BIODIGESTER: WAAR IS HET VOOR, SOORTEN, VOORDELEN, NADELEN - MILIEU - 2024

Een biovergister is een gesloten tank waarin methaangas en organische mest worden gegenereerd door de anaërobe vergisting van organisch materiaal. De biologische basis is de afbraak van organisch materiaal door de werking van bacteriën door middel van hydrolyse, verzuring, acetanogenese en methanogenese.

De biovergister zorgt voor de gecontroleerde omstandigheden die nodig zijn voor het biologische verteringsproces. Na dit proces worden biogas (methaan, kooldioxide, stikstof en waterstofsulfide), biosol (vaste mest) en biol (vloeibare mest) als eindproduct gewonnen.

Biogassysteem. Bron: Renergon International AG

De basisbewerking begint met het toevoegen van organisch afval en water aan een luchtdichte container, waarin het anaërobe fermentatieproces wordt gegenereerd. Het biogas wordt vervolgens gewonnen voor opslag, direct gebruik of als meststof.

De drie basistypes van biovergisters volgens hun laadsysteem zijn discontinu, semi-continu en continu. De batch-biovergisters worden in elk productieproces slechts één keer met organisch afval geladen, waarna de mest wordt gewonnen om een ​​nieuwe cyclus te starten.

Die met een semi-continue belasting worden in regelmatige perioden geladen, waarbij de hoeveelheid kunstmest wordt geëxtraheerd die overeenkomt met het beladen volume. Continue systemen zijn industriële installaties met een permanente belasting van organische stof, evenals de winning van biogas en kunstmest.

Een van de voordelen van biovergisters zijn het mogelijk maken van een goed beheer van organisch afval, het recyclen ervan en het verminderen van milieurisico's. Daarnaast wordt er energie (biogas) en organische mest geproduceerd, wat een economische en ecologische waarde genereert.

Er zijn echter ook bepaalde nadelen, zoals waterverbruik, de moeilijkheid om de ideale temperatuurniveaus te handhaven en de aanwezigheid van schadelijke stoffen (waterstofsulfide, siloxenen). Het benadrukt ook de ophoping van grondstoffen in de buurt van het gebied en de risico's op explosies.

Je kunt een relatief goedkope zelfgemaakte biovergister bouwen en organisch keukenafval verwerken. Dit vereist alleen een vat met een hermetisch deksel en een aantal sanitaire materialen (PVC-buizen, afsluitkranen, onder andere).

Op grotere schaal, in huizen op het platteland, is de worst het meest economische en relatief eenvoudig te bouwen systeem. Dit systeem bestaat in feite uit een verzegelde polyethyleen zak met de bijbehorende aansluitingen.

Waar is het voor

- Behandeling en recycling van organisch afval

Biodigesters zijn zeer nuttige technologische alternatieven vanuit het perspectief van duurzaam beheer van organisch afval en de productie van hernieuwbare energie. Zo bieden ze een alternatief voor het recyclen van vast en vloeibaar organisch afval, dat wordt omgezet in grondstof voor de biovergister.

Door organisch afval op deze manier te recyclen, wordt de vervuilende impact ervan verminderd en wordt er bespaard op het beheer ervan. Biodigesters worden gebruikt voor de behandeling van afvalwater, de verwerking van vast organisch afval in de stad en voor landbouw- en veeafval.

- Productie van biogas en biomeststoffen

Het anaerobe vergistingsproces genereert biogas en organische mest als producten.

Biogas

Biogas heeft ongeveer 60% methaangas, een hoogcalorische brandstof en kan worden gebruikt voor energieproductie. Het kan worden gebruikt om te koken, elektrische energie op te wekken (gasturbines), motoren te verplaatsen of te verwarmen.

Biomeststoffen

Biomeststoffen uit biovergisters worden verkregen in een staat (biosol) en vloeibaar (biol) met hoge gehalten aan macro- en micronutriënten. Basische macronutriënten (fosfor, stikstof en kalium) kunnen geïsoleerd worden verkregen uit de biol door middel van ultrafiltratie en omgekeerde osmoseprocessen.

Biol bevat aanzienlijke hoeveelheden groeihormonen die nuttig zijn voor de ontwikkeling van planten, zoals onder andere indoolazijnzuur, gibberellines en cytokinines.

