انرژی های تجدید پذیر [ بیوگاز Biogas ]

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
تاریخچه بیوگاز
در طی قرن دهم قبل از میلاد مسیح در آشور و در قرن شانزدهم در ایران از بیوگاز برای گرم کردن آب جهت حمام و شستشوی بدن استفاده م ی شد. در سال 1776 میلادی الکساندر ولتا نتیجه گرفت که بین مقدار مواد آ لی فساد پذیر و میزان گاز قابل اشتعال رابطه مستقیمی وجود دارد . در سال 1859 اولین واحد تخمیر بیهوازی در بمبئی هند ساخته شد و در سال 1860 میلادی اولین واحد استفاده شده برای تصفیه مواد جامد فاضلاب بوسیله شخصی بنام اچ موراس 3 بکار گرفته شد. در اروپا برخی واحده ای بیوگاز بیشتر از 20 سال است که مشغول به کار هستند و در حال حاضر بیش از 600 واحد هاضم در اروپا مشغول بکار می باشند و تنها در کشور آلمان در حدود 250 واحد بیوگاز طی پنج سال گذشته نصب شده است . از نیمه اول قرن بیستم در بسیاری از کشورها ساخت دستگاههای تولید کنند ه بیوگاز و استفاده از گاز حاصله آن بمنظور پخت و پز، تأمین روشنایی و بکار انداختن موتورهای احتراقی وسایل نقلیه بسرعت توسعه یافت و در این بین کشورهای چین و هند بیش از سایر کشورهای دیگر به ساخت و بهره برداری از دستگاههای تولید کننده بیوگاز پرداخته اند 4. بیش از نیم قرن پیش در تصفیه خانه های فاضلابهای شهری در اروپا استفاده از گاز متان حاصل از تخمیر مواد بیولوژیکی مطرح بود اما استفاده از بیوگاز بصورت متداول از جنگ جهانی دوم به بعد مطرح شد و در ده سال اخیر بعلت کمبود انرژی و افزایش قیمت آن در کشورهای وارد کننده مواد سوختی مورد توجه خاص قرار گرفته است.

در ایران قدمت استفاده از بیوگاز به سه قرن قبل برم ی گردد. م تأسفانه تولید بیوگاز غیر از احتمالاتی که ؛ به استفاده از سوخت متان در حمام شیخ به ایی اصفهان نسبت داده اند، سابقه دیگری از آن وجود ندارد.

در اصفهان با استفاده از انرژی بیوگاز گرم م یشد. لیکن در سالهای اخیر برخی سازمانها و ارگا نهای دولتی فعالیتهایی را در این زمینه آغاز نموده و تا حدود زیادی پیش رفت داشته اند و اهمیت این فناوری در ابعاد مختلف بهداشتی ، اجتماعی و اقتصادی مورد بحث قرار گرفته و بخشی از برنامه های توسعه کشور نیز مباحثی را در چارچوب انرژی در برگرفته اند . اولین هاضم تولید متان بصورت نوین در سال 1354 در روستای نیاز آباد لرستان ساخته شد و در سال 1361 یک واحد سه مترمکعبی در دانشگاه صنعتی شریف مورد مطالعه قرار گرفت و در سالهای 1361 تا 1365 مرکز تحقیقات انرژ یهای نو در سازمان انرژی اتمی پژوهشهای ویژه ای را در این زمینه به انجام رساند که از جمله می توان به احداث 10 واحد بیوگاز در استانهای سیستان و بلوچستان، ایلام و کردستان اشاره نمود . در دهه 1360 وزارت جهاد سازندگی نیز در این راه اقداماتی صورت داد و ابتدا در سال 1363 یک واحد آزمایشی در حیدر آباد کرج ساخته شد و سپس در سال 1364 یک نمونه واقعی در یکی از روستاههای شهر گرگا ن احداث گردید ؛ در ضمن جهاد کشاورزی 40 هاضم دیگر در مناطق مختلف کشور ساخت که 18 واحد آن به مرحله گاز دهی رسید . آنچه مسلم می باشد این است که باید تکیه بر تجربیات سایر کشورها ، با توجه به امکانات طبیعی و شرایط اقلیمی صورت گیرد.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
بیوگاز
بیوگاز به گازهای تولید شده در اثر تخمیر و تجزیه بیهوازی مواد آلی بوسیله باکتریهای بیهوازی بویژه متان زا که در یک محفظه تخمیر بوجود م ی آیند، اطلاق می شود . بیوگاز سوخت تمیزی است که ایجاد آلودگی زیست محیطی نمی کند؛ در ضمن خط ر انفجار بیوگاز کم است و با توجه به وجود گاز دی اکسید کربن در مخلوط بیوگاز،بعنوان یک ضد آتش عمل می نماید. افزایش دی اکسید کربن ارزش حرارتی و قابلیت اشتعال آنرا . افزایش به شدت کاهش می دهد. لذا با استفاده از فیلترهایی جهت جداسازی دی اکسید کربن میزان ارزش حرارتی بیوگاز را فزایش می دهند. این مخلوط گازی که از تخمیر مواد زاید آلی در شرایط بیهوازی حاصل می شود دارای 60 تا 70 درصد متان و 30 تا 40 درصد دی اکسید کربن و مقادیر ناچیزی از گازهای دیگر مانند هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، منواکسید کربن و سولفید هیدروژن است و همانطور که مشخص است قسمت اعظم اینگاز از متان و دی اکسید کربن تشکیل شده است ولی در عین حال نسبت ترکیبات مختلف آن بستگی به نوع مواد اولیه و نیز تا حدودی بمیزان حرارت محیط و زمان توقف مواد در مخزن تخمیر دارد . بیوگاز منبع با ارزشی از انرژی است که اغلب به هدر می رود. اگر متان با ایمنی کامل جمع آوری شود و بدرستی ذخیره گردد، می تواند منبع مهمی از انرژی باشد . از این گاز می توان بعنوان یک حامل انرژی مستقیماً در تأمین انرژی حرارتی و روشنایی ساختمانها استفاده نمود یا اینکه جهت تولید برق در ژنراتورهای گازی آنرا بکار برد.

دستگاه بیوگاز واحدی است که در آن مواد اولیه هضم می شوند و بیوگاز تولید و ذخیره م ی گردد. بطور کلی ساختمان دستگاه بیوگاز از دو قسمت محفظه تخمیر 1 و محفظه گاز 2 تشکیل شده است که محفظه تخمیر برای نگهداری مواد اولیه بر اساس ظرفیت دستگاه و مقدار مواد اولیه ساخته م ی شود و محفظه گاز مخزنی اس ت که جهت نگهداری گاز از آن استفاده می شود. تفاوت عمده دستگاههای بیوگاز در نحوه قرار گرفتن دستگاه و نحوه استفاده از آن است.

