Anaerobik parçalayıcı, oksijenin yokluğunda biyolojik olarak parçalanabilen maddeleri parçaladığı bir sağlanır. Bunun ürünleri biyogaz (karbon dioksit (CO2) ve metan karışımı) ve sindirim ürünüdür (nitrojen açısından zengin bir gübre). Biyogaz, ısı çıkışı için yakılabilir veya doğal gazla veya otomobil yakıtıyla aynı şekilde temizlenip kullanılabilir. Atık ürününün mineraller açısından zengindir ve yönetimi gübre veya toprakla birlikte kullanılabilir .
İçindekiler
başvuru
Islak anaerobik proses, girdi malzemesinin hacminin ve birikiminin azaltılması için atık su çamurlarının ve organik atıkların arıtılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Entegre atık yönetim sisteminin bir parçası olarak anaerobik çürüme, çöp gazının atmosfer emisyonunu azaltır.
Kuru anaerobik çürütme de yaygın olarak kullanılmaktadır. Mesela Axpo Kompogas AG sistemi var. Tamamen gelişmiş bir sistem olan bu sistem, 2009 yılında 27 milyon Kwh elektrik ve Biyogaz üretmiştir. Şirketlerin en eskisi, son 15 yılda evsel atıklardan elde edilen biyogazla 1.000.000 kilometrelik kamyon sürüşü gerçekleştirdi. [1]
Anaerobik parçalanmanın bir enerji parçalanması nedeniyle süreç, fosil yakıtların yer almasına yardımcı olan, enerji üretimine uygun, metan ve karbonhidrat olasılığı bir zengin biyogaz üretir. Ayrıca sindirimden sonra kalan besin açısından zengin katılar gübre olarak kullanılabilir.
Süreçler
2 tür proses mevcuttur: ıslak anaerobik sindirimprosesi ve kuru anaerobik sindirim prosesi. Her iki işlem türü, asetik asit içeren yapılar (asetojenler) ve metan içeren özellikler (metanojenler) dahil olmak üzere, anaerobik, merkezi destekleyici, çok sayıda bakteri vardır. Bu hastalıklar, başlangıçta biyogaza dönüşmeden önce onu şekerler, hidrojen ve asetik asit gibi ara moleküllere dönüştüren bir dizi farklı işlemden geçen ilk hammaddeyle beslenir.
Farklı bakteri türleri farklı sıcaklık aralıklarında hayatta kalabilmektedir. 35-40°C arasındaki ilişkilerde optimal olarak yaşayanlara mezofil veya mezofilik bakteri denir. Bakterilerin bir kısmı 55-60°C gibi daha sıcak ve daha düşmanca hayatta kalabilir, bunlara termofiller veya termofilik bakteriler denir. Metanojenler arkelerin ilkel grubunun gelir. Bu aile, hidrotermal menfezlerin zorlu koşullarda büyüyebilen türleri içerir. Bu türler ısıya daha dayanıklı ve bu nedenle bakteri ailelerine özgü bir özellik olan termofilik parçalar çalıştırılırlar.
Aerobik sistemlerde olduğu gibi, anaerobik sistemlerdeki bakterilerin içlerinde büyüyen ve üreyen organizmaların hayatta kalabilmesi için bir elementel oksijen kaynağına ihtiyaç duyar.
Anaerobik bir sistemde gaz halindeki oksijen bulunmaz. Anaerobik bir çürütücüde, gaz halindeki oksijen sisteminin girişi, kapalı tanklardaki fiziksel muhafaza yoluyla önlenir. Anaerobik oksijen çevredeki hava kaynaklarına erişirler. Bu organizmalar için oksijen kaynağı organik materyal kendisi olabilir veya alternatif olarak girilen malzeme içindeki inorganik oksitler tarafından da bölünür.
Anaerobik bir sistemdeki oksijen kaynağı organik çıldırtıcı kendisinden türetildiğinde, 'ara' son ürünler öncelikle alkoller , aldehitler ve organik asitler artı karbonhidratlardır. Özel metanojenlerin varlığı, ara ürünler metan, karbonhidratlar ve eser miktardaki hidrojen sülfürün 'nihai' son ürünlerine dönüştürülür. Anaerobik bir sistem, başlangıç malzemesindeki teknolojik enerjinin bolluğu metanojenik özellikler tarafından metan olarak salınır.
