Bioodigester para que serve isso, tipos, vantagens, desvantagens

A Biodigester É um tanque fechado onde o gás metano e o fertilizante orgânico são gerados a partir da fermentação anaeróbica da matéria orgânica. A fundação biológica é a decomposição da matéria orgânica pela ação das bactérias através da hidrólise, acidificação, acetagênese e metanogênese.

O biodigestor fornece as condições controladas necessárias para o processo de biodigestão. Após esse processo, eles são obtidos como produtos finais de biogás (metano, dióxido de carbono, nitrogênio e sulfeto), biossol (fertilizante sólido) e biol (fertilizante líquido).

Sistema de biogás. Fonte: Rengon International AG [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

O funcionamento básico começa com a adição de resíduos e água orgânicos a um recipiente hermético, no qual o processo de fermentação anaeróbica é gerado. Então o biogás é extraído para armazenamento, uso direto ou como fertilizante.

Os três tipos básicos de biodigestores de acordo com seu sistema de carga são descontínuos, semicontinuos e contínuos. Os biodigestores descontínuos são carregados com resíduos orgânicos apenas uma vez em cada processo de produção, então o fertilizante é extraído para iniciar outro ciclo.

Os do carregamento semicontino são carregados em períodos regulares, extraindo a quantidade de fertilizante equivalente ao volume carregado. Sistemas contínuos são plantas industriais com carga de matéria orgânica permanente, bem como biogás e extração de fertilizantes.

Entre as vantagens dos biodigestores estão permitindo o gerenciamento adequado dos resíduos orgânicos, reciclando -os e reduzindo os riscos ambientais. Além disso, são produzidas energia (biogás) e fertilizantes orgânicos, o que gera valor econômico e ambiental.

No entanto, também existem certas desvantagens, como o consumo de água, a dificuldade de manter os níveis adequados de temperatura e presença de substâncias nocivas (sulfeto, ácido siloxênico). Ele também destaca o acúmulo da matéria -prima perto da área e dos riscos de explosão.

Um biodigestor caseiro pode ser construído com um baixo custo e processar resíduos orgânicos da cozinha. Para isso, apenas uma tampa hermética e alguns materiais de encanamento (tubos de PVC, senhas, entre outros) são necessários, entre outros).

Em uma escala maior, nas áreas rurais, o sistema de construção mais econômico e relativamente fácil é salsicha. Este sistema consiste basicamente em um saco de polietileno selado e com as conexões correspondentes.

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Para que serve

- Tratamento e reciclagem de resíduos orgânicos

Os biodigestores são alternativas tecnológicas muito úteis sob a ótica do gerenciamento sustentável de resíduos orgânicos e produção de energia renovável. Por exemplo, eles fornecem uma alternativa para a reciclagem de resíduos orgânicos sólidos e líquidos, que são transformados em matéria -prima para o biodigestor.

Assim, a reciclagem de resíduos orgânicos reduz seu impacto poluente e gera economia em seu manuseio. Os biodigestores são usados ​​para tratamento de águas residuais, processamento urbano de resíduos orgânicos e resíduos agrícolas e de gado.

- Produção de biogás e biofertilizantes

O processo de digestão anaeróbica gera como biogás e produtos de fertilizantes orgânicos.

Biogás

O biogás tem cerca de 60% de gás metano que é um combustível de alta energia calórica e pode ser usado para produção de energia. Pode ser usado para cozinhar, gerar eletricidade (turbinas a gás), mover motores ou calor.

Biofertilizantes

Os biofertilizantes resultantes de biodigesteros são obtidos em estado (biossol) e líquido (biol) com altos níveis de macro e micronutrientes. Do biol, eles podem ser obtidos isoladamente de macronutrientes básicos (fósforo, nitrogênio e potássio) através de processos de ultrafiltração e osmose reversa. 

Biol contém quantidades importantes de hormônios de crescimento úteis para o desenvolvimento de plantas, como ácido indol-acético, giberelinas e citocininas, entre outros.

Como funciona

O biodigester funciona gerando um processo de bicicleta por digestão anaeróbica, de decomposição de matéria orgânica hidratada e na ausência de ar. Isso ocorre através de um processo de fermentação que possui como produtos principais de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2).

- Bioodigester e carga de agitação

É realizado através do tanque de carga, que consiste em um depósito no qual a matéria orgânica está preparada para ser adicionada pelo tubo de carga ao biodigester.