Hoe werkt het

De biovergister werkt door een biogasificatieproces op te wekken door middel van anaerobe vergisting, door het afbreken van de gehydrateerde organische stof en in afwezigheid van lucht. Dit gebeurt via een fermentatieproces waarvan de belangrijkste producten methaangas (CH4) en kooldioxide (CO2) zijn.

- Laden van de biovergister en schudden

Het wordt uitgevoerd door de laadtank, die bestaat uit een tank waarin het organische materiaal wordt voorbereid om door de laadbuis aan de biovergister te worden toegevoegd.

Verwerking van organische stof en belasting

De biovergister moet periodiek worden gevoed met organisch materiaal en voldoende water voor zijn draagvermogen. In die zin moet 25% van het volume van de biovergister vrijgelaten worden voor de accumulatie van het geproduceerde gas.

Het type en de kwaliteit van organische stof zullen op hun beurt ook de productiviteit beïnvloeden en het al dan niet gebruiken van vast en vloeibaar afval als meststof. Sommige gft-afvalstoffen kunnen voor problemen zorgen bij het fermentatieproces, zoals resten van citrusvruchten die het medium teveel kunnen verzuren.

Het materiaal moet worden vermalen of verkleind tot de kleinst mogelijke grootte, en om fermentatie te vergemakkelijken, moet het mengsel 75% water en 25% organisch materiaal bevatten. Het moet periodiek worden geroerd om de homogeniteit van het fermentatieproces in het mengsel te garanderen.

Temperatuur en verblijftijd

De retentietijd van de organische stof in de biovergister om zijn volledige fermentatie te bereiken, hangt af van het type hiervan en de temperatuur. Hoe hoger de omgevingstemperatuur, hoe sneller de fermentatie zal verlopen (het kan bijvoorbeeld bij 30 ºC ongeveer 20 dagen duren om de biovergister weer op te laden).

- Anaërobe spijsvertering

Anaërobe spijsvertering. Bron: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bacteriën werken in het proces dat geschikte omgevingsomstandigheden vereist, zoals de afwezigheid van lucht, temperaturen boven 20 ° C (idealiter 30-35 ° C) en een medium dat niet erg zuur is. Onder deze omstandigheden ontwikkelen zich drie fasen:

Hydrolyse

Hydrolytische bacteriën werken in dit proces en scheiden extracellulaire enzymen uit. Daarom worden de complexe ketens van koolhydraten, eiwitten en lipiden afgebroken tot kleinere oplosbare stukjes (suikers, aminozuren en vetten).

Verzurings- of fermentatiefase

De oplosbare verbindingen van de vorige fase worden gefermenteerd tot vluchtige vetzuren, alcoholen, waterstof en CO2.

Acetanogenese

Acetogene bacteriën spelen een rol die organische zuren oxideren als koolstofbron. Ze produceren azijnzuur (CH3COOH), waterstof (H2) en kooldioxide (CO2) en onaangename geuren worden geproduceerd door de aanwezigheid van waterstofsulfide.

Methaanvorming of methanogene fase

In de laatste fase werken methanogene bacteriën die de producten van acetanogenese afbreken en methaan genereren. In de natuur werken deze bacteriën in moerassen, aquatische milieus en in de maag van herkauwers.

Aan het einde van deze fase bevat het mengsel methaan (45 tot 55%), kooldioxide (40 tot 50%), stikstof (2 tot 3%) en waterstofsulfide (1,5 tot 2%).

- Afvoer uit de biovergister

De snelheid waarmee biogas en kunstmest worden geproduceerd, is afhankelijk van het type biovergister, de organische stof die het voedt en de temperatuur. Het biogas hoopt zich op in het bovenste deel van de biovergister en wordt via leidingen naar opslagtanks afgevoerd.

Als de fermentatie klaar is, wordt het slib (een mengsel van vaste stoffen en vloeistoffen) via leidingen afgezogen. De afvoer wordt geproduceerd door het principe van communicerende vaten, dat wil zeggen dat bij het laden van nieuw materiaal de druk ervoor zorgt dat het overschot van de andere kant naar buiten komt.

