- Per a què serveix
- - Tractament i reciclatge de residus orgànics
- - Producció de biogàs i biofertilitzants
- biogàs
- biofertilitzants
- Com funciona
- - Càrrega de l'biodigestor i agitació
- Processament de la matèria orgànica i càrrega
- Temperatura i temps de retenció
- - Digestió anaeròbica
- hidròlisi
- Acidificació o etapa fermentativa
- Acetanogénesis
- Formació de metà o fase metanogènica
- - Descàrrega de l'biodigestor
- - Biogàs: purificació
- Trampa d'aigua
- Trampa d'àcid sulfhídric
- - Fertilitzant: separació i compostatge
- tipus
- - Discontinus
- - Semi-continus
- Biodigestor de globus o salsitxa
- Biodigestors de dom fix
- Biodigestor de dom flotant
- - Continus
- avantatges
- Reciclatge i contaminació
- Obtenció de biogàs
- Producció de fertilitzant
- salubritat
- desavantatges
- Disponibilitat d'aigua
- temperatura
- subproductes nocius
- Acumulació de deixalles
- Riscos d'explosió
- costos
- Com fer un biodigestor casolà
- - Tanc de fermentació
- Tapa de càrrega
- Orifici 1 de desguàs d'efluents
- Orifici 2 de desguàs d'efluents
- Sortida de biogàs
- - Sistema de sortida i purificació de l'biogàs
- Extracció d'aigua
- Extracció d'àcid sulfhídric
- referències
Un biodigestor és un tanc tancat on es genera gas metà i fertilitzant orgànic a partir de la fermentació anaeròbica de matèria orgànica. El fonament biològic és la descomposició de la matèria orgànica per l'acció de bacteris mitjançant hidròlisi, acidificació, acetanogénesis i metanogènesi.
El biodigestor proveeix les condicions controlades necessàries per al procés de biodigestió. Després d'aquest procés s'obtenen com a productes finals biogàs (metà, diòxid de carboni, nitrogen i àcid sulfhídric), Biosol (fertilitzant sòlid) i biol (fertilitzant líquid).
Sistema de biogàs. Font: Renergon International AG
El funcionament bàsic part d'agregar residus orgànics i aigua a un contenidor hermètic, en el qual es genera el procés de fermentació anaeròbica. Després s'extreu el biogàs per al seu emmagatzematge, ús directe o com el fertilitzant.
Els tres tipus bàsics de biodigestors d'acord al seu sistema de càrrega són discontinus, semicontinus i continus. Els biodigestors discontinus es carreguen de deixalles orgàniques una única vegada en cada procés de producció, després s'extreu el fertilitzant per iniciar un altre cicle.
Els de càrrega semicontínua, es carreguen en períodes regulars extraient la quantitat de fertilitzant equivalent a el volum carregat. Els sistemes continus són plantes industrials amb una càrrega de matèria orgànica permanent, així com l'extracció de l'biogàs i fertilitzant.
Entre els avantatges dels biodigestors es troben el permetre un maneig adequat de les deixalles orgàniques, reciclant i reduint riscos ambientals. Addicionalment, es produeix energia (biogàs) i fertilitzants orgànics, la qual cosa genera un valor econòmic i ambiental.
No obstant això, també hi ha certes desavantatges com el consum d'aigua, la dificultat de mantenir els nivells idonis de temperatura i presència de substàncies nocives (àcid sulfhídric, siloxenos). Igualment ressalta l'acumulació de la matèria primera a prop de l'àrea i riscos d'explosions.
Es pot construir un biodigestor casolà amb relatiu baix cost i processar les deixalles orgàniques de la cuina. Per això només es requereix una bóta de tapa hermètica i alguns materials de fontaneria (tubs PVC, claus de pas, entre d'altres).
A una escala més gran, en cases de zones rurals el sistema més econòmic i de construcció relativament fàcil és el salsitxa. Aquest sistema consisteix bàsicament en una bossa de polietilè segellada i amb les connexions corresponents.
Per a què serveix
- Tractament i reciclatge de residus orgànics
Els biodigestors són alternatives tecnològiques molt útils sota l'òptica de l'ús sostenible de deixalles orgàniques i la producció d'energia renovable. Per exemple, proporcionen una alternativa per al reciclatge de deixalles orgàniques sòlids i líquids, que es transformen en matèria primera per al biodigestor.
