UN biodigestore È un serbatoio chiuso dove vengono generati gas metano e fertilizzante organico dalla fermentazione anaerobica della materia organica. La base biologica è la decomposizione della materia organica per azione dei batteri attraverso idrolisi, acidificazione, acetanogenesi e metanogenesi..
Il biodigestore fornisce le condizioni controllate necessarie per il processo di biodigestione. Dopo questo processo, si ottengono biogas (metano, anidride carbonica, azoto e idrogeno solforato), biosol (fertilizzante solido) e biol (fertilizzante liquido) come prodotti finali..
L'operazione di base parte dall'aggiunta di rifiuti organici e acqua a un contenitore ermetico, in cui si genera il processo di fermentazione anaerobica. Il biogas viene quindi estratto per lo stoccaggio, l'uso diretto o come fertilizzante.
I tre tipi fondamentali di biodigestori in base al loro sistema di carico sono discontinui, semicontinui e continui. I biodigestori discontinui vengono caricati con rifiuti organici solo una volta in ogni processo produttivo, quindi il fertilizzante viene estratto per avviare un altro ciclo.
Quelli a carico semicontinuo, vengono caricati in periodi regolari estraendo la quantità di fertilizzante equivalente al volume caricato. I sistemi continui sono impianti industriali con un carico permanente di materia organica, nonché l'estrazione di biogas e fertilizzanti.
Tra i vantaggi dei biodigestori vi sono la corretta gestione dei rifiuti organici, il riciclaggio e la riduzione dei rischi ambientali. Inoltre, vengono prodotti energia (biogas) e fertilizzanti organici, che generano valore economico e ambientale..
Vi sono però anche alcuni svantaggi come il consumo di acqua, la difficoltà di mantenere i livelli di temperatura ideali e la presenza di sostanze nocive (idrogeno solforato, silosseni). Evidenzia inoltre l'accumulo di materia prima in prossimità dell'area e rischi di esplosioni.
Puoi costruire un biodigestore fatto in casa relativamente economico e trattare i rifiuti organici della cucina. Ciò richiede solo un barile con un coperchio ermetico e alcuni materiali idraulici (tubi in PVC, rubinetti, tra gli altri)..
Su scala più ampia, nelle case nelle zone rurali il sistema più economico e relativamente facile da costruire è la salsiccia. Questo sistema consiste essenzialmente in un sacchetto di polietilene sigillato con i relativi collegamenti..
Indice articolo
I biodigestori sono alternative tecnologiche molto utili dal punto di vista della gestione sostenibile dei rifiuti organici e della produzione di energia rinnovabile. Ad esempio, forniscono un'alternativa per il riciclaggio di rifiuti organici solidi e liquidi, che vengono trasformati in materia prima per il biodigestore..
Riciclare i rifiuti organici in questo modo riduce il loro impatto inquinante e genera un risparmio nella sua gestione. I biodigestori sono utilizzati per il trattamento delle acque reflue, il trattamento dei rifiuti organici solidi urbani e i rifiuti agricoli e zootecnici.
Il processo di digestione anaerobica genera biogas e fertilizzanti organici come prodotti.
Il biogas contiene circa il 60% di gas metano, che è un combustibile altamente calorico e può essere utilizzato per la produzione di energia. Può essere utilizzato per cucinare, generare elettricità (turbine a gas), spostare motori o riscaldare.
I biofertilizzanti derivanti da biodigestori si ottengono allo stato (biosol) e liquido (biol) con alti livelli di macro e micronutrienti. I macronutrienti di base (fosforo, azoto e potassio) possono essere ottenuti in isolamento dal biolo mediante processi di ultrafiltrazione e osmosi inversa..
Biol contiene quantità significative di ormoni della crescita utili per lo sviluppo delle piante come acido indolo-acetico, gibberelline e citochinine, tra gli altri..
Il biodigestore agisce generando un processo di biogassificazione tramite digestione anaerobica, dalla decomposizione della materia organica idratata e in assenza di aria. Ciò avviene attraverso un processo di fermentazione i cui prodotti principali sono il gas metano (CH4) e l'anidride carbonica (CO2)..
Si effettua attraverso la vasca di carico, costituita da una vasca in cui viene preparata la materia organica per essere aggiunta dal tubo di carico al biodigestore.