De verhouding tussen de hoeveelheid ingebracht materiaal (organisch afval en water) en het outputproduct (biosol en biol) is bijna 1: 0,9. Dit komt overeen met een opbrengst van 90%, waarbij het hoogste aandeel overeenkomt met de biol (vloeistof).

- Biogas: zuivering

Het geproduceerde gas moet worden gezuiverd om het gehalte aan waterstofsulfide en water te verwijderen of te verminderen met behulp van vallen om beide verbindingen op te vangen. Dit is nodig om het risico van schade aan apparatuur als gevolg van de corrosieve kracht van deze componenten te verkleinen.

Water val

Het water dat door het biogas wordt meegevoerd, slaat neer wanneer de buis uitkomt in een grotere ruimte en het gas door een andere vernauwing gaat. Deze buis eindigt in een grote en hermetische bak om het water op te vangen dat later wordt afgevoerd door een aftapkraan in het onderste deel.

Waterstofsulfide-val

Het proces voor het winnen van waterstofsulfide uit het biogas is vergelijkbaar met dat van de sifon, maar de sifon ingebed in het pad van de buis moet ijzeren spanen of sponzen bevatten. Wanneer het biogas door het ijzerbed gaat, reageert het waterstofsulfide ermee en slaat neer.

- Meststof: scheiden en composteren

Het mengsel van biosol en biol wordt aan een decantatieproces onderworpen om beide componenten te scheiden. De biosol kan alleen worden gebruikt of een proces van mengen met compostering volgen voor later gebruik als vaste meststof.

Biol wordt gebruikt als vloeibare bladmeststof of toegevoegd aan irrigatiewater, waardoor het zeer bruikbaar is in hydrocultuursystemen.

Soorten

Biogasproductie in Duitsland. Bron: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesters worden geclassificeerd op basis van hun belastingsfrequentie en structurele vorm. Vanwege de laadfrequentie hebben we:

- Onderbroken

Het discontinue of batchsysteem bestaat uit een luchtdichte tank die volledig is gevuld en pas wordt herladen als er geen biogas meer wordt geproduceerd. Het gas hoopt zich op in een drijvende opvangbak die aan de bovenkant van de tank is bevestigd (gasmeter).

Dit type biovergister wordt gebruikt wanneer de beschikbaarheid van organisch afval intermitterend is.

- Semi-continu

In tegenstelling tot het discontinue systeem, wordt tijdens het productieproces van biogas op bepaalde momenten geladen en gelost. Volgens het constructiesysteem zijn er drie basistypen:

Biologische vergister voor ballonnen of worst

Het wordt ook Taiwanees genoemd en bestaat uit een platte, met beton beklede put waarin een polyethyleen zak of cilinder is geïnstalleerd. In deze zak moeten aansluitingen voor de invoer van organisch afval en de afvoer van biogas worden aangebracht.

De cilinder wordt gevuld met water en lucht en later wordt de lading organisch afval toegevoegd.

Vaste Dome Biodigesters

Het is de zogenaamde Chinese biovergister en bestaat uit een ondergrondse tank gebouwd in baksteen of beton. De tank is een verticale cilinder met bolle of afgeronde uiteinden en heeft een laad- en lossysteem.

Het biogas hoopt zich op in een daarvoor bestemde ruimte onder de bovenste koepel. De biovergister werkt met een variabele biogasdruk afhankelijk van de productie.

Biologische vergister met drijvende koepel

Het heet Hindu biovergister en bestaat uit een ondergrondse cilindrische tank met een laad- en lossysteem. Het is gebouwd in baksteen of beton en in het bovenste gedeelte bevindt zich een drijvende tank (gasmeter) waarin het biogas zich ophoopt.

De roestvrijstalen of geplastificeerde gasmeter van glasvezel zweeft dankzij het opgehoopte biogas boven het mengsel. Het heeft het voordeel dat het een constante gasdruk handhaaft.

Vervolgens gaat de gasmeter op en neer, afhankelijk van het mengniveau en de hoeveelheid biogas. Daarom zijn zijrails of een centrale geleidestang nodig om wrijving met de wanden te voorkomen.

- Continu

In dit geval is het laden en lossen van de biovergister een continu proces, waarvoor permanente beschikbaarheid van organisch afval vereist is. Het zijn grote industriële systemen die over het algemeen worden gebruikt voor de verwerking van gemeenschappelijk afvalwater.