بیوگاز با یک شعله آبی رنگ می سوزد و وقتی با نسبت حجمی 1 به 20 (یک حجم بیوگاز و 20 حجم هو ا) با هوا مخلوط می شود، بشدت قابل اشتعال بو ده و بعنوان سوختی که هر فوت مکعب آن دارای ارزش حرارتی 600BTU(British thermal unit)(151 تا 1975 کیلوکالری می باشد، می تواند به منظور ایجاد حرارت، روشنایی و نیز پخت و پز مورد استفاده قرار گیرد . ارزش حرارتی بیوگاز به درصد گاز متان تولید شده بستگی دارد که آن هم باکیفیت مواد آلی وارد شده به تانک تخمیر دستگاه بیوگاز ارتباط مستقیم دارد و هر چه میزان متان تولیدی بیشتر باشد، در نتیجه قابلیت سوخت گاز بیشتر م ی شود. در صورتی که مقدار دی اکسید کربن در بیوگاز بیشتر از 50 درصد باشد، بیوگاز قابل احتراق نیست . این مطلب بیانگر این واقعیت است که روزانه مقادیر قابل توجهی از انرژی نهفته در مواد آلی بدون هیچ گونه استفاد ه ای به ه در می رود؛ لذا با اجرای فراگیر طرح بیوگاز با عنوان گامی نو در صنایع بازیافت می توان با صرف هزینه های اندک به نتایج قابل توجهی دست یافت؛ بنابراین در مناطق دور دست و صعب العبوری که دسترسی به سیستمهای گاز رسانی امکان پذیر نمی باشد، می توان بیوگاز را بعنوان یک منبع سوختی مهم مورد استفاده قرار داد . از میان انواع دستگاههای بیوگاز دو نوع زیر در کشورهای صنعتی و در حال توسعه کاربردهای بیشتری دارد که عبارتند از:

1.دستگاههای بیوگاز با مخزن شناور گاز که در گذشته عمدتاً در هندوستان ساخته می شدند و به نوع هندی معروف هستند. در این دستگاهها مخزن گاز بطور مستقیم درون پساب مخزن هاضم شناور است. این دستگاهها معمولاً برای هضم فضولات دامی و انسانی که روزانه به درون دستگاه هاضم وارد می گردند، ساخته م یشوند و نحوه کار با این نوع دستگاهها ساده است.

2.دستگاههای با مخزن گنبدی ثابت به نوع چینی معروف هستند و گاز در آنها در بالاترین قسمت مخزن هاضم جمع می گردد. زمانی که تولید گاز آغاز م یگردد، پساپ موجود در مخزن هاضم به سوی حوضچه خروجی جابجا می شود و هر چه میزان گاز تولیدی بیشتر شود، فشار آن در مخزن افزایش م ییابد.
دستگاههای بیوگاز را م یتوان بر اساس حجم و اندازه آنها به صنعتی و خانگی نیز تقسیم نمود. سیستمهای خانگی بیشتر در کشورهای جهان سوم متداول شد هاند در حالی که کشورهای صنعتی سیستمهای تجاری و صنعتی را بیشتر مورد توجه قرار داده اند. هر یک از این دو مدل دستگاه بیوگاز با توجه به شرایط اقلیمی، اقتضا امکانات مالی و منطقه ای قابلیت کاربرد در مناطق مختلف را دارند. دستگاههای بیوگاز مدل چینی بدلیل سادگی ساختمان و عدم نیاز به وسایل در ایران نسبت به مدل هندی برای روستاههای ما در اولویت بیشتری قرار دارد. در اکثر کشورها تحقیقات گسترده ای در زمینه کاربرد بیوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بیوگاز چشم انداز بسیار روشنی را در آینده برای بخش انرژی ترسیم م ینماید. بیوگاز بعنوان گزینه مناسب بمنظور استفاده در موتورهای احتراق داخلی، پیلهای سوختی، موتورهای گازی، ژنراتورها و... از پتانسیل بسیار مناسبی برخوردار است.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
تشریح واکنش تولید بیوگاز

واکنشهای هضم در دستگاه بیوگاز مشتمل بر یک سری فرایندهای شیمیایی و بیولوژیکی است که در
غیاب اکسیژن و در حضور ارگانیسمهای بیهوازی، آب و دمای 35 الی 70 درجه سانتیگراد، گازی تولیدمی شود که بخش عمده ای از آن مخلوطی از گازها ی متان و دی اکسید کربن است . در دستگاههای بیوگازواکنشهای تخمیر شامل یک سری فعل و انفعالات شیمیایی بهم پیوسته می باشد که در عین مجزا بودن،ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند . اصول هضم شامل مراحل زیر می باشد که هر مرحله توسط گروه خاصیاز ارگانیسمها انجام می گیرد:در مرحله اول مرحله مواد آلی پیچیده مانند کربوهیدراتها، چربیها و پروتینها توسط باکتریهای اسید ساز بهمواد آلی ساده مانند قندهای ساده ، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه تبدیل می شوند. این باکتریها مواد پیچیده آلیرا به اسیدهای چرب فرار تجزیه نموده و علاوه بر اس ید استیک و اسید پروپیونیک مقداری آمونیاک و گازکربنیک نیز تولید می شود.در مرحله دوم باکتریهای اسید ساز (اسید لاکتیک، اسید پروپیونیک، اسید استیک و اسید بوتیریک )، موادآلی مرکب را به اسیدهای فرار تبدیل می کنند. پروتینها در ابتدا به اسیدهای آمینه و سپس به اسیدهایفرار شکسته می شوند، کربوهیدراتها در ابتدا به قندهای ساده و سپس به اسیدهای چرب فرار تبدیل شدهمی شوند و اسیدهای چرب به اسیدهای چرب فرار تغییر می یابند؛ در ضمن مواد دیگری همانند هیدروژن،دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، اتانول و مق ادیر بسیار جزیی از گازهای متان، ازت و آمونیاک در اینمرحله بوسیله باکتریهای اسید ساز تولید و آزاد می شوند.در مرحله سوم باکتریهای متا ن زا، اسیدهای تولید شده در مرحله قبلی را به متان و دی اکسید کربن تجزیهمی کنند. این گروه ، مرکب از تعداد معدودی از باکتریها هستند که رش د و تکثیر آنها به کندی صورت گرفتهو نسبت به محیط خود بسیار حساس است .

در دستگاه هاضم که بطور صحیح عمل می کند، تعادل این دو
گروه از باکتریها باید چنان باشد که متان سازها فقط اسیدهایی است که اسیدسازها تولید می کنند، به مصرفبرسانند. برخی دیگر از انواع باکتریه ا نیز هیدروژن و دی اکسید کربن را جهت تولید متان به مصرفمی رسانند. در حقیقت در این مرحله است که فعل و انفعالات اصلی متان زدایی را شامل م یشود.در یک دستگاه در حال تعادل، متان سازها اسیدهایی را که اسید ساز تولید می کنند، به مصرف می رسانند.،
هنگامی که اسید سازها فعالیت بیشتری نسبت به متان سازها داشته باشندپی اچ محلول کاهش یافته و جلوی
رشد باکتریهای متان ساز گرفته میشود تا سرانجام عمل هضم متوقف گردد.گوارش بیهوازی می تواند برای مواد مایع مانند فاضلابها یا برای مواد جامد مانند فضولات دامی وبقایای گیاهی انجام شود. در هر دو حالت وجود رطوبت کافی و مناسب برای انجام واکنشها الزامی است.فرایند هضم در راکتورهایی به نام هاضم صورت م یگیرد. دستگاههای بیوگاز را از لحاظ عملکردی به دودسته پیوستهو ناپیوستهتقسیم می کنند که در مدل پیوسته ورود مواد هر روز و خروج آنها نیز به ازایمیزان فضولات ورودی همزمان انجام می شود اما در مدل ناپیوسته کل مخزن تخمیر در یک زمان پر و درزمان دیگری بطور کامل تخلیه می شود.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
سلامتی محیط میکروبها برای ایجاد بیوگاز بستگی به فاکتورهای متعددی دارد که همواره باید مورد توجهقرار گیرد که مهمترین آنها بشرح ذیل می باشند:

