester ed è estratto da tubi ai depositi di stoccaggio.

Una volta terminata la fermentazione, il fango viene estratto (una miscela di solidi e liquidi) dai tubi. Lo scarico è prodotto dal principio della comunicazione di vasi, cioè quando si caricano il nuovo materiale, la pressione rende il surplus fuori dal lato opposto.

La proporzione tra la quantità di materia introdotta (rifiuti organici e acqua) e il prodotto di uscita (biosol e biol) è quasi 1: 0,9. Ciò equivale a una resa del 90%, in cui la percentuale più alta corrisponde a Biol (liquido).

- Biogas: purificazione

Il gas prodotto deve essere purificato per eliminare o ridurre il contenuto di solfuro e acido d'acqua usando trappole per catturare entrambi i composti. Ciò è necessario per ridurre il rischio di danni all'apparecchiatura da parte della potenza corrosiva di questi componenti.

Trappola d'acqua

L'acqua trascinata dal biogas precipita quando il tubo si apre su uno spazio più grande e il gas continua con un'altra costrizione. Questo tubo porta a un contenitore ampio ed ermetico per contenere l'acqua che viene successivamente estratta da una chiave di spurgo nella parte inferiore.

Trappola dell'acido solfidrico

Il processo per estrarre l'acido solfiderico dal biogas è simile a quello della trappola dell'acqua, ma la trappola intervallata nella traiettoria del tubo deve contenere chip o spugne di ferro. Quando il biogas attraversa il letto di ferro, l'acido solfuro reagisce con questo e precipita.

- Fertilizzante: separazione e compostaggio

La miscela di biosol e biol subisce un processo di decantazione per separare entrambi i componenti. Il biosol può essere usato da solo o seguire un processo di compostaggio per un uso successivo come fertilizzante solido.

Il biol è usato come un fertilizzante fogliare liquido o aggiunto in acqua di irrigazione, quindi è molto utile nei sistemi idroponici.

Ragazzi

Produzione di biogas in Germania. Fonte: Volker Thies (AsDrubal) [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/]]

I biodigestri sono classificati in base alla loro periodicità di carico e forma strutturale. Per la sua periodicità di carica abbiamo:

- Discontinuo

Il sistema discontinuo o Lotto È costituito da un serbatoio ermetico che è pieno e non si carica di nuovo fino a quando non ha smesso di produrre biogas. Il gas si accumula in un collettore galleggiante attaccato nella parte superiore del serbatoio (gasometro).

Questo tipo di biodigester viene utilizzato quando la disponibilità di rifiuti organici è intermittente.

- Semi-continuo

A differenza del sistema discontinuo, i carichi e gli scarichi vengono eseguiti in determinati termini durante il processo di produzione del biogas. Secondo il suo sistema costruttivo ci sono tre tipi di base:

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Biodigestore di globo o salchicha

È anche chiamato taiwanese ed è costituito da una tomba in cemento rivestita piatta in cui è installato un sacchetto o un cilindro in polietilene. Questa borsa deve essere installata le connessioni per l'ingresso di rifiuti organici e l'uscita del biogas.

Il cilindro viene riempito con acqua e aria e successivamente viene aggiunto il carico di rifiuti organici.

Biodigesters a cupola fissa

È il biodigester cinese così chiamato e è costituito da un serbatoio sotterraneo costruito in mattoni o cemento. Il serbatoio è un cilindro verticale con estremità convesse o arrotondate e ha un sistema di carico e un'altra scarica.

Il biogas si accumula in uno spazio stabilito a tale scopo sotto la cupola superiore. Il biodigester lavora con una pressione variabile di biogas secondo la sua produzione.

Dome galleggiante Biodigester

Chiamato Hindu Biodigester, è costituito da un serbatoio cilindrico sotterraneo con un sistema di carico e scarico. È costruito in mattoni o cemento e nella sua parte superiore c'è un serbatoio mobile (gasometro) in cui il biogas si accumula.

Il gasometro in fibra di vetro ricoperto di galleggianti di plastica o in acciaio inossidabile sulla miscela grazie al biogas accumulato. Ha il vantaggio che mantiene una pressione del gas costante.

Successivamente, il gasometro aumenta e diminuisce a seconda del livello di miscelazione e quantità di biogas. Pertanto, sono necessarie binari laterali o una canna guida centrale che evita l'attrito con le pareti.

- Continuo

In questo caso, il carico e lo scarico del biodigester sono un processo continuo, quindi richiede una disponibilità permanente di rifiuti organici. Sono grandi sistemi industriali generalmente utilizzati per la trasformazione delle acque reflue.

Per questo, vengono utilizzati sistemi di serbatoi di raccolta, bombe per i biodigestri e l'estrazione dei fertilizzanti. Il biogas è sottoposto a un sistema di filtraggio e distribuito mediante compressione per garantire la sua distribuzione agli utenti.

Vantaggi

Riciclaggio e inquinamento

L'installazione di un biodigester consente il riciclaggio dei rifiuti organici, riducendo così l'inquinamento ambientale e ottenendo prodotti utili. Nel caso dell'ambiente rurale, è particolarmente importante per la gestione dell'escreta degli animali nei sistemi di bestiame.

Ottenere il biogas

Il biogas rappresenta una fonte di energia efficiente ed economica, principalmente nelle aree in cui la disponibilità di altre fonti energetiche non è accessibile. Nelle aree rurali dei paesi economicamente depressi è cucinato con legna da ardere, che influisce sull'ambiente.

La disponibilità di biogas può aiutare a ridurre la domanda di legna da ardere e quindi avere un impatto positivo sulla conservazione della biodiversità.