Hiervoor worden verzameltanksystemen, pompen voor overbrenging naar biovergisters en mestafzuiging gebruikt. Het biogas wordt onderworpen aan een filtersysteem en gedistribueerd door middel van compressie om de distributie naar de gebruikers te garanderen.

Voordeel

Recycling en vervuiling

Door de installatie van een biovergister kan organisch afval worden gerecycled, waardoor de milieuvervuiling wordt verminderd en nuttige producten worden verkregen. In het geval van landelijke gebieden is het vooral belangrijk voor het beheer van dierlijke uitwerpselen in veehouderijsystemen.

Biogas verkrijgen

Biogas is een efficiënte en zuinige energiebron, vooral in gebieden waar de beschikbaarheid van andere energiebronnen niet toegankelijk is. Op het platteland van economisch achtergebleven landen wordt gekookt met brandhout, wat een impact heeft op het milieu.

De beschikbaarheid van biogas kan de vraag naar brandhout helpen verminderen en daarmee een positieve invloed hebben op het behoud van de biodiversiteit.

Kunstmestproductie

Door middel van biovergisters worden vaste organische meststoffen (biosol) en vloeibare (biol) verkregen. Deze meststoffen hebben een lagere milieu-impact en verlagen de kosten van landbouwproductie.

Gezondheid

Door een goed beheer van organisch afval mogelijk te maken, worden de risico's voor de gezondheid verkleind. Er is vastgesteld dat 85% van de pathogenen het biologische verteringsproces niet overleven.

Zo worden fecale coliformen bij 35 ° C in 24 uur met 50-70% verminderd en schimmels met 95%. Omdat het een gesloten proces is, worden slechte geuren verminderd.

Nadelen

Beschikbaarheid van water

Het systeem stelt hoge eisen aan de beschikbaarheid van water, aangezien een mengsel vereist is. Aan de andere kant moet de biovergister zich dicht bij de grondstofbron en de biogasconsumptiesite bevinden.

Temperatuur

De biovergister moet een constante temperatuur handhaven van dichtbij 35 ° C en binnen een bereik tussen 20 en 60 ° C. Daarom kan een externe toevoer van warmte nodig zijn.

Schadelijke bijproducten

Het kan waterstofsulfide (H2S) produceren, dat giftig en corrosief is, en siloxenen op basis van siliconen die in cosmetische producten en in het mengsel van organisch afval zitten. Deze siloxenen genereren SiO2 (siliciumdioxide), dat een schurende werking heeft op machines en componenten.

De aanwezigheid en concentratie van deze bijproducten is onder meer afhankelijk van de gebruikte grondstof, het aandeel water en vast substraat.

Ophoping van afval

Het is noodzakelijk om afval te verzamelen in de buurt van de biovergister, wat logistieke en sanitaire problemen met zich meebrengt die moeten worden aangepakt.

Explosiegevaar

Omdat het een brandstofgasgeneratorsysteem is, houdt dit een zeker risico op explosies in als niet de juiste voorzorgsmaatregelen worden genomen.

Kosten

Hoewel het onderhoud en de werking van de biovergister relatief goedkoop is, kunnen de initiële installatie- en constructiekosten relatief hoog zijn.

Hoe maak je een zelfgemaakte biovergister

Biologische vergister voor thuis. Bron: Kevinsooryan

Een biovergister vereist als basiselementen en een tank voor fermentatie-, laad- en losleidingen met hun respectievelijke afsluiters. Daarnaast zijn tanks voor biogas en kunstmest noodzakelijk.

Het is belangrijk op te merken dat het hele systeem luchtdicht moet zijn om gaslekken te voorkomen. Aan de andere kant moet het systeem zijn geconstrueerd uit roestvaste materialen zoals PVC of roestvrij staal om schade door water en waterstofsulfide te voorkomen.

- Gistingstank

Er kan een plastic vat of tank worden gebruikt waarvan de capaciteit afhankelijk is van de hoeveelheid te verwerken organisch afval. Deze tank moet een hermetisch deksel hebben of, als dat niet lukt, moet het deksel worden verzegeld met hittebestendige plastic lijm.