1. درجه حرارت محیط تخمیر
37 0C معمولاً دستگاههای بیوگاز در حد فعالیت باکتریهای مزوفیلیک عمل نماید که دمای مطلوب آن، 70 0C 30 ممکن است دستگاه اسیدی شود و در دمای بالاتر از 0C است. در درجه حرارتهای پایی ن تر ازباکتریها از بین م ی روند؛ از اینرو باکتریهای متا ن زا نسبت به نوسانات سریع درجه حرارت کاملاً حساس بودهو در تولید بیوگاز تأثیر منفی دارد . درجه حرارت در مخزن تخمیر باعث از بین رفتن بسیاری از باکتریهایبیماری زا و انگلها می شود.مرحله سوم مرحله دوم مرحله اول

2- خاصیت اسیدی یاپی اچ مواد
باکتریهای متان زا که در فرایند تخمیر شرکت م ی کنند نسبت به پی اچ محیط حساسیت دارند و فعالیت این این باکتریها و دیگر ارگانیسمهای بیهوازی در محیطی با پی اچ در حدود 6/8 تا 7/2 امکان پذیر می باشد. کاهش پی اچ باعث اختلال در زندگی باکتریهای متان زا شده و تولید گاز متان متوقف می شود. در صورتی که محیط قلیایی شودو پی اچ آن بالا برود با ید صبر نمود تا پی اچ محیط دوباره به حالت تعادل برگردد و سپس مواد اولیه را به آن اضافه نمود.

3- نسبت کربن به ازت مواد
باکتریهای بیهوازی برای زنده ماندن و انجام فعالیتهای خود نیازمند کربن و ازت می باشند. باکتریهایبیهوازی معمولاً کربن را بعنوان منبع انرژی جهت رشد و نمو و ازت را برای ساختن دیواره سلولی خودمصرف می کنند. نسبت این مواد در کنترل فعل و انفعالات بسیار مهم است؛ میزان مصرف کربن نسبت بهازت 30 تا 35 برابر سریعتر می باشد؛ لذا نسبت C/Nموجود در مواد اولیه جهت فعالیت باکتریهای بیهوازی وسرعت تخمیر و متعاقب آن تولید گاز متان بسیار موثر است. وقتی نسبتC/Nزیاد شود، ازت زودتر از کربنتمام می شود و کربن باقیمانده باعث اسیدی شدن محیط می گردد و بالعکس زمانی که نسبتC/Nکم شود،ازت بصورت گاز آمونیاک از محیط خارج و موجب قلیایی شدن محیط می گردد و نیز تولید گاز بعلت عدموجود کربن متوقف می شود. در حالت ایده ال این نسبت کربن به ازت در حدود 25 تا 30 می باشد.

4. میزان رطوبت و آب مورد نیاز
میزان آب در مواد اولیه که بایستی مورد تخمیر قرار گیرند در حدود 90 % از وزن کل مواد را تشکیلمی دهد. افزایش و یا کاهش زیاده از حد رطوبت مواد در مخزن تخمیر، تأثیر بسزایی در تولید گاز دارد.

5. درجه غلظت مواد
برای اینکه باکتریها بتوانند مواد آلی را جذب کنند، لازم است که مواد بصورت محلولی رقیق درآیند.در مخازن بیوگاز بهترین غلظت مواد جهت عملیات تخمیر بیهوازی در حدود 7 الی 9 درصد مواد جامدمی باشد. ازدیاد غلظت مواد موجب افزایش چسبندگی و مانع از رشد باکتریها و کاهش غلظت موجب لایهلایه شدن محلول می شود که مستلزم همزدن مداوم محلول است. معمولاً مواد اولیه مورد استفاده در تخمیربیهوازی غلظت بالایی داشته و لازم است تا با نسبت معینی آب رقیق شوند.

6. عدم وجود عناصر بازدارنده سمی
در غلظتهای زیاد بعنوان بازدارنده تولید Na,Ca,Mg,K,Fe در سیستمهای بیوگاز وجود عناصری مانند گاز هستند و موجب کندی یا توقف رشد باکتریهای متان زا می شوند؛ اما غلظت کمی از آنها م ی تواند سببتحریک رشد باکتریها و افزایش سرعت تولید گاز گردد.

7. مدت زمان ماند مخلوط در مخزن هاضم
این مدت زمان در حقیقت فاصله میان زمان ورود حجم مشخصی از فضولات از طریق لوله ورودی بهمخزن هاضم و زمان خروج آن از طریق لوله خروجی بشمار می آید. زمان ماند بسیار حائز اهمیت است زیراچنانچه مواد ورودی به اندازه کافی درون مخزن باقی نمانند و روند هضم و تخمیر کامل نشود، بیوگازیتولید نخواهد شد؛ در این صورت از آنجایی که مخزن هاضم تنها برای مدت کوتاهی در اشغال حجم معینیاز فضولات ورودی می باشد، عامل مذکور نقشی را در طراحی مخزن هاضم بازی نخواهد کرد. تولید گاز باافزایش زمان ماند، روند افزایشی دارد؛ بعبارت دیگر تولید گاز متان با زمان ماند طولان یتر بیشتر خواهدشد.

8. یکنواخت بودن محلول
یکنواخت نگهداشتن محلول از نظر غلظت و درجه حرارت بر روی سرعت تکثیر باکتریها تأثیر مثبتدارد. همزدن مواد داخل محفظه تخمیر که با افزودن روزانه مواد به محفظه تخمیر صورت می گیرد، موجبتحریک بیشتر باکتریها و متعاقب آن تولید گاز می شود.

مزایای تولید بیوگاز
فاقد آلودگی زیست محیطی بوده و بدون دود و بو می سوزد.کمیت و کیفیت نیتروژن موجود در کود حاصل از تأسیسات بیوگاز به مراتب بهتر و غنی تر از کودیاست که از شیوه های متداول از مواد گیاهی بدست می آید.از نظر اقتصادی پساپ حاصل از مخازن هاضم م ی تواند جایگزین مناسبی برای کودهای شیمیاییباشد؛ بعلا وه نیتروژن موجود در کود حاصل از فرایند بیوگاز عاری از بوهای زننده است؛ در ضمنموجب بهبود خاک و افزایش محصولات کشاورزی نیز می گردد.این گاز احتیاجات سوختی و روشنایی خانوارها را تأمین م ی نماید؛ در ضمن علاوه بر حفاظت ازمحیط زیست، موجب صرفه جویی در وقت افراد خانواده جهت تأمین مواد سوختنی نیز می شود.جایگزین بسیار مناسبی برای سوختهای انرژ ی زا محسوب م ی شود و همواره در دسترس بوده و نیزاقلیم تأثیر چندانی در کاربری آن ندارد.یکی از مزایای استفاده از بیوگاز، پایین بودن میزان آلودگی حاصل از سوختن آن در مقایسه با سا یرسوختهای فسیلی م یباشد.تأسیسات بیوگاز موجب حفظ مراتع و جنگلها و صرفه جویی در استفاده از سوختهایی همانند چوب،زغال سنگ یا نفت م ی شود و معمولاً فضولات حیوانی و گیاهی که خطرات جدی را برای سلامتیبشر بهمراه دارد، به کودهای آلی تبدیل می کنند.بیوگاز یک منبع سوختی جدیدی جهت مکانیزه کردن کشاورزی و صنایع روستایی محسوب م یشود.