Matéria orgânica e processamento de carga

O biodigestor deve ser alimentado periodicamente com matéria orgânica e água suficientes para sua capacidade de carga. Nesse sentido, 25% do volume do biodigestor livre deve ser deixado para o acúmulo do gás produzido.

Por sua vez, o tipo e a qualidade da matéria orgânica também influenciarão a produtividade e o uso ou não de resíduos sólidos e líquidos como fertilizantes. Alguns resíduos orgânicos podem gerar problemas no processo de fermentação, como resíduos de frutas cítricas que podem acidificar demais o meio.

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O material deve ser esmagado ou reduzido ao menor tamanho possível e para facilitar a fermentação e a mistura deve conter 75% de água e 25% de matéria orgânica. Deve ser agitado periodicamente para garantir a homogeneidade do processo de fermentação na mistura.

Tempo de temperatura e retenção

O tempo de retenção da matéria orgânica no biodigestor para alcançar sua fermentação total dependerá do tipo disso e da temperatura. A uma temperatura ambiente mais alta, mais rápido será a fermentação (por exemplo, a 30 ºC, pode levar cerca de 20 dias para recarregar o biodigestor).

- Digestão anaeróbica

Digestão anaeróbica. Fonte: Tilley, e., Ulrich, l., Lüthi, c., Reymond, Ph., Zurbrügg, c. [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

No processo, eles agem bactérias que requerem condições ambientais adequadas, como ausência de ar, temperaturas maiores que 20 ° C (ideal 30-35 ºC) e um meio não muito ácido. Nessas condições, três fases são desenvolvidas:

Hidrólise

Nesse processo, as bactérias hidrolíticas agem que secretam enzimas extracelulares. Portanto, as complexas cadeias de carboidratos, proteínas e lipídios em peças menores solúveis (açúcares, aminoácidos e gorduras) são quebradas).

Acidificação ou estágio fermentativo

Os compostos solúveis da fase anterior são fermentados em ácidos graxos voláteis, álcoois, hidrogênio e CO2.

Acetanogênese

Bactérias acetoogênicas entram em jogo que oxidam os ácidos orgânicos como uma fonte de carbono. Eles geram ácido acético (CH3COOH), hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2) e odores desagradáveis ​​são produzidos devido à presença de ácido sulfídico.

Formação de metano ou fase metanogênica

Na última fase, eles agem bactérias metanogênicas que decompõem os produtos da acetonogênese que geram metano. Na natureza, essas bactérias agem em pântanos, ambientes aquáticos e no estômago dos ruminantes.

No final desta fase, a mistura contém metano (45 a 55%), dióxido de carbono (40 a 50%), nitrogênio (2 a 3%) e ácido sulfeto (1,5 a 2%).

- Descarga de biodigester

A taxa de produção de biogás e fertilizantes depende do tipo biodigestor, a matéria orgânica que a alimenta e a temperatura. Os biogás se acumulam na parte superior do biodigestor e são extraídos por tubos para depósitos de armazenamento.

Depois que a fermentação é concluída, a lama é extraída (uma mistura de sólidos e líquidos) por tubos. A descarga é produzida pelo princípio da comunicação de embarcações, ou seja, ao carregar um novo material, a pressão faz com que o excedente do lado oposto.

A proporção entre a quantidade de matéria introduzida (resíduos orgânicos e água) e o produto de saída (biosol e biol) é quase 1: 0.9. Isso é equivalente a um rendimento de 90%, onde a maior proporção corresponde ao biol (líquido).

- Biogás: purificação

O gás produzido deve ser purificado para eliminar ou reduzir o conteúdo de sulfeto e ácido da água usando armadilhas para capturar os dois compostos. Isso é necessário para reduzir o risco de danos ao equipamento pelo poder corrosivo desses componentes.

Armadilha de água

A água arrastada pelo biogás precipita quando o tubo se abre para um espaço maior e o gás continua por outra constrição. Este tubo leva a um recipiente amplo e hermético para conter a água que é posteriormente extraída por uma chave de purga na parte inferior.

Armadilha de ácido sulfidrico

O processo para extrair o ácido sulfiderérico de biogás é semelhante ao da armadilha da água, mas a armadilha intercalada na trajetória de tubos deve conter batatas fritas ou esponjas de ferro. Quando o biogás atravessa o leito de ferro, o ácido sulfeto reage com isso e precipita.

- Fertilizante: separação e compostagem

A mistura de biossol e biol sofre um processo de decantação para separar os dois componentes. O biossol pode ser usado sozinho ou seguir um processo de compostagem para uso posterior como fertilizante sólido.