Anaerobik bakteri üremelerinin tamamen etkili hale gelmeleri tipik olarak önemli bir zaman alır. Bu nedenle, anaerobik mikroorganizmaların mevcut yayılmalara sahip olması yaygın bir uygulamadır. Bu işleme çürütücülere 'tohumlama ' denir ve tipik olarak kanalizasyon çamuru veya sığır bulamacının eklenmesiyle meydana gelir.
aşamalar
Anaerobik sindirimin dört temel biyolojik ve kimyasal aşaması vardır:
Çoğu durumda biyokütle büyük organik polimerlerden oluşur. Anaerobik çürütücülerdeki bakterilerin malzemenin enerji potansiyeline ulaşabilmesi için öncelikle bu zincirlerin daha küçük parçalara ayrılması gerekir. Bu kurucu parçalar veya şekerler gibi monomerler diğer bakteriler tarafından kolaylıkla temin edilebilir. Bu zincirlerin kırılması ve daha küçük moleküllerin çözelti halinde çözünmesi işlemine hidroliz denir. Bu nedenle bu yüksek moleküler ağırlıklı polimerik bileşenlerin hidrolizi, anaerobik sindirimde gerekli ilk adımdır. Hidroliz yoluyla karmaşık organik moleküller basit şekerlere, amino asitlere ve yağ asitlerine parçalanır.
İlk aşamalarda üretilen asetat ve hidrojen, metanojenler tarafından doğrudan kullanılabilir. Asetattan daha uzun zincir uzunluğuna sahip uçucu yağ asitleri (VFA'lar) gibi diğer moleküllerin ilk önce metanojenler tarafından doğrudan kullanılabilecek bileşiklere katabolize edilmesi gerekir.
Asidojenezin biyolojik süreci, geri kalan bileşenlerin asidojenik (fermentatif) bakteriler tarafından daha fazla parçalanmasının olduğu yerdir. Burada VFA'lar amonyak, karbondioksit ve hidrojen sülfürün yanı sıra diğer yan ürünlerle birlikte yaratılıyor. Asidogenez süreci sütün ekşime sürecine benzer.
Anaerobik sindirimin üçüncü aşaması asetogenezdir. Asit oluşumu aşamasında oluşturulan basit moleküller, asetojenler tarafından daha da sindirilerek büyük oranda asetik asit, karbondioksit ve hidrojen üretilir.
Anaerobik sindirimin son aşaması metanojenezin biyolojik sürecidir. Burada metanojenler önceki aşamaların ara ürünlerini kullanır ve bunları metan, karbondioksit ve suya dönüştürür. Sistemden yayılan biyogazın çoğunluğunu bu bileşenler oluşturur. Metanojenez hem yüksek hem de düşük pH'lara duyarlıdır ve pH 6,5 ile pH 8 arasında meydana gelir. Geriye kalan, mikropların beslenemediği sindirilemeyen malzeme ve ölü bakteri kalıntıları sindirim ürününü oluşturur.
Yukarıda özetlenen genel işlemler için basitleştirilmiş genel bir kimyasal denklem aşağıdaki gibidir:
C 6 H 12 Ö 6 → 3CO 2 + 3CH 4
Anaerobik çürütücünün konfigürasyonu
Anaerobik çürütücüler, bir dizi farklı proses konfigürasyonu kullanılarak çalışacak şekilde tasarlanabilir ve üretilebilir:
- Toplu veya sürekli
- Sıcaklık: Mezofilik veya termofilik
- Katı madde içeriği: Yüksek katı madde veya düşük katı madde miktarı
- Karmaşıklık: Tek aşamalı veya çok aşamalı
Toplu veya sürekli
Toplu sistem sindirimin en basit şeklidir. Biyokütle, prosesin başlangıcında reaktöre partiler halinde eklenir ve proses süresince mühürlenir. Biyogaz üretimi zamanla normal bir dağılım düzenine sahip olacaktır. Operatör bu gerçeği, organik maddenin sindirim sürecinin ne zaman tamamlandığına inandığını belirlemek için kullanabilir.
Sıcaklık
Anaerobik çürütücüler için, çürütücülerdeki metanojen türlerine göre belirlenen iki geleneksel çalışma sıcaklığı seviyesi vardır:
- Optimum olarak 37°-41°C civarında veya mezofillerin mevcut birincil mikroorganizma olduğu 20°-45°C arasındaki ortam sıcaklıklarında meydana gelen mezofilik
- Termofilik, mevcut birincil mikroorganizmaların termofiller olduğu 70°C'ye kadar yüksek sıcaklıklarda optimum olarak 50°-52° civarında gerçekleşir.