تولید بیوگاز از زبال ههای شهری و کاربرد آن
امروزه با رشد جوامع بشری، توسعه شهرنشینی و پیدایش کلان شهرها، نیاز انسانها به مواد مصرفیروز به روز بیشتر می شود و زیاد شدن مواد مصرفی موجب افزایش زباله ها می گردد. وجود زباله های شهریعلاوه بر مشکلات شهری، تهدیدات جدی را برای محیط زیست بهمراه دارد. در حال حاضر وجود زباله هادر کلان شهرهای کشور از معضلات عمده شهرداریها محسوب م یشود؛ در ضمن دفن غیراصولی زباله ها درکشور تولید شرابه های سمی را بهمراه دارد که احتمال نفوذ و آلوده نمودن آبهای زیر زمینی و نیز تولیدگازهای گلخانه ای از محل دفن زباله ها از خطرات بزرگ زیست محیطی است که در صورت حل نکردن اینمعضل، خسارات جبران ناپذیری را در برخواهد داشت و کنترل آن هزینه های زیادی را م یطلبد؛ اما از طرفیجمع آوری صحیح زباله ها و دفن اصولی آنها علاوه بر کنترل آلودگیهای ناشی از زباله ها و کاهش گازهایگلخانه ای در راستای اهداف پروتکل کیوتو، پتانسیل بسیار مناسبی از انرژی را بهمراه دارد که از آن درصنعت و تولید انرژی الکتریکی می توان استفاده نمود و گامی مثبت در جهت رسیدن به صنعت سبز وتوسعه پایدار می باشد.سالیانه از هر تن زباله شهری مقادیر فراوانی گاز قابل استحصال خواهد بود و افزایش این مقدار باطراحی و مدیریت صحیح محل دفن زباله ها امکان پذیر است. احتراق گاز قابل استحصال از دفنگاههایزباله ها دارای آلودگی کمی است و چون دمای شعله این گاز پایین است ، علاوه بر آلودگی پایین میز ان احتراق آن در حدود 60 تا 70 درصد کمتر از احتراق گاز طبیعی خواهد بود. با توجه به این مسئله که گازهای حاصل از مراکز دفن زبا له جزء سوختهای تجدیدپذیر به حساب م ی آید، لذا صاحبان این مراکز می توانند ازمعافیتهای مالیاتی استفاده فراوانی کنند و این امر باعث ایجاد انگیزه بیشتر برای استفاده از این انرژی می شود.طی سالیان اخیر د ر بسیاری از کشورها تکنولوژی بیوگاز بسیار مورد توجه قرار گرفته است و از گا ز حاصلاز دف نگاههای زباله برای تول ید الکتریسیته استفاده م ی کنند.
گروهی از کشورها پا را از این مرحله نیز فراتر
گذاشته و بدنبال آن هستند که از گاز حاصل از مراکز دفن زباله در تکنولوژی پیل سوختی استفاده نمایند تابدین وسیله ارزش افزوده محصول تولیدی را بالاتر برند. بخشهای دولتی و خصوصی امتیاز این فناوری رابعنوان یک منبع انرژی مقرون به صرفه با قابلیتهای متعدد تشخیص داد ه اند. بالا بودن بازده کلی این فناوریدر مقایسه با تولید برق و حرارت بصورت مجزا نشان م ی دهد که تولید همزمان حرارت و برق باعث کاهشچشمگیری در میزان انتشار دی اکسید کربن و افزایش راندمان سوخت می گردد.بر اساس آنالیز زباله های شهرهای مختلف کشور، امکان استحصال حجم قابل توجهی بیوگاز که از زباله هایشهری بدست می آید، وجود دارد و با استفاد ه از یک سری روشهایی می توان حجم گاز تولیدی از مراکزدفن زباله را افزایش د اد. نظر به کمیت و کیفیت زباله های شهری، قابلیت تولید برق بیوگازی در کشور بالامی باشد؛ بنابراین با برنامه ریزی منظم و منسجم می توان میزان قابل توجهی برق بیوگازی در کشور تولیدنمود. با وجود پتانسیل سنجی موجود در سطح کشور در هیچ یک از مراکز دفن زباله کشور ، از گاز حاصل هاز زباله ها استفاده صنعتی نشده است و تنها در سه شهر شیراز، مشهد و اصفهان به جمع آوری قسمتی از اینگاز اقدام شده است.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
نتیجه گیری

تکنولوژی بیوگاز از نقطه نظر اقتصادی قابل قبول اس ت و بر اساس یک روند طبیعی ، این گاز بدون
صرف هیچ هزینه ای تولید می گردد؛ اما کنترل، بهینه سازی و بهره برداری از این گاز متضمن صرفهزینه می باشد.استفاده از بیوگاز علاوه بر سالم سازی محیط زیست و تهیه کود غنی و تولید گاز سوختی، از نقطهنظر اقتصادی دارای اهمیت بسیار زیادی است.تولید انرژی الکتریکی حاصل از سوخت بیوگاز بسیار اقتصادی تر از سوزاندن مستقیم این گاز است.پایین بودن قیمت سوختهای فسیلی، افزایش تقاضای انرژی، آلودگیهای زیست محیطی و ....، موجبگردیده است تا بیوانرژی از لحاظ اقتصادی بسیار مورد توجه قرار گیرد.با ساخت و توسعه نیروگاههای بیوگاز علاوه بر تأمین بخشی از انرژی مورد نیاز کشور، می توانگامی موثر در زمینه بحران عظیم ناشی از زباله های شهری و کاهش انتشار آلایندههای زیست محیطیبرداشت که دارای اثرات اقتصادی و اجتماعی چشمگیری خواهد بود.استفاده از منابع زیست توده در ظرفیتهای بزرگ و در زمانهای کاری زیاد مقرون به صرفه می باشد واعطای وامهای کم بهره در این زمینه می تواند بسیار موثر باشد.با احداث نیروگاههای بیوگاز ضمن جمع آوری و کنترل آلایندههای زیست محیطی و کمک به حفظبهداشت و سلامت عمومی جامعه م ی توان بخشی از انرژی الکتریکی و حرارتی مورد نیاز را تأمیننمود.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فن آوری تولید بیوگاز از فاضلاب

فن آوری تولید بیوگاز از فاضلاب

مقدمهاستحصال بیوگاز می تواند از فرایندهای بی هوازی فاضلاب نیز انجام گیرد که علاوه بر تولید انرژی می تواند در کنترل بو نیز موثر باشد. یکی از روشهایی که در آن می توان گاز زیادی به دست آورد تصفیه فاضلاب به روش UASB می باشد. از این روش برای تصفیه فاضلابهای صنعتی با بار آلی زیاد استفاده می گردد که دارای راندمان بالایی در حذف می باشد. به همین دلیل در این روش متان، هیدروژن سولفوره و دی اکسید کربن زیادی تولید می گردد که در صورت عدم جمع آوری و دفع صحیح باعث تولید بو و ایجاد انفجار می گردد.

جمع آوری گاز و کاربرد آن
جمع آوری گازهای تولیدی سیستم بی هوازی که خارج از راکتور انجام می گیرد باید از دقت خاصی برخوردار باشد و همان دقتی که در دستکاری گازهای طبیعی مراعات می گردد ، در این سیستمها نیز مورد توجه باشد . سیستم جمع آوری گاز راکتور باید بتواند حداکثر گاز تولیدی را نیز پاسخگو باشد . متأسفانه در اکثر مواقع مخازن ذخیره را برای تولید گاز و نگهداری آن برای زمانهای 4 تا 5 دقیقه می سازند و چون تولید گاز در زمان حداکثر خود نیاز به ذخیره بیشتری دارد باید برای ذخیره آن از مخازن دیگری سود جست . فشار گاز تولیدی در سیستم حداکثر 10 تا 20 اینچ ستون آب است و اگر در محلی ذخیره شود فشار آن به مرور زیاد شده و ممکن است با متصاعد شدن از مخزن ذخیره علاوه بر ایجاد بو در مواردی باعث انفجار و آتش سوزی نیز بشود .