Reciclar d'aquesta manera les deixalles orgàniques redueix el seu impacte contaminant i genera estalvis en el seu maneig. Els biodigestors s'empren per al tractament d'aigües residuals, processament de deixalles orgàniques sòlids urbans i de deixalles agrícoles i pecuaris.
- Producció de biogàs i biofertilitzants
El procés de digestió anaeròbica genera com productes biogàs i fertilitzant orgànic.
biogàs
El biogàs té al voltant de 60% de gas metà que és un combustible d'alt poder calòric i es pot emprar per a la producció d'energia. La mateixa pot ser utilitzada per cuinar, generar energia elèctrica (turbines de gas), moure motors o escalfar.
biofertilitzants
Els biofertilitzants resultants dels biodigesteros s'obtenen en estat (Biosol) i líquid (biol) amb alts nivells de macro i micronutrients. A partir del biol es poden obtenir de forma aïllada macronutrients bàsics (fòsfor, nitrogen i potassi) mitjançant processos d'ultrafiltració i osmosi inversa.
El biol conté quantitats importants d'hormones de creixement útils per al desenvolupament vegetal com a àcid indol-acètic, giberelinas i citoquinines entre d'altres.
Com funciona
El biodigestor funciona generant un procés de biogasificación mitjançant digestió anaeròbica, a partir de la descomponent la matèria orgànica hidratada i en absència d'aire. Això passa mitjançant un procés de fermentació que té com a productes principals gas metà (CH4) i diòxid de carboni (CO2).
- Càrrega de l'biodigestor i agitació
Es realitza a través de l'tanc de càrrega, el qual consisteix en un dipòsit en el qual es prepara la matèria orgànica per a ser agregada pel tub de càrrega a l'biodigestor.
Processament de la matèria orgànica i càrrega
El biodigestor ha de ser alimentat periòdicament amb matèria orgànica i aigua suficient per a la capacitat de càrrega de la mateixa. En aquest sentit, s'ha de deixar el 25% de l'volum de l'biodigestor lliure per a l'acumulació de gas produït.
Al seu torn, el tipus i qualitat de matèria orgànica influirà també en la productivitat i l'ús o no de l'residu sòlid i líquid com a fertilitzant. Alguns deixalles orgàniques poden generar problemes en el procés de fermentació, com els residus de fruites cítriques que poden acidificar massa el medi.
El material ha de ser triturat o reduït a la menor grandària possible, i per facilitar la fermentació i la barreja ha de contenir un 75% d'aigua i un 25% de matèria orgànica. La mateixa s'ha d'agitar periòdicament per tal de garantir l'homogeneïtat de el procés de fermentació en la barreja.
Temperatura i temps de retenció
El temps de retenció de la matèria orgànica al biodigestor per aconseguir la seva total fermentació dependrà de l'tipus d'aquesta i de la temperatura. A major temperatura ambient, més ràpid serà la fermentació (per exemple a 30ºC pot prendre uns 20 dies per recarregar el biodigestor).
- Digestió anaeròbica
Digestió anaeròbica. Font: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.
En el procés actuen bacteris que requereixen condicions ambientals adequades com a absència d'aire, temperatures superiors a 20 ° C (ideal 30-35 ºC) i un mitjà no molt àcid. En aquestes condicions es desenvolupen tres fases:
hidròlisi
En aquest procés actuen bacteris hidrolítics que secreten enzims extracel·lulars. Per tant, es descomponen les cadenes complexes dels carbohidrats, proteïnes i lípids en trossos menors solubles (sucres, aminoàcids i greixos).
Acidificació o etapa fermentativa
Els compostos solubles de la fase anterior són fermentats a àcids grassos volàtils, alcohols, hidrogen i CO2.
Acetanogénesis
Entren en joc bacteris acetogénicas que oxiden els àcids orgànics com a font de carboni. Les mateixes generen àcid acètic (CH3COOH), hidrogen (H2) i diòxid de carboni (CO2) i es produeixen olors desagradables per la presència de l'àcid sulfhídric.
Formació de metà o fase metanogènica
En l'última fase actuen bacteris metanògens que descomponen els productes de la acetanogénesis generant metà. En la naturalesa aquests bacteris actuen en pantans, ambients aquàtics i en l'estómac de remugants.
A la fin d'aquesta fase la barreja conté metà (45 i el 55%), diòxid de carboni (40 a 50%), nitrogen (2 a 3%) i àcid sulfhídric (1,5 a 2%).