O biol é usado como um fertilizante foliar de líquido ou adicionado na água de irrigação, por isso é muito útil em sistemas hidropônicos.

Pessoal

Produção de biogás na Alemanha. Fonte: Volker Thies (Asdrubal) [CC BY-SA 3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/]]

Os biodigestores são classificados de acordo com sua periodicidade de carga e forma estrutural. Por sua periodicidade de acusação que temos:

- Descontínuo

O sistema descontínuo ou Lote Consiste em um tanque hermético que está cheio e não carrega novamente até que pare de produzir biogás. O gás se acumula em um coletor flutuante preso na parte superior do tanque (gasômetro).

Este tipo de biodigestor é usado quando a disponibilidade de resíduos orgânicos é intermitente.

- Semi-contínuo

Ao contrário do sistema descontínuo, cargas e descargas são realizadas em determinados termos durante o processo de produção de biogás. De acordo com seu sistema construtivo, existem três tipos básicos:

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Biodigestor de Globe ou Salchicha

Também é chamado de Taiwan e consiste em um túmulo de concreto revestido de planos, onde um saco ou cilindro de polietileno é instalado. Esta bolsa deve ser instalada as conexões para a entrada de resíduos orgânicos e a produção do biogás.

O cilindro é preenchido com água e ar e, posteriormente, a carga de resíduos orgânicos é adicionada.

Biodigestores de cúpula fixa

É o biodigestor chinês tão chamado e consiste em um tanque subterrâneo construído em tijolo ou concreto. O tanque é um cilindro vertical com extremidades convexas ou arredondadas e possui um sistema de carga e outra descarga.

Os biogás se acumulam em um espaço estabelecido para esse fim sob a cúpula superior. O biodigester trabalha com uma pressão variável de biogás de acordo com sua produção.

Biodigestor de cúpula flutuante

Chamado biodigestor hindu, consiste em um tanque cilíndrico subterrâneo com um sistema de carregamento e descarga. É construído em tijolo ou concreto e, em sua parte superior, há um tanque flutuante (gasômetro) no qual os biogás se acumulam.

O gasômetro de fibra de vidro coberto com plástico ou aço inoxidável flutua na mistura graças aos biogás acumulados. Tem a vantagem de manter uma pressão constante de gás.

Posteriormente, o gasômetro sobe e cai, dependendo do nível de mistura e quantidade de biogás. Portanto, são necessários trilhos laterais ou uma haste guia central que evita o atrito com as paredes.

- Contínuo

Nesse caso, o carregamento e descarga do biodigestor é um processo contínuo, por isso requer disponibilidade permanente de resíduos orgânicos. São grandes sistemas industriais geralmente usados ​​para o processamento de esgoto das comunidades.

Para isso, os sistemas de tanques de coleta, bombas para os biodigestores e extração de fertilizantes são usados. O biogás é submetido a um sistema de filtragem e distribuído por compactação para garantir sua distribuição aos usuários.

Vantagens

Reciclagem e poluição

A instalação de um biodigestor permite a reciclagem de resíduos orgânicos, reduzindo assim a poluição ambiental e obtendo produtos úteis. No caso do ambiente rural, é particularmente importante para o gerenciamento de excremes de animais em sistemas de gado.

Obtendo biogás

O biogás representa uma fonte de energia eficiente e econômica, principalmente em áreas onde a disponibilidade de outras fontes de energia não está acessível. Nas áreas rurais de países economicamente deprimidos, é cozido com lenha, o que afeta o meio ambiente.

A disponibilidade de biogás pode ajudar a reduzir a demanda de lenha e, portanto, ter um impacto positivo na conservação da biodiversidade.

Produção de fertilizantes

Através de biodigestores, fertilizantes orgânicos sólidos (biossol) e líquidos (biol) são obtidos. Esses fertilizantes têm um menor impacto ambiental e reduzem os custos de produção agrícola.

Saúde

Ao permitir o gerenciamento adequado dos resíduos orgânicos, os riscos que eles representam para a saúde são reduzidos. Foi determinado que 85% dos patógenos não sobrevivem ao processo de biodigestão.

Por exemplo, coliformes fecais a 35 ° C são reduzidos em 50 e 70% e fungos em 95% em 24 horas. Portanto, sendo um processo fechado, os maus odores são reduzidos.

Desvantagens

Disponibilidade de água

O sistema é exigente em termos de disponibilidade de água, uma vez que uma mistura é necessária. Por outro lado, o biodigestor deve estar próximo da fonte de matéria -prima e do site de consumidores de biogás.