اگر گازهای خروجی از راکتور مجدداً به آن بازگردند ، فضای بالای راکتور روی سطح فاضلاب را که راه تماس راکتور با اتمسفر است را پر می نماید . این عمل علاوه بر ایجاد بو ، مانع متصاعد شدن متان های تولیدی خواهد گردید . باقیماندن و تجمع بیش از حد متنان در محل بالایی راکتور ممکن است در مواردی ایجاد انفجار نماید و حتی ممکن است غلظت هیــدروژن سولفــوره در اطراف راکتور به حــدی برسد که باعث بروز خطر بهره برداران گردد .
همچنین ممکن است گازهای تولیدی به جوبکهای خروج فاضلاب راه یافته و بهره برداران را بعلت محتوای هیدروژن سولفوره در معرض خطر قرار داده و بعضاً باعث انفجار شود . ممکن است مقادیری گاز در حین عبور از لوله ها و ورود به مخازن شستشو در فضای اطراف پخش شوند . باید مسائل و خطرات ناشی از اینگونه پخش گاز در سایت تصفیه خانه به نحوی قابل پیش بینی و پیشگیری باشد . گاز تولیدی در راکتور علاوه بر متان محتوی گاز کربنیک و هیدروژن سولفوره است بعلاوه محتوی رطوبت نیز خواهد بود . با تمام پیش بینی ها برای حذف رطوبت متأسفانه رطوبت باقیمانده در مواردی با ایجاد قطرات آب در شعله سوز و وسایل اندازه گیری مشکلاتی به وجود خواهد آورد .
برای جلوگیری از این مسئله هم باید پیش بینی های لازم بعمل آید .
هیدروژن سولفوره موجود در بیوگاز خاصیت خوردگی شدیدی داشته و در حضور رطوبت به اسید سولفوریک که خورنده تر از خود اوست تبدیل خواهد شد و اگر توأم با گازهای سیستم بی هوازی سوزانیده شود به SO2 تبدیل شده که در هوای اطراف راکتور پخش و در صورت بارندگی به صورت باران اسیدی نازل و باعث خوردگی تمام چیزهای درتماس با آن خواهد گردید . میزان تحمل پذیری انسان در برابر هیدروژن سولفوره 10 میلیگرم در لیتر است ، بعلاوه هیدروژن سولفوره در محیط اطراف بخش خود بوهای بدی شبیه تخم مرغ گندیده به وجود خواهد آورد .سه راه برای حذف هیدروژن سولفوره از بیوگاز قابل پیش بینی است . عمومی ترین آن به کاربردن یک برج محتوی سود است که برای به حداکثر رساندن حذف آن بهتر است سود رقیق نیز در حال گردش در برج باشد تا تماس هیدروژن سولفوره با آن بیشتر برقرار گردد . سود می تواند در مواردی که گاز کربنیک بالاست نسبت به حذف آن نیز اقدام نماید . معمولاً هیدروژن سولفوره در این عمل به سولفوره های محلول تبدیل و از محیط بیوگاز دور می گردد .
گرچه احداث اینگونه تأسیسات خیلی کم خرج است ولی نگهداری از آن می تواند پرهزینه باشد زیرا نیاز دارد گاهگاهی رسوبات تشکیل شده در آن را خارج نمود . برای حذف هیدروژن سولفوره لازم است PH محیط حدود 10 باشد و در PH های زیر 5/9 قدرت حذف کاهش یافته و در PH بیشتر از 5/10 تشکیل رسوب و گرفتگی لوله ها اتفاق خواهد افتاد . معمولاً راندمان حذف هیدروژن سولفوره بین 80 تا 90 درصد متغیر است .
راه دوم حذف هیدروژن سولفوره از بیوگاز استفاده از صافی ذغال فعال است . عیب بزرگ این روش اشباع شدن ذغال ها و نیاز به آماده سازی مجدد آنهاست که بسیار پرخرج و پردردسر است و تهیه خود صافی ذغالی نیز گران خواهد بود . بالاخره با استفاده از املاح آهن می توانیم گاز هیدروژن سولفوره را از محتویات بیوگاز حذف کنیم . در این عمل گاز هیدروژن سولفوره به صورت گوگرد خالص از محیط حذف شده و به عنوان محصول فرعی مورد استفاده قرار خواهد گرفت . هزینه احداث این سیستم حذف هیدروژن سولفوره خیلی گران است و گاهی یک تا دو دلار در حذف آن از هر فوت مکعب حجم بیوگاز هزینه لازم دارد .

کنترل بو در تصفیه بی هوازی

یکی از پردردسرترین مشکل بهره برداری از سیستم های بی هوازی حذف بو مخصوصاً بوهای ناشی از هیدروژن سولفوره است . این بوها در غلظتی معادل 5/0 قسمت در میلیون قابل تشخیص و اعتراض است . بعد از زمان کوتاهی که در تماس با هیدروژن سولفوره باشیم و سیستم بویائی ما با استنشاق دچار خستگی گردد به علت عدم درک بوهای غلیظ هیدروژن سولفوره ممکن است انسان در معرض تماس با گاز و بروز خطر قرار گیرد ، از این رو بهتر است وجود گاز از طریق دستگاههای اندازه گیری تعیین گردد تا سیستم بویائی انسان .
برحسب غلظت هیدروژن سولفوره هر نوع نشتی از بیوگاز احتمالاً با پیدایش بو توأم است . محتویات خروجی راکتور هم بدون شک دارای مقادیر کمی هیدروژن سولفوره خواهد بود که در هنگام جریان فاضلاب خروجی در جوبک ها رها خواهد شد . ممکن است محل های تخلیه فاضلاب خروجی مخصوصاً نقاط رها شدن گازهای هیدروژن سولفوره را به امکاناتی چون صافی ذعالی یا سایر وسائل جذب گاز هیدروژن سولفوره وصل نمود تا از پخش آن در فضای اطراف ممانعت به عمل آید .ممکن است برای جذب گاز هیدروژن سولفوره از صافیهای محتوی مواد آلی (Compost-Filter) که در آن گازهای ورودی با میکروارگانیسم ها وارد فعل و انفعالاتی شده و با جذب مواد بودار هوای بدون محتوی بو را به بیرون هدایت می کند ، استفاده نمود . مواد پرکننده این صافیها را هرازگاه باید خالی و پر نمود .

نحوه قرار گرفتن کمپوست در صافی باید طوری باشد که فضای لازم بین آنها برای عبور گاز تأمین گردد . توصیه شده به محتویات صافی کمی آهک برای زیادتر شدن کلسیم و بالاتر رفتن PH محیط برای حذف بهتر ناخالصیها اضافه نمایند . گاهی مقداری لجن فعال به محتویات این صافیها اضافه می کنند . اگر محتویات گازهای بالای راکتور در 95 درجه فارنهایت بکار رود محتوی مقدار کافی رطوبت خواهد بود . در غیر اینصورت لازم است با پاشش مقادیری آب رطوبت لازم را در محیط صافی تولید نمود . لازم است گاهگاهی محتویات صافی را به هم زد تا از چسبیدن آنها بهم جلوگیری شود .
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فن آوری استخراج بیوگاز از دستگاهای تولید بیوگاز