- Descàrrega de l'biodigestor
La taxa de producció de l'biogàs i fertilitzant depèn tipus de biodigestor, la matèria orgànica que l'alimenti i de la temperatura. El biogàs s'acumula a la part alta de l'biodigestor i és extret mitjançant canonades a dipòsits d'emmagatzematge.
Un cop finalitzada la fermentació s'extreu el fang (una barreja de sòlids i líquid) mitjançant canonades. La descàrrega es produeix pel principi de vasos comunicants, és a dir, a l'carregar nou material la pressió fa sortir l'excedent pel costat oposat.
La proporció entre la quantitat de matèria introduïda (deixalles orgàniques i aigua) i el producte de sortida (Biosol i biol) és gairebé 1: 0,9. Això equival a un rendiment de l'90%, on la major proporció correspon a l'biol (líquid).
- Biogàs: purificació
El gas produït ha de ser purificat per eliminar o disminuir el contingut d'àcid sulfhídric i d'aigua usant trampes per atrapar els dos compostos. Això és necessari per disminuir el risc de dany als equips pel poder corrosiu d'aquests components.
Trampa d'aigua
L'aigua arrossegada pel biogàs precipita quan la canonada s'obre a un espai més gran i el gas continua per una altra constricció. Aquesta canonada desemboca en un recipient ampli i hermètic per contenir l'aigua que posteriorment és extreta per una clau de purga a la part inferior.
Trampa d'àcid sulfhídric
El procés per extreure l'àcid sulfhídric de el biogàs és similar a el de la trampa d'aigua, però el parany intercalada en la trajectòria de la canonada ha de contenir encenalls o esponges de ferro. Quan el biogàs travessa el llit de ferro, l'àcid sulfhídric reacciona amb aquest i precipita.
- Fertilitzant: separació i compostatge
La barreja de Biosol i biol se sotmet a un procés de decantació per tal de separar els dos components. El Biosol pot emprar-se sol o seguir un procés de barreja amb compostatge per a la posterior utilització com a fertilitzant sòlid.
El biol s'empra com a fertilitzant foliar líquid o agregat en l'aigua de reg pel que és molt útil en sistemes hidropònics.
tipus
Producció de biogàs a Alemanya. Font: Volker Thies (Asdrubal)
Els biodigestors es classifiquen d'acord a la seva periodicitat de càrrega i forma estructural. Per la seva periodicitat de càrrega tenim:
- Discontinus
El sistema discontinu o batch consisteix en un tanc hermètic que es carrega complet i no es torna a carregar fins que ja ha deixat de produir biogàs. El gas s'acumula en un col·lector flotant adossat a la part superior de l'tanc (gasòmetre).
Aquest tipus de biodigestor es fa servir quan la disponibilitat de deixalles orgàniques és intermitent.
- Semi-continus
A diferència de sistema discontinu, les càrregues i descàrregues es realitzen a terminis determinats durant el procés de producció de biogàs. D'acord al seu sistema constructiu ha tres tipus bàsics:
Biodigestor de globus o salsitxa
Se l'anomena també taiwanès i consisteix en una fossa plana recoberta de formigó on s'instal·la una bossa o cilindre de polietilè. A aquesta borsa se li han de instal·lar les connexions per a l'ingrés de les deixalles orgàniques i la sortida de l'biogàs.
El cilindre s'omple d'aigua i aire i posteriorment es va agregant la càrrega de rebuig orgànic.
Biodigestors de dom fix
És l'anomenat biodigestor xinès i consisteix en un tanc subterrani construït en maó o concret. El tanc és un cilindre vertical amb extrems convexos o arrodonits i disposa d'un sistema de càrrega i un altre de descàrrega.
El biogàs s'acumula en un espai establert per a aquesta finalitat sota la cúpula superior. El biodigestor funciona amb una pressió variable de biogàs d'acord a la seva producció.
Biodigestor de dom flotant
Anomenat biodigestor hindú, consisteix en un tanc cilíndric subterrani amb sistema de càrrega i descàrrega. Està construït en maó o concret ia la part superior es troba un tanc flotant (gasòmetre) en el qual s'acumula el biogàs.
El gasòmetre de fibra de vidre recoberta de plàstic o d'acer inoxidable flota sobre la barreja gràcies a l'biogàs acumulat. Té l'avantatge que manté una pressió de gas constant.