Temperatura

O biodigestor deve manter uma temperatura constante próxima a 35 ° C e dentro de uma faixa entre 20 e 60 ° C. Portanto, pode ser necessária uma contribuição externa de calor.

Damosa por -produtos

Pode ocorrer ácido sulfidrico (H2S), que é tóxico e corrosivo, e silicone derivado de silicone contido em produtos cosméticos e na mistura de resíduos orgânicos. Esses siloxenos geram SiO2 (dióxido de silício), que é abrasivo para máquinas e componentes.

A presença e a concentração destes por produtores depende da matéria -prima usada, proporção de água e substrato sólido, entre outros fatores.

Acúmulo de resíduos

É necessário acumular resíduos perto do biodigestor, o que traz a sua logística e problemas de saúde que devem ser abordados.

Riscos de explosão

Sendo um sistema que gera um gás combustível, implica um certo risco de explosões se as devidas precauções não forem tomadas.

Custos

Embora a manutenção e o gerenciamento do biodigestor seja relativamente econômica, os custos iniciais de instalação e construção podem ser relativamente altos

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Como fazer um biodigestor caseiro

Biodigestor caseiro. Fonte: Kevisooryan [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Um biodigestor requer como elementos básicos e um tanque de fermentação, carregando e descarregando tubos com suas respectivas chaves de passagem. Além disso, são necessários depósitos para biogás e fertilizantes.

É importante ter em mente que todo o sistema deve ser hermético para evitar vazamentos de gás. Por outro lado, o sistema deve ser construído com materiais inoxidáveis, como PVC ou aço inoxidável, para evitar danos à água e ácido sulfidórico.

- Tanque de fermentação

Um tanque tonge ou plástico pode ser usado cuja capacidade dependerá da quantidade de resíduos orgânicos a serem processados. Este depósito deve ter uma tampa hermética ou, falhando nisso, a tampa deve ser selada com alta cola de plástico resistente a temperaturas.

O tanque deve ter quatro orifícios e todas as instalações realizadas nelas devem ser seladas com silicone de alta temperatura.

Carregar tampa

Este buraco está no centro da tampa do tanque, ele deve ter pelo menos 4 polegadas e instalar uma tampa sanitária com thread. Este plugue será conectado a um tubo de PVC de 4 polegadas que entrará verticalmente no tanque até 10 cm antes do fundo.

Esta entrada servirá para carregar resíduos orgânicos anteriormente desmoronados ou esmagados.

Orifício 1 da drenagem de efluentes

É importante lembrar que 25% do espaço do tanque deve ser deixado livre para o acúmulo de gás, de modo que um buraco deve ser aberto no lado nesse nível. Nesta perfuração, um adaptador para tanque será instalado com um segmento de tubo de PVC de 2 polegadas com 15 cm de comprimento com uma chave de passagem.

Este dreno é para permitir a saída do sobrenadante biol quando o tanque é recarregado pela tampa da carga. Biol deve ser armazenado em recipientes adequados para uso subsequente.

Orifício de drenagem efluente 2

Este segundo dreno deve ir na parte inferior do tanque para extrair a parte mais densa do produto fermentado (biossol). Um segmento de tubo de PVC de 2 polegadas de 15 cm de comprimento também será usado com uma senha com uma chave de etapa.

Saída de biogás

Um orifício de 1/2 polegada será aberto na tampa do tanque para instalar um tubo de PVC de igual diâmetro usando um adaptador de tanque. Este tubo terá uma chave de passagem na saída.

- Sistema de saída e purificação de biogás

O tubo de saída de biogás deve ter pelo menos 1,5 m de comprimento, para poder intercalar a extração de água e sistemas ácidos de sulfeto em sua trajetória. Então este tubo pode ser estendido, se necessário, para transferir o gás para o seu armazenamento ou uso.

Extração de água

Para remover a água, o tubo deve ser interrompido a 30 cm para intercalar um recipiente de plástico ou vidro com tampa hermética. O tubo de transferência de gás deve ter uma derivação por meio de uma conexão T, para que o gás penetra no recipiente.

Dessa maneira, o gás enche o recipiente, a água condensa e o gás segue seu caminho através do tubo.

Extração de ácido sulfidrico

Após a armadilha da água, nos próximos 30 cm, um segmento de tubo de 4 polegadas é intercalado através das reduções correspondentes. Este segmento deve ser preenchido com lascas de ferro ou esponjas de metal comercial.

O ácido sulfidrico reagirá com o metal e precipitado, enquanto o biogás continuará a rota para o contêiner de armazenamento ou usará o local.

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