فن آوری استخراج بیوگاز از دستگاهای تولید بیوگاز

ویژگی و چگونگی تولید بیوگاز

بیوگاز به نام گاز مرداب نیز شهرت یافته با ترکیبی از متان ‏‎(CH4)‎‏ و دی اکسیدکربن ‏‎(CO2)‎‏ و بوی ‏قابل تشخیص مانند تخم مرغ گندیده . سبک تر از هوا می باشد و طبق مطالعات انجام گرفته در هندوستان آنالیز ‏بیوگاز در جدول زیر ذکر گردیده که میزان درصد گاز متان آن بستگی به دمای هاضم داشته و هر چه دمای هاضم ‏پایین تر باشد درصد متان آن بیشتر و ارزش حرارتی بالاتری دارد ولی میزان گاز تولید شده کمتر است . بیوگاز ها ‏به دو دسته زیر تقسیم می شوند.‏
‏1.‏ بیوگازهای با بار آلی ورودی زیاد
‏2.‏ بیوگازهایی با بار آلی ورودی کم
دستگاهای فوق دارای تفاوتهایی در میزان گاز تولیدی، زمان ماند و نحوه راهبری می باشند.‏
جدول ترکیبات بیوگاز
نام گاز​
فرمول​
درصد ترکیب​
متان​
CH4​
55 تا 65%​
گازکربنیک​
CO2​
35 تا 45%​
نیتروژن (ازت)​
N2​
0 تا 3%​
هیدروژن​
H2​
0 تا 1%​
اکسیژن​
O2​
0 تا 1%​
هیدروژن سولفوره​
H2S​
0 تا 1%​

دمای احتراق بیوگاز حدود 700 درجه سانتیگراد (دمای احتراق گازوئیل 350 درجه سانتیگراد و نفت و پروپان ‏‏500 درجه سانتیگراد ) و دمای شعله حاصل از آن 870 درجه سانتیگراد است . بیوگاز مانند سایر سوخت های ‏گاز قابل احتراق بوده و با نسبت 1- 20 با هوا مخلوط شده و سرعت اشتغال آن بالا می باشد . ارزش حرارتی آن ‏در حدود 6 کیلووات ساعت بر مترمکعب است (یعنی برابر ارزش حرارتی نیم لیتر سوخت گازوئیل) که در جداول ‏بعدی خواص بیوگاز نسبت به گازهای سوختی و سایر سوختها مقایسه شده است . فشار لازم و مطلوب برای ‏پخت و پز با بیوگاز بین 5 تا 20 سانتیمتر ستون آب می باشد . ارزش حرارتی متان خالص در حدود 9000 کیلو ‏کالری بر متر مکعب می باشد.‏

چگونگی تولید بیوگاز
‏ دستگاههای بیوگاز در شکل کلی از دو حوضچه ورودی و خروجی و یک مخزن تخمیر(هاضم) و یک مخزن گاز ‏تشکیل شده اند که شرایطی از قبیل آب و هوا ، فرهنگ ، اقتصاد و تکنولوژی باعث وجود اشکال مختلف و ‏مدلهای گوناگون گردیده است . در تمام این دستگاهها آب و مواد اولیه در حوضچه ورودی مخلوط شده و از آنجا ‏به مخزن تخمیر هدایت شده که پس از تخمیر و تولید گاز با اضافه کردن مواد اولیه به سوی مجرای خروجی و ‏حوضچه خروجی هدایت می گردند . ‏

اگر دستگاه بیوگاز با دقت کافی و در محل استقرارش درست به کار گرفته شود و بتواند نیازهای انرژی و کود غنی ‏برای کشاورزی تولید کند صاحب آن از داشتن چنین دستگاهی خوشحال می شود ولی از نظر نوع و چگونگی ‏کارکرد ، دستگاههای متفاوتی در جهان ساخته شده و مورد بهره برداری قرار گرفته که توضیح در رابطه تمام موارد ‏از حوصله این بحث خارج است ولی سه نوع کلی آن که بیشترین طرفدار و بیشترین مصرف کننده را به خود ‏اختصاص داده ، مورد بحث قرار می دهیم و بدیهی است روش کار و فعالیت بقیه دستگاهها نیز مشابه اینها می ‏باشد . ‏
‏1.‏ دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور که به مدل هندی معروف است ‏
‏2.‏ دستگاه بیوگاز با مخزن مشترک و ثابت که به مدل چینی شهرت یافته است ‏
‏3.‏ دستگاه بیوگاز با نسبت طول به عرض زیاد که به مدل تایوانی شهرت یافته اند.‏
‏4.‏ کمپوست بی هوازی ‏
مواد اولیه بیوگاز پس مانده های الی زباله، مواد زائد حیوانی، مواد زائد گیاهی، فضولات انسانی و لجن ‏فاضلاب می باشد. ‏



واکنشهای شیمیایی و بیولوژیکی بیوگاز ‏

مرحله اول:‏
در طی این مرحله مواد آلی پیچیده با وزن ملکولی زیاد مانند پروتئین، سلولز و کربوهیدراتها به ملکولهای ساده ‏تری همچون اسیدهای آمینه، منوساکارید و اسیدهای چرب تبدیا می شوند.‏
مرحله دوم:‏در طی این مرحله ترکیبات مونومری با وزن ملکولی کم به ترکیبات واسطه مانند پروپیانات، بوتیرات، فورمات ‏و متانول تبدیل می شوند.‏
مرحله سوم:‏باکتریهای استوژنیک تمام ترکیبات فوق را به اسید استیک، هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل می کنند.‏
مرحله چهارم:‏تمام ترکیبات مرحله قبل به متان تبدیل می شوند.‏
کلیه مراحل فوق توسط باکتریهای بی هوازی اختیاری به انجام می رسد به غیر از مرحله چهارم که توسط ‏باکتریهای بی هوازی مطلق انجام می گیرد.‏
نسبت کربن به ازت در مواد ورودی به راکتور مهم می باشد که این نسبت بایستی در حدود 30 – 40 به یک ‏در نظر گرفته شود.‏
به خاطر حساسیت بالای باکتری های متان ساز ساز به ‏PH‏ بایستی ‏PH‏ را در حدود 5/7 الی 7/7 نگهداشت ‏که برای این عمل می توان میزان قلیائیت را در حدود 1500 تا 7500 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم حفظ ‏کرد تا ظرفیت تامپونی خوبی در راکتور ایجاد گردد. در صورتی که ‏PH‏ به کمتر از 5/5 برسد باکتریهای متان ‏ساز غیر فعال می گردند.‏
میزان گاز تولیدی در حدود 5/0 الی 75/0 متر مکعب به ازای هر کیلوگرم جامدات فعال هضم شده می باشد. ‏بطور معمول میزان بار گزاری راکتور بیوگاز در حدود 6/0 الی 6 کیلوگرم به ازای هر متر مکعب از فضای ‏راکتور می باشد.