Il biodigestore deve essere periodicamente alimentato con materia organica e acqua a sufficienza per la sua capacità di carico. In questo senso, il 25% del volume del biodigestore deve essere lasciato libero per l'accumulo del gas prodotto..
A sua volta, il tipo e la qualità della materia organica influenzeranno anche la produttività e l'uso o meno di rifiuti solidi e liquidi come fertilizzanti. Alcuni rifiuti organici possono causare problemi nel processo di fermentazione, come i residui di agrumi che possono acidificare troppo il mezzo.
Il materiale deve essere frantumato o ridotto alla dimensione più piccola possibile e, per facilitare la fermentazione, la miscela deve contenere il 75% di acqua e il 25% di materia organica. Deve essere periodicamente agitato per garantire l'omogeneità del processo di fermentazione nella miscela..
Il tempo di ritenzione della materia organica nel biodigestore per raggiungere la sua piena fermentazione dipenderà dal tipo di questo e dalla temperatura. Maggiore è la temperatura ambiente, più veloce sarà la fermentazione (ad esempio a 30 ºC possono essere necessari circa 20 giorni per ricaricare il biodigestore).
Agiscono batteri che richiedono condizioni ambientali adeguate come l'assenza di aria, temperature superiori a 20 ° C (idealmente 30-35 ° C) e un mezzo poco acido. In queste condizioni si sviluppano tre fasi:
In questo processo agiscono i batteri idrolitici che secernono enzimi extracellulari. Pertanto, le complesse catene di carboidrati, proteine e lipidi vengono scomposte in pezzi solubili più piccoli (zuccheri, amminoacidi e grassi).
I composti solubili della fase precedente vengono fermentati in acidi grassi volatili, alcoli, idrogeno e CO2.
Entrano in gioco batteri acetogeni che ossidano gli acidi organici come fonte di carbonio. Generano acido acetico (CH3COOH), idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2) e gli odori sgradevoli sono prodotti dalla presenza di idrogeno solforato..
Nell'ultima fase agiscono i batteri metanogeni che decompongono i prodotti dell'acetanogenesi, generando metano. In natura questi batteri agiscono nelle paludi, negli ambienti acquatici e nello stomaco dei ruminanti.
Alla fine di questa fase la miscela contiene metano (dal 45 al 55%), anidride carbonica (dal 40 al 50%), azoto (dal 2 al 3%) e idrogeno solforato (dall'1,5 al 2%).
La velocità di produzione di biogas e fertilizzanti dipende dal tipo di biodigestore, dalla materia organica che lo alimenta e dalla temperatura. Il biogas si accumula nella parte superiore del biodigestore e viene estratto tramite tubazioni fino ai serbatoi di stoccaggio.
Terminata la fermentazione, il fango (una miscela di solidi e liquidi) viene estratto tramite tubazioni. Lo scarico è prodotto dal principio dei vasi comunicanti, cioè quando si carica nuovo materiale, la pressione fa uscire il surplus dal lato opposto.
Il rapporto tra la quantità di materiale introdotto (rifiuti organici e acqua) e il prodotto in uscita (biosol e biol) è quasi 1: 0,9. Ciò equivale a una resa del 90%, dove la proporzione più alta corrisponde al biol (liquido).
Il gas prodotto deve essere purificato per eliminare o ridurre il contenuto di idrogeno solforato e acqua utilizzando trappole per intrappolare entrambi i composti. Ciò è necessario per ridurre il rischio di danni alle apparecchiature a causa del potere corrosivo di questi componenti..
L'acqua trasportata dal biogas precipita quando il tubo viene aperto in uno spazio più ampio e il gas continua attraverso un'altra costrizione. Questo tubo termina in un grande contenitore ermetico per contenere l'acqua che viene successivamente estratta da un rubinetto nella parte inferiore..
Il processo per estrarre l'idrogeno solforato dal biogas è simile a quello del sifone, ma il sifone inserito nel percorso del tubo deve contenere trucioli di ferro o spugne. Quando il biogas passa attraverso il letto di ferro, l'idrogeno solforato reagisce con esso e precipita.
La miscela di biosol e biol viene sottoposta ad un processo di decantazione al fine di separare entrambi i componenti. Il biosol può essere utilizzato da solo o seguire un processo di miscelazione con il compostaggio per il suo successivo utilizzo come fertilizzante solido.
Biol viene utilizzato come fertilizzante fogliare liquido o aggiunto all'acqua di irrigazione, rendendolo molto utile nei sistemi idroponici..