De tank moet vier gaten hebben en alle installaties die erin worden gemaakt, moeten worden afgedicht met siliconen voor hoge temperaturen.

Laadklep

Dit gat bevindt zich in het midden van de tankdop, moet minimaal 10 cm lang zijn en er moet een sanitaire plug met schroefdraad worden geïnstalleerd. Deze plug wordt verbonden met een 4-inch PVC-buis die tot 10 cm voor de bodem verticaal de tank in gaat.

Deze ingang zal dienen om het organisch afval te laden dat eerder is versnipperd of versnipperd.

Afvoeropening voor effluent 1

Het is belangrijk om te onthouden dat 25% van de tankruimte vrij moet worden gelaten voor gasophoping, dus er moet op dat niveau een gat in de zijkant worden geopend. In dit gat zal een tankadapter met een segment van 2-inch PVC-buis van 15 cm lang worden geïnstalleerd met een kraan.

De functie van deze afvoer is om het supernatant biol te laten ontsnappen zodra de tank is opgeladen via het laaddeksel. De biol moet worden opgeslagen in geschikte containers voor later gebruik.

Afvoeropening voor effluent 2

Deze tweede afvoer moet naar de bodem van de tank gaan om het dichtste deel van het gefermenteerde product (biosol) te extraheren. Evenzo wordt een segment van 2-inch PVC-buis van 15 cm lang met een kraan gebruikt.

Biogasafvoer

Er wordt een gat van 1/2-inch in de tanktop gesneden om een ​​PVC-buis van gelijke diameter te installeren met behulp van een tankadapter. Deze pijp heeft een afsluitkraan bij de uitlaat.

- Biogasafvoer en zuiveringssysteem

De biogasafvoerbuis moet minimaal 1,5 m lang zijn om de water- en waterstofsulfide-extractiesystemen in zijn pad te brengen. Deze buis kan dan indien nodig worden verlengd om het gas naar zijn opslag- of gebruikslocatie over te brengen.

Waterwinning

Om het water uit de uitlaat te verwijderen, moet de buis op 30 cm worden onderbroken om een ​​plastic of glazen container met een hermetisch deksel te plaatsen. De gasdoorvoerslang moet een bypass hebben door een T-aansluiting, zodat het gas de container kan binnendringen.

Op deze manier vult het gas de container, condenseert het water en vervolgt het gas zijn weg door de leiding.

Extractie van waterstofsulfide

Na de sifon wordt door middel van de bijbehorende reducties een 4 inch buissegment in de volgende 30 cm ingebracht. Dit segment moet worden gevuld met ijzerschaafsel of in de handel verkrijgbare metalen sponzen.

Het waterstofsulfide zal reageren met het metaal en neerslaan, terwijl het biogas zijn weg vervolgt naar de opslagcontainer of de plaats van gebruik.

Referenties

1. Aparcana-Robles S en Jansen A (2008). Studie naar de bemestingswaarde van de producten van het anaerobe vergistingsproces voor de productie van biogas. Germna ProfEC. 10 p.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Biodigesters. Monografie. Instituut voor Basiswetenschappen en Ingenieurswetenschappen, Autonome Universiteit van de staat Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mexico. 64 p.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G en Simon M (2013). Microbiële anaërobe vergisting (bio-vergisters) als een aanpak voor de decontaminatie van dierlijk afval bij de beheersing van verontreiniging en de opwekking van hernieuwbare energie. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 4390-4417.
4. Olaya-Arboleda Y en González-Salcedo LO (2009). Grondbeginselen voor het ontwerp van biovergisters. Module voor het vak Landbouwconstructies. Faculteit Ingenieurswetenschappen en Administratie, Nationale Universiteit van Colombia, hoofdkantoor in Palmira. Palmira, Colombia. 31 p.
5. Pérez-Medel JA (2010). Studie en ontwerp van een biovergister voor toepassing bij kleine boeren en melkveehouders. Geheugen. Afdeling Werktuigbouwkunde, Faculteit Fysische en Wiskundige Wetenschappen, Universiteit van Chili. Santiago de Chile, Chili. 77 p.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C en Kistemann T (2009). Hygiënische werking en gasproductie van kunststof biovergisters onder tropische omstandigheden. Journal of Water and Health 7: 590-596.