استفاده از دستگاهای بیو گاز در تثبیت زباله های شهری
هاضم های بی هوازی که در تثبیت زباله های شهری مورد استفاده قرار می گیرند به دو دسته زیر تقسیم می ‏شوند:‏
1.‏ هاضم های بی هوازی با غلظت جامدات پایین ‏‎(low solid anerobic digestion)‎
‏2.‏ هاضم های بی هوازی با غلظت جامدات بالا ‏‎(high solid anerobic digestion) ‎
Low solid

در این نوع هاضم غلظت جامدات مواد زائد جامد مورد استفاده 10 الی 4 درصد می باشد.که برای ‏رسیدن به این قسمت از لجن فاضلاب استفاده می شود. میزان تولید بیوگاز در این سیستم 5/1 الی 5/2 ‏متر مکعب به ازای هر متر مکعب حجم راکتور می باشد که 50 الی 70% بیوگاز را متان تشکیل می دهد. ‏بطور معمول به ازای هر کیلوگرم مواد زائد جامد فرار تجزیه شده 25/0 الی 45/0 متر مکعب گاز تولید ‏می شود و زمان ماند در این راکتور 20 روز در نظر گرفته می شود که بسته به درجه حرارت محیط، ‏میزان بار ورودی و میزان بار آلی قابل تجزیه تغییر می کند.‏

High solid
در این فرایند غلظت جامدات موجود در داخل راکتور 25 الی 35 درصد می باشد که نمونه ای از این ‏سیستم تحت عنوان فرایند ‏dranco‏ در بلژیک که مخفف ‏anerobic compost‏ است در حال بهره ‏برداری می باشددر این سیستم تولید بیوگاز 5 الی 8 متر مکعب به ازای هر متر مکعب حجم راکتور می ‏باشد. که 55% آن متان می باشد. زمان ماندش 6 الی 20 روز است. تولید 140 الی 200 متر مکعب ‏بیوگاز به ازای هر تن مواد زائد خام می کند.‏

محاسبه حجم گاز تولیدی در راکتور
برای محاسبه حجم گاز تولیدی در راکتور می بایستی ابتدا فرمول شیمیایی مواد زائد و یا فاضلاب ورودی به ‏راکتور را بدست آورد. مواد زائد جامد دارای فرمول عمومی زیر می باشند.‏
Ca Hb Oc Nd
Organic matter CH4 + CO2 + N2 + NH3‎

می توان در فرمول فوق به جای مواد آلی مصرفی فرمول کلی ورودی را قرار داد و با استفاده از فرمول زیر ‏معادله را موازنه نمود.‏
Ca Hb Oc Nd + (4A-B-2C+3D/4) H2O ( 4A+B-2C-3D/8) CH4+ (4A-‎B+2C+3D/8) CO2 + DNH3‎

در محاسبه ‏‎ ‎میزان متان تولیدی باید توجه داشت که 60% گاز تولیدی متان و 40% آن ‏CO2‎‏ می باشد. در ‏ضمن چون بخشی از مواد آلی موجود در مواد زائد جامد ورودی به راکتور بیوگاز صرف سنتز بافت سلولی ‏جدید می گردد. به همین دلیل تنها 85% از گاز تئوری محاسبه شده در عمل تولید می گردد.‏

در اینجا به معرفی سه نوع از مشهورترین و پرکاربرد ترین سیستمهای بیوگاز می پردازیم.‏
دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور (مدل هندی) ‏

این دستگاه که در هند طرفدار زیادی داشته و هزاران دستگاه از این نوع در هندوستان در حال تولید ‏بیوگاز می باشند . مواد اولیه از حوضچه ورودی پس از مخلوط با آب به داخل مخزن تخمیر که در داخل زمین ‏قرار دارد هدایت شده و پس از تولید گاز مواد تخمیر شده به طرف حوضچه خروجی که در راستای حوضچه ‏ورودی قرار گرفته حرکت کرده و گاز تولیدی در داخل محفظه فلزی گاز که به صورت معکوس روی دهانه مخزن ‏تخمیر قرار گرفته ، جمع آوری می شود . شمای کلی این دستگاه مانند شکل زیر می باشد .

حوضچه ورودی
همانطوری که در شکل بالا نشان داده است . این حوضچه در سطح فوقانی زمین و در مقابل حوضچه خروجی در ‏طرف دیگر مخزن تخمیر ساخته شده و از طریق مجرای ورودی مواد اولیه را که با آب مخلوط شده به قسمت ‏تحتانی مخزن تخمیر انتقال می دهد و عمل اصلی این حوضچه مخلوط آب و مواد اولیه است که این عمل با دست ‏انجام می گیرد . اندازه متعادل حوضچه با حالت استوانه ای شکل دارای شعاع ‏cm‏40 و حداکثر ارتفاع ‏cm‏40 ‏است که در ارتفاعی بالاتر از سطح زمین قرار می گیرد . ‏
جدول مقایسه خواص گازهای با بیوگاز
نوع گاز​
هوای مورد نیاز m3​
سرعت فشار در هوا cm/s​
وزن مخصوص نسبت به هوا​
ارزش حرارتی​
ترکیبات​
درصد​
عناصر​
متان​
5/9​
43​
55%​
94/9​
100​
CH4​
پروپان​
8/23​
57​
56/1​
94/25​
100​
C4Hg​
بوتان​
9/3​
45​
07/2​
02/34​
100​
CH4H10​
گاز طبیعی​
7​
60​
38%​
52/7​
35 و 65​
CH4H2​
گاز شهری​
7/3​
82​
41%​
07/4​
24 و 26 و 50​
CH4O2N2​
بیوگاز​
7/5​
40​
94%​
96/5​
40 و 6​
CH4CO2​

جدول مقایسه بیوگاز با سایر مواد سوختی دستگاه بیوگاز‏
ماده حرارتی​
واحد e​
ارزش حرارتی​
بازده​
ارزش حرارتی خالصkwh/e​
یک متر مکعب بیوگاز e/m3​
کودگاوی​
kg​
5/2​
12%​
3/0​
11/11​
چوب​
kg​
5​
12%​
6/0​
56/5​
زغال​
kg​
8​
25%​
2​
64/1​
زغالسنگ​
kg​
9​
25%​
25/2​
45/1​
بوتان​
kg​
6/13​
60%​
16/8​
4/0​
پروپان​
kg​
9/13​
60%​
34/8​
39/0​
گازوئیل​
kg
L لیتر​
12
12​
آشپزی 50%
موتور 30%​
6
4​
55/0
36/0​
برق​
kwh​
1​
روشنایی 9%
موتور 80%​
9%
80/0​
2
79/1​
بیوگاز​
m3​
96/5​
55%​
28/3​
1​

حوضچه خروجی ‏

این حوضچه در طرف مقابل حوضچه ورودی به نحوی ساخته می شود تا سطح فوقانی آن هم سطح زمین باشد تا ‏هنگام ورود مواد اولیه از حوضچه ورودی بنا به قوانین فشار مایعات و ظروف مرتبطه مواد تخمیر شده از کف ‏مخزن تخمیر به طرف مجرای خروجی و حوضچه خروجی هدایت گردد . مجرای خروجی ‏cm‏20 از سطح زمین ‏قرار می گیرد و مجرای ورودی در 50 سانتیمتری عمق زمین تا مواد تخمیر شده پس از ورود مواد اولیه از طریق ‏مجرای خروجی خارج گردد .

تانک تخمیر
‏ تانک تخمیر که به مخزن یا محفظــه تخمیر یا ‏digester‏ یا هــاضم معروف است . اساسی ترین قسمت یک ‏دستگاه بیوگاز است . در این محفظه پس از ورود مواد اولیه و تثبیت درجه حرارت و رطوبت (عدم نفوذ آب) و ‏عدم نفوذ هوا ، تخمیر یا تجزیه غیرهوازی توسط باکتریهای متان زا صورت می گیرد و بدین ترتیب گاز در این ‏مخزن تولید می شود . ساختمان این مخزن با توجه به شرایط آب و هوایی و امکانات فنی و اقتصادی متفاوت است ‏
مثلاً در مناطق سردسیر در عمــق زمین قــرار می گیرد و دیـواره های آن عایق بندی می شود و یا در مناطقی که ‏باران زا و احتمال نفوذ آب به داخل آن می باشد بدنه آن را برای جلوگیری از نفوذ آب ، آب بندی و قیراندود می ‏کنند تا هم مانع نفوذ آب گردد و هم درجه حرارت آن ثابت بماند . مجراهای ورودی و خروجی در داخل مخزن ‏باید به طریقی طراحی و اجرا شود تا با ورود مواد جدید ، مواد تخمیر شده از کف مخزن به بالای آن منتقل شده و ‏به داخل حوضچه خروجی هدایت گردد . در بعضی مواقع در داخل مخزن یک همزن نیز تعبیه می کنند که این امر ‏نقش مهمی در تولید گاز دارد . ‏