I biodigestori sono classificati in base alla loro periodicità di carico e alla forma strutturale. A causa della sua frequenza di caricamento abbiamo:
Il sistema discontinuo o lotto Consiste in un serbatoio ermetico che è completamente carico e non viene ricaricato fino a quando non ha smesso di produrre biogas. Il gas si accumula in un collettore galleggiante fissato alla parte superiore del serbatoio (gasometro).
Questo tipo di biodigestore viene utilizzato quando la disponibilità di rifiuti organici è intermittente.
A differenza del sistema discontinuo, il carico e lo scarico vengono effettuati in determinati momenti durante il processo di produzione del biogas. Secondo il suo sistema di costruzione ci sono tre tipi fondamentali:
È anche chiamato taiwanese e consiste in un pozzo piatto rivestito di cemento in cui è installato un sacchetto o un cilindro di polietilene. In questo sacco devono essere installati i collegamenti per l'entrata dei rifiuti organici e l'uscita del biogas..
La bombola viene riempita con acqua e aria e successivamente viene aggiunto il carico di rifiuti organici.
È il cosiddetto biodigestore cinese ed è costituito da una vasca interrata costruita in mattoni o cemento. Il serbatoio è un cilindro verticale con estremità arrotondate o convesse e dispone di un sistema di carico e scarico.
Il biogas si accumula in uno spazio predisposto a tale scopo sotto la cupola superiore. Il biodigestore lavora con una pressione variabile del biogas in base alla sua produzione.
Chiamato biodigestore indù, è costituito da un serbatoio cilindrico sotterraneo con un sistema di carico e scarico. È costruito in mattoni o cemento e nella sua parte superiore è presente un serbatoio galleggiante (gasometro) in cui si accumula il biogas.
Il gasometro in fibra di vetro rivestito in acciaio inossidabile o plastica galleggia sopra la miscela grazie al biogas accumulato. Ha il vantaggio di mantenere una pressione del gas costante.
Successivamente, il gasometro sale e scende a seconda del livello della miscela e della quantità di biogas. Pertanto, sono necessarie guide laterali o un'asta di guida centrale per evitare l'attrito con le pareti..
In questo caso, il carico e lo scarico del biodigestore è un processo continuo, che richiede la disponibilità permanente di rifiuti organici. Sono grandi impianti industriali generalmente utilizzati per il trattamento delle acque reflue comunitarie..
Per questo vengono utilizzati sistemi di serbatoi di raccolta, pompe per il trasferimento ai biodigestori e l'estrazione dei fertilizzanti. Il biogas è sottoposto ad un sistema di filtraggio e distribuito per compressione per garantirne la distribuzione alle utenze..
L'installazione di un biodigestore consente il riciclaggio dei rifiuti organici, riducendo così l'inquinamento ambientale e ottenendo prodotti utili. Nel caso delle zone rurali, è particolarmente importante per la gestione degli escrementi animali nei sistemi zootecnici..
Il biogas rappresenta una fonte energetica efficiente ed economica, principalmente nelle aree in cui la disponibilità di altre fonti energetiche non è accessibile. Nelle aree rurali dei paesi economicamente depressi, la cucina è fatta con legna da ardere, che ha un impatto sull'ambiente.
La disponibilità di biogas può aiutare a ridurre la domanda di legna da ardere e quindi avere un impatto positivo sulla conservazione della biodiversità.
Mediante i biodigestori si ottengono fertilizzanti organici solidi (biosol) e liquidi (biol). Questi fertilizzanti hanno un minore impatto ambientale e riducono i costi di produzione agricola.
Consentendo una corretta gestione dei rifiuti organici, si riducono i rischi che comportano per la salute. È stato stabilito che l'85% dei patogeni non sopravvive al processo di biodigestione.
Ad esempio, i coliformi fecali a 35 ° C si riducono del 50-70% e i funghi del 95% in 24 ore. Pertanto, poiché si tratta di un processo chiuso, i cattivi odori vengono ridotti.
Il sistema è esigente in termini di disponibilità di acqua, poiché è necessaria una miscela. D'altra parte, il biodigestore deve essere vicino alla fonte della materia prima e al sito di consumo del biogas..
Il biodigestore deve mantenere una temperatura costante prossima ai 35 ° C ed entro un range compreso tra 20 e 60 ° C. Pertanto, potrebbe essere necessario un apporto di calore esterno.