Posteriorment, el gasòmetre puja i baixa depenent de el nivell de mescla i quantitat de biogàs. Per tant, es requereix d'rails laterals o una vara guia central que eviti el frec amb les parets.
- Continus
En aquest cas, la càrrega i descàrrega de l'biodigestor és un procés continu, per la qual cosa requereix d'disponibilitat permanent de deixalles orgàniques. Són sistemes industrials de grans dimensions empleats generalment per al processament d'aigües servides de comunitats.
Per això, s'empren sistemes de tancs de recol·lecció, bombes per al trasllat als biodigestors i extracció de l'fertilitzant. El biogàs és sotmès a un sistema de filtrat i distribuït mitjançant compressió per garantir la seva distribució als usuaris.
avantatges
Reciclatge i contaminació
La instal·lació d'un biodigestor permet el reciclatge de les deixalles orgàniques, reduint així la contaminació ambiental i obtenint productes útils. En el cas de l'medi rural és particularment important per al maneig d'excretes animals en els sistemes pecuaris.
Obtenció de biogàs
El biogàs representa una font d'energia eficient i econòmica, principalment en zones on la disponibilitat d'altres fonts d'energia no és accessible. En zones rurals de països econòmicament deprimits es cuina amb llenya, la qual cosa impacta a el medi ambient.
La disponibilitat de biogàs pot ajudar a reduir la demanda de llenya i per tant tenir un impacte positiu en la conservació de la biodiversitat.
Producció de fertilitzant
Mitjançant els biodigestors s'obtenen fertilitzants orgànics sòlids (Biosol) i líquids (biol). Aquests fertilitzants tenen un menor impacte ambiental i redueixen els costos de la producció agrícola.
salubritat
A l'permetre un maneig adequat de les deixalles orgàniques es redueixen els riscos que aquests representen per a la salut. S'ha determinat que el 85% dels patògens no sobreviu a l'procés de biodigestió.
Per exemple, els coliformes fecals a 35 ° C es redueixen entre un 50 i un 70% i els fongs en un 95% en 24 hores. Per això, a l'ésser un procés tancat es redueixen les males olors.
desavantatges
Disponibilitat d'aigua
El sistema és exigent pel que fa a disponibilitat d'aigua, ja que es requereix una barreja. D'altra banda, el biodigestor ha d'estar prop de la font de matèria primera i de el lloc de consum de l'biogàs.
temperatura
El biodigestor ha de mantenir una temperatura constant propera als 35 ° C i dins d'un rang entre els 20 i 60 ºC. Per tant, es pot requerir una aportació externa de calor.
subproductes nocius
Es pot produir àcid sulfhídric (H2S), que és tòxic i corrosiu, i siloxenos derivats de silicona continguts en productes cosmètics i en la barreja de deixalles orgàniques. Aquests siloxenos generen SiO2 (diòxid de silici), el qual és abrasiu per maquinàries i components.
La presència i concentració d'aquests subproductes depèn de la matèria primera emprada, proporció d'aigua i substrat sòlid entre altres factors.
Acumulació de deixalles
Es requereix acumular les deixalles prop de l'biodigestor, la qual cosa porta amb si problemes logístics i sanitaris que han d'encarar.
Riscos d'explosió
A l'tractar-se d'un sistema generador d'un gas combustible, implica un cert risc d'explosions si no es prenen les degudes precaucions.
costos
Tot i que el manteniment i maneig de l'biodigestor és relativament econòmic, els costos d'instal·lació i construcció inicials poden ser relativament alts
Com fer un biodigestor casolà
Biodigestor casolà. Font: Kevinsooryan
Un biodigestor requereix com a elements bàsics i un tanc per a la fermentació, canonades de càrrega i descàrrega amb les seves respectives claus de pas. A més, són necessaris dipòsits per al biogàs i el fertilitzant.
És important tenir en compte que tot el sistema ha de ser hermètic per evitar les fuites de gas. D'altra banda, el sistema ha de construir-se amb materials inoxidables com PVC o acer inoxidable per evitar danys per l'aigua i l'àcid sulfhídric.
- Tanc de fermentació
Pot emprar una bóta o tanc plàstic la capacitat dependrà de la quantitat de deixalles orgàniques que s'aspiri processar. Aquest dipòsit ha de tenir una tapa hermètica o, si no, la tapa ha de ser segellada amb cola plàstic resistent a altes temperatures.