Termofillerden daha fazla sayıda mezofil türü vardır. Bu bakteriler ayrıca çevresel koşullardaki değişikliklere termofillerden daha toleranslıdır. Bu nedenle mezofilik sistemlerin termofilik sindirim sistemlerinden daha kararlı olduğu düşünülmektedir. Termofilik sindirim sistemlerinin daha az stabil olduğu kabul edilir, ancak artan sıcaklıklar daha hızlı reaksiyon hızlarını ve dolayısıyla daha hızlı gaz verimini kolaylaştırır. Daha yüksek sıcaklıklarda çalıştırma, son sindirim ürününün daha fazla sterilizasyonunu kolaylaştırır.
Termofilik sıcaklıklarda çalışmanın bir dezavantajı, doğru çalışma sıcaklıklarına ulaşmak için daha fazla ısı enerjisi girişinin gerekli olmasıdır. Enerjideki bu artış, sistemlerden biyogaz çıkışındaki artışla karşılanamaz. Bu nedenle bu sistemler için enerji dengesinin dikkate alınması önemlidir.
Katılar
Tipik olarak çürütücülere giden besleme stoğunun katı içeriğiyle ilişkili iki farklı operasyonel parametre vardır:
- Yüksek katılar
- Düşük katılar
Sindiriciler, toplam askıda katı madde (TSS) konsantrasyonu %20'den yüksek veya düşük katı madde konsantrasyonu %15'ten düşük olacak şekilde yüksek katı içeriğinde çalışacak şekilde tasarlanabilir .
Yüksek katı maddeli çürütücüler, ham maddeyi taşımak ve işlemek için daha fazla enerji girişi gerektiren kalın bir bulamacı işler. Malzemenin kalınlığı aynı zamanda aşınmayla ilgili sorunlara da yol açabilir. Yüksek katı maddeli çürütücüler, nemle ilişkili daha düşük hacimler nedeniyle tipik olarak daha düşük arazi gereksinimine sahip olacaktır.
Düşük katı maddeli çürütücüler, önemli ölçüde daha düşük enerji girişi gerektiren standart pompaları kullanarak malzemeyi sistem içerisinde taşıyabilir. Düşük katı maddeli çürütücüler, çürütücülerin artan sıvı:hammadde oranıyla ilişkili hacim artışı nedeniyle yüksek katı maddeli çürütücülerden daha büyük miktarda arazi gerektirir. Malzemelerin daha kapsamlı bir şekilde dolaşımını ve bakteriler ile yiyecekleri arasında teması mümkün kıldığından, sıvı bir ortamda çalışmanın faydaları vardır. Bu, bakterilerin besledikleri maddelere daha kolay ulaşmasını sağlar ve gaz üretim hızını artırır.
Aşama sayısı
Sindirim sistemleri farklı karmaşıklık seviyelerinde yapılandırılabilir:
- Tek aşamalı veya tek aşamalı
- İki aşamalı veya çok aşamalı
Tek aşamalı sindirim sistemi, tüm biyolojik reaksiyonların tek bir kapalı reaktör veya tutma tankında meydana geldiği sistemdir. Tek aşamanın kullanılması inşaat maliyetlerini düşürür ancak sistem içinde meydana gelen reaksiyonların daha az kontrol edilmesini kolaylaştırır. Asidojenik bakteriler asit üretimi yoluyla tankın pH'ını düşürür. Metanojenik bakteriler kesin olarak tanımlanmış bir pH aralığında çalışır. Bu nedenle tek kademeli bir reaktörde farklı türlerin biyolojik reaksiyonları birbirleriyle doğrudan rekabet halinde olabilir. Bir başka tek aşamalı reaksiyon sistemi anaerobik bir lagündür. Bu lagünler gübrelerin arıtılması ve uzun süreli depolanması için kullanılan gölet benzeri toprak havuzlardır. Burada anaerobik reaksiyonlar havuzda bulunan doğal anaerobik çamurun içinde bulunur.
İki aşamalı veya çok aşamalı bir sindirim sisteminde, farklı sindirim kapları, çürütücülerde yaşayan bakteri toplulukları üzerinde maksimum kontrol sağlayacak şekilde optimize edilir. Asitojenik bakteriler organik asitler üretir ve metanojenik bakterilere