Può produrre acido solfidrico (H2S), tossico e corrosivo, e silosseni derivati dal silicone contenuti nei prodotti cosmetici e nella miscela dei rifiuti organici. Questi silosseni generano SiO2 (biossido di silicio), che è abrasivo per macchinari e componenti..
La presenza e la concentrazione di questi sottoprodotti dipende dalla materia prima utilizzata, dalla proporzione di acqua e dal substrato solido, tra gli altri fattori..
È necessario accumulare i rifiuti vicino al biodigestore, il che porta con sé problemi logistici e sanitari che devono essere affrontati.
Trattandosi di un sistema di generazione di gas combustibile, implica un certo rischio di esplosioni se non vengono prese le opportune precauzioni..
Sebbene la manutenzione e il funzionamento del biodigestore siano relativamente economici, i costi iniziali di installazione e costruzione possono essere relativamente elevati.
Un biodigestore richiede come elementi base e un serbatoio per la fermentazione, il carico e lo scarico dei tubi con i rispettivi rubinetti. Inoltre, sono necessari serbatoi per biogas e fertilizzanti..
È importante notare che l'intero sistema deve essere a tenuta d'aria per evitare fughe di gas. Inoltre, il sistema deve essere costruito con materiali inossidabili come PVC o acciaio inossidabile per evitare danni causati da acqua e idrogeno solforato..
È possibile utilizzare un barile o un serbatoio di plastica, la cui capacità dipenderà dalla quantità di rifiuti organici da trattare. Questo serbatoio deve avere un coperchio ermetico o, in mancanza, il coperchio deve essere sigillato con colla plastica resistente alle alte temperature..
Il serbatoio deve avere quattro fori e tutte le installazioni in essi realizzate devono essere sigillate con silicone per alte temperature.
Questo foro si trova al centro del tappo del serbatoio, deve essere lungo almeno 4 pollici e deve essere installato un tappo sanitario filettato. Questo tappo sarà collegato a un tubo in PVC da 4 pollici che entrerà nel serbatoio verticalmente fino a 10 cm prima del fondo..
Questo ingresso servirà per caricare i rifiuti organici precedentemente triturati o sminuzzati.
È importante ricordare che il 25% dello spazio del serbatoio deve essere lasciato libero per l'accumulo di gas, quindi a quel livello deve essere aperto un foro laterale. In questo foro verrà installato un adattatore per serbatoio con un segmento di tubo in PVC da 2 pollici lungo 15 cm con un rubinetto..
La funzione di questo drenaggio è quella di consentire al biolo surnatante di fuoriuscire una volta che il serbatoio è stato ricaricato attraverso il coperchio di caricamento. Biol deve essere conservato in contenitori adatti per un uso successivo..
Questo secondo scarico deve andare sul fondo della vasca per estrarre la parte più densa del prodotto fermentato (biosol). Allo stesso modo, verrà utilizzato un segmento di tubo in PVC da 2 pollici di 15 cm di lunghezza con rubinetto..
Un foro da 1/2 pollice verrà tagliato nella parte superiore del serbatoio per installare un tubo in PVC di uguale diametro utilizzando un adattatore per serbatoio. Questo tubo avrà un rubinetto in uscita.
Il tubo di uscita del biogas deve essere lungo almeno 1,5 m, per poter inserire nel suo percorso i sistemi di estrazione dell'acqua e dell'idrogeno solforato. Questo tubo può quindi essere allungato, se necessario, per trasferire il gas nel luogo di stoccaggio o utilizzo..
Per rimuovere l'acqua dallo scarico, il tubo deve essere interrotto a 30 cm per inserire un contenitore di plastica o vetro con coperchio ermetico. Il tubo di trasferimento del gas deve avere un bypass attraverso un collegamento a T, in modo che il gas entri nel contenitore.
In questo modo il gas riempie il contenitore, l'acqua si condensa e il gas continua il suo percorso attraverso il tubo..
Dopo la trappola d'acqua, un segmento di tubo da 4 pollici viene inserito nei successivi 30 cm utilizzando le riduzioni corrispondenti. Questo segmento deve essere riempito con trucioli di ferro o spugne metalliche commerciali..
L'idrogeno solforato reagirà con il metallo e precipiterà, mentre il biogas continuerà il suo viaggio verso il contenitore di stoccaggio o il luogo di utilizzo..
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