El tanc ha de tenir quatre orificis i totes les instal·lacions realitzades en ells han de ser segellades amb silicona d'alta temperatura.
Tapa de càrrega
Aquest orifici va en el centre de la tapa de l'tanc, ha de tenir al menys 4 polzades i instal·lar-se un tap sanitari amb rosca. Aquest tap anirà connectat a un tub de 4 polzades de PVC que entrarà verticalment en el tanc fins a 10 cm abans de el fons.
Aquesta entrada servirà per carregar les deixalles orgàniques prèviament esmicolats o triturats.
Orifici 1 de desguàs d'efluents
És important recordar que el 25% de l'espai de l'tanc ha de deixar-lliure per a l'acumulació de gas, de manera que s'ha d'obrir un orifici a la part lateral a aquest nivell. En aquesta perforació s'instal·larà un adaptador per tanc amb un segment de tub PVC de 2 polzades de 15 cm de longitud amb una clau de pas.
Aquest desguàs té per funció permetre la sortida de l'biol sobrenedant una vegada que es recarrega el tanc per la tapa de càrrega. El biol ha de ser emmagatzemat en envasos adequats per al seu posterior ús.
Orifici 2 de desguàs d'efluents
Aquest segon desguàs ha d'anar a la part inferior de l'tanc a fi d'extreure la part més densa del producte fermentat (Biosol). Igualment es farà servir un segment de tub PVC de 2 polzades de 15 cm de longitud amb clau de pas.
Sortida de biogàs
A la tapa de l'tanc s'obrirà un orifici de 1/2 polzada per instal·lar una canonada PVC d'igual diàmetre mitjançant un adaptador de tanc. Aquesta canonada tindrà una clau de pas en la sortida.
- Sistema de sortida i purificació de l'biogàs
El tub de sortida de l'biogàs ha de tenir al menys 1,5 m de longitud, per poder intercalar en la seva trajectòria els sistemes d'extracció d'aigua i d'àcid sulfhídric. Després aquest tub pot estendre si cal per traslladar el gas al seu lloc d'emmagatzematge o ús.
Extracció d'aigua
Per treure l'aigua la sortida la canonada s'ha d'interrompre als 30 cm per intercalar un envàs plàstic o de vidre amb tapa hermètica. El tub de trasllat de el gas ha de tenir una derivació mitjançant una connexió en T, per tal que el gas penetri en l'envàs.
D'aquesta manera el gas omple l'envàs, l'aigua es condensa i el gas segueix el seu camí per la canonada.
Extracció d'àcid sulfhídric
Després del parany d'aigua, en els 30 cm següents s'intercala un segment de canonada de 4 polzades mitjançant les reduccions corresponents. Aquest segment ha de omplir-se amb encenalls de ferro o amb esponges metàl·liques comercials.
L'àcid sulfhídric reaccionarà amb el metall i precipitarà, mentre que el biogàs continuarà el recorregut fins l'envàs d'emmagatzematge o lloc d'ús.
referències
- Aparcana-Robles S i Jansen A (2008). Estudi sobre el valor fertilitzant dels productes de l'procés de fermentació anaeròbica per a producció de biogàs. Germna profecia. 10 p.
- Corona-Zúñiga I (2007). Biodigestors. Monografia. Institut de Ciències Bàsiques i Enginyeria, Universitat Autònoma de l'Estat d'Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mèxic. 64 pàg.
- Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer I, Okoh A, Makaka G and Simon M (2013). Microbial Anaerobic Digestió (Bio-Digesters) es an Approach to the décontamination of Animal Wastes in Pollution Control and the Generation of Renewable Energy. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390-4417.
- Olaya-Arbreda I i González-Salcedo LO (2009). Fonaments per al disseny de biodigestors. Mòdul per a l'assignatura de Construccions Agrícoles. Facultat d'Enginyeria i Administració, Universitat Nacional de Colòmbia, seu Palmira. Palmira, Colòmbia. 31 pàg.
- Pérez-Medel JA (2010). Estudi i disseny d'un biodigestor per a aplicació en petits ramaders i lleters. Memòria. Departament d'Enginyeria Mecànica, Facultat de Ciències Físiques i Matemàtiques, Universitat de Xile. Santiago de Xile, Xile. 77 pàg.
- Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenssen C and Kistemann T (2009). Hygienic effects and gas production of plastic bio-digesters under tropical conditions. Journal of Water and Health 7: 590-596.