محفظه گاز

این محفظه که محل تجمع گازهای ایجاد شده ، در اثر تخمیر مواد می باشد ، اصولاً از یک استوانه ته بسته با ورقه ‏های فولادی به ضخامت 1 تا 3 میلیمتر ساخته می شود . سقف آن را به صورت مخروطی می سازند تا هم مقدار ‏بیشتری گاز در آن ذخیره شود و هم آب باران روی آن جمع آوری نگردد و پوسیدگی ایجاد نکند . در مرکز رأس ‏آن یک لوله فلزی را از داخل آن جوشکاری می کنند تا پایین رفتن و بالا رفتن آن در هنگام مصرف گاز یا تولید ‏گاز کنترل شود . به طــوری که هرگاه گاز بیشتری تولید شد . محفظــه به طرف بالا حرکت می کند و در روی ‏سرپوش مخزن نیز شیری جهت تخلیه گاز نصب می گردد تا به وسیله باز و بسته کردن آن گاز به طرف محل ‏مصرف هدایت گردد . مخزن گاز باید زنگ زدایی شده و پوشش رنگ از بروز زنگ زدگی در آن جلوگیری شود و ‏همواره سطوح داخلی و خارجی آن از نظر زنگ زدگی کنترل شود . ‏
قسمت های اصلی بیوگاز با مخزن شناور را مواردی که در بالا ذکر شد ، تشکیل می دهد که باید در ساخت آن ‏کلیه نکات ایمنی را از لحاظ ساخت دستگاه ، عدم نفوذ آب و هوا ، عدم نشت گاز ، به کار بردن مصالح خوب و ‏‏… رعایت کرد تا دستگاهی مطمئن داشته باشیم . امروزه با رشد تکنولوژی ، تولید این دستگاهها نیز دچار تغییرات ‏اساسی گردیده و در بعضی جاها مخزن گاز را به وسیله حائل هایی کنترل کرده و یا اطراف آن را با توری می ‏پوشانند تا جانوران و حیوانات در داخل آن نیفتند ولی اساس کار آن و قسمتهای اصلی و مورد نیاز مواردی است ‏که در بالا ذکر شده است و قطعات دیگر برای ایمنی و بهره برداری بیشتر به آن اضافه شده است .

دستگاه بیوگاز با سرپوش گاز و مخزن تخمیری به صورت واحد و با حجم ثابت (مدل چینی)
با توجه به اینکه چینی ها مبتکر اولیه این دستگاه می باشند به مدل چینی مشهور شده و به صورت مخزن گنبدی ‏شکل و در عمق زمین ساخته می شود . مخزن گاز و تخمیر مشترک می باشد و به علت جای گیری دستگاه در ‏عمق زمین از نظر صرفه جویی در مکان و فضای مورد نیاز و تثبیت حرارت و مقاومت دستگاه در مناطق سردسیری ‏باعث شده که به اهمیت و کارآیی آن افزوده شود . طرح اصلی دستگاه مانند شکل زیر می باشد . ‏
بدین ترتیب که محفظه گاز و خمیر در ارتباط با یکدیگر و در یک مخزن مشخص ساخته شده و محفظه گاز با ‏پوششی آجری یا بتنی به صورت گنبدی شکل ساخته می شود که روی محفظه گاز یک دریچه تعبیه می شود و ‏اساس کار آن مانند دستگاه قبلی است ولی در این حالت گاز تولیدی به طرف گنبد صعود کرده و فشار گاز تولیدی ‏هم گاز را به محل هدایت مصرف می کند و هم مواد تخمیر شده را به داخل محفظه خروجی می راند که خروج ‏این مواد به طرف حوضچه خروجی فشار گاز داخل گنبد را تنظیم کرده و در اثر ازدیاد فشار ، مواد بیشتری خارج ‏می شود و چنانچه در حین مصرف فشار داخلی کم شود ، مواد از دریچه خروجی به داخل مخزن تخمیر برمی ‏گردند تا فشار نقصانی را جبران کند . همانطوری که قبلاً بیان شد در بالای مخزن گاز ، دهانه ای تعبیه می شود که ‏برای آن دهانه که قطر آن حدود ‏cm‏50 می باشد باید یک دریچه بتنی ساخته شود و در این دریچه باید محلی ‏برای عبور لوله گاز در نظر گرفته شود (باید قطر دهانه به حدی باشد تا انسان بتواند به راحتی از آن عبور کند ) ‏پس از ساخت دستگاه باید دریچه آب بندی گردد تا نشت گاز از اطراف آن صورت نگیرد . ضمناً به هنگام فعالیت ‏دستگاه باید دریچه به وسیله وزنه هایی کنترل گردد تا فشار گاز داخل مخزن باعث تکان دادن دریچه نگردد . تنها ‏تفاوت این دستگاه با مدل هندی ثابت بودن حجم مخزن گاز است و از کاربرد آهن و فنر در آن اثری دیده نمی ‏شود . اگرچه طراحی این مدل به محاسبات مهندسی نیاز دارد ولی ساخت آن خیلی راحت بوده و این راحتی ‏ساخت روستاییان را به استفاده از این دستگاه راغب می کند . دستگاههای بیوگاز (مدل هندی و چینی ) از جنبه ‏های مختلف در جدول زیر مورد مقایسه قرار گرفته اند .

دستگاه بیوگاز در مدل تایوانی
این دستگاه می تواند ار جنسهای مختلفی همچون فلزات، ‏PVC‏ و فایبرگلاس ساخته شود. نسبت طول به عرض ‏در این سیستم زیاد می باشد. نوع جریان در آن ‏Plug Flow‏ می باشد و زمان ماند میکروبی و هیدرولیکی آن به ‏دلیل نداشتن لجن برگشتی با یکدیگر برابر می باشد و حدود 60 روز است.‏

جدول مقایسه ساخت و تکنولوژی دستگاههای بیوگاز (مدل هندی وچینی)‏
مورد​
مدل چینی​
مدل هندی​
اولویت​
کود ـ گاز​
گاز ـ کود​
ساختمان​
ساختمان یکپارچه بوده و ایجاد آن در همه جا امکانپذیر استمصالح و روش ساختمان ساده می باشد
مواد ورودی​
عمــوماً از مخلوط کردن فضولات گیاهی و حیوانی و انسانی بهره برداری می شودعموماً از کود گاوی استفاده می شود
مواد خروجی​
در بسیاری از موارد به وسیله پمپ یا سطــل خــارج می شوندمواد به صورت اتوماتیک خارج می شوند
جمع آوری گاز​
نیاز به سرپوش جداگانه ندارد و مقدار گاز از طریق فشار گاز و خروج مــواد از حوضچه خــروجی تعیین می شوددر سرپوشهای شناور ارتفاع مخزن گاز نشان دهنده میزان گاز است
فشار گاز​
میزان فشار زیاد است (ماکزیمم آن حدود 1000 میلیمتر ستون آب)فشار زیاد نیست (150-70 میلیمتر ستون آب)
هزینه​
نیاز به هزینه کم استبه علت نیاز به اجرای فلزی هزینه زیادی لازم دارد
ظاهر​
قسمت اعظم دستگاه در عمق خاک است و محل دستگاه تمیز استقسمت زیادی از دستگاه نمایان بوده و اطراف دستگاه غیربهداشتی است
 
آخرین ویرایش:

Similar threads

بالا