Produzione di fertilizzanti

Attraverso i biodigestri si ottengono fertilizzanti organici solidi (biosol) e liquidi (biolo). Questi fertilizzanti hanno un impatto ambientale inferiore e riducono i costi di produzione agricola.

Salute

Consentendo una corretta gestione dei rifiuti organici, i rischi che rappresentano per la salute sono ridotti. È stato stabilito che l'85% degli agenti patogeni non sopravvive al processo di biodigestione.

Ad esempio, i coliformi fecali a 35 ° C sono ridotti del 50 e 70% e funghi del 95% in 24 ore. Pertanto, essendo un processo chiuso, i cattivi odori sono ridotti.

Svantaggi

Disponibilità dell'acqua

Il sistema è impegnativo in termini di disponibilità di acqua, poiché è richiesta una miscela. D'altra parte, il biodigester deve essere vicino alla fonte di materie prime e al sito del consumatore di biogas.

Temperatura

Il biodigester deve mantenere una temperatura costante vicino a 35 ° C e all'interno di un intervallo tra 20 e 60 ° C. Pertanto, potrebbe essere richiesto un contributo di calore esterno.

Damous dai prodotti

Può verificarsi acido solfidrico (H2S), che è tossico e corrosivo e silicone derivato dal silicone contenuto nei prodotti cosmetici e nella miscela di rifiuti organici. Questi siloxenos generano siO2 (biossido di silicio), che è abrasivo per macchinari e componenti.

La presenza e la concentrazione di questi per -prodotti dipende dalla materia prima utilizzata, proporzione di acqua e substrato solido tra gli altri fattori.

Accumulo di rifiuti

È necessario accumulare rifiuti vicino al biodigester, il che porta con sé problemi logistici e di salute che devono essere affrontati.

Rischi di esplosione

Essendo un sistema che genera un gas a combustibile, implica un certo rischio di esplosioni se non vengono prese precauzioni.

Costi

Sebbene la manutenzione e la gestione del biodigester siano relativamente economiche, i costi iniziali di installazione e costruzione possono essere relativamente elevati

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Come fare un biodigester fatto in casa

Biodigester fatto in casa. Fonte: Kevisooryan [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Un biodigester richiede come elementi di base e un serbatoio di fermentazione, caricamento e scarico dei tubi con le rispettive chiavi di passaggio. Inoltre, sono necessari depositi per biogas e fertilizzanti.

È importante tenere presente che l'intero sistema deve essere ermetico per evitare perdite di gas. D'altra parte, il sistema deve essere costruito con materiali inossidabile come PVC o acciaio inossidabile per evitare danni all'acqua e all'acido solfidorico.

- Serbatoio di fermentazione

È possibile utilizzare un tonno o un serbatoio di plastica la cui capacità dipenderà dalla quantità di rifiuti organici da elaborare. Questo deposito deve avere un coperchio ermetico o, in mancanza di ciò, il coperchio deve essere sigillato con una colla di plastica resistente alle alte temperature.

Il serbatoio deve avere quattro fori e tutte le strutture eseguite in essi devono essere sigillate con silicone ad alta temperatura.

Carica il coperchio

Questo foro è al centro del coperchio del serbatoio, deve avere almeno 4 pollici e installare un tappo sanitario con filo. Questa spina sarà collegata a un tubo PVC da 4 pollici che entrerà verticalmente nel serbatoio fino a 10 cm prima della parte inferiore.

Questa voce servirà a caricare rifiuti organici precedentemente sbriciolati o schiacciati.

Foro 1 del drenaggio dell'effluente

È importante ricordare che il 25% dello spazio del serbatoio deve essere lasciato libero per l'accumulo di gas, quindi un foro deve essere aperto sul lato a quel livello. In questa perforazione verrà installato un adattatore per il serbatoio con un segmento di tubo PVC da 2 pollici di 15 cm di lunghezza con una chiave di passaggio.

Questo drenaggio consente l'uscita del biolo surnatante una volta ricaricato il serbatoio dal coperchio del carico. Il biol deve essere conservato in contenitori adeguati per un uso successivo.

Foro di scarico dell'effluente 2

Questo secondo drenaggio deve andare nella parte inferiore del serbatoio per estrarre la parte più densa del prodotto fermentato (Biosol). Verrà anche utilizzato un segmento di tubo PVC da 2 pollici di 15 cm di lunghezza con una password con un tasto Step.

Output del biogas

Un foro da 1/2 pollice si aprirà sul coperchio del serbatoio per installare un tubo in PVC di parità di diametro usando un adattatore del serbatoio. Questo tubo avrà una chiave di passaggio all'uscita.

- Sistema di output e purificazione del biogas

Il tubo di uscita del biogas deve essere lungo almeno 1,5 m, per essere in grado di intersperare l'estrazione dell'acqua e i sistemi acidi di solfuro nella sua traiettoria. Quindi questo tubo può essere esteso se necessario per trasferire il gas al suo stoccaggio o utilizzare il luogo.

Estrazione dell'acqua

Per rimuovere l'acqua, il tubo deve essere interrotto a 30 cm per intersperare un contenitore di plastica o vetro con coperchio ermetico. Il tubo di trasferimento del gas deve avere una derivazione mediante una connessione t, in modo che il gas penetri nel contenitore.

In questo modo il gas riempie il contenitore, l'acqua si condensa e il gas segue il suo percorso attraverso il tubo.

Estrazione di acido solfidrico

Dopo la trappola dell'acqua, nel prossimo segmento di tubi da 4 cm a 4 pollici viene intervallato attraverso le riduzioni corrispondenti. Questo segmento deve essere riempito con chip di ferro o spugne in metallo commerciale.

L'acido solfidrico reagirà con il metallo e il precipitato, mentre il biogas continuerà il percorso verso il contenitore di stoccaggio o utilizzerà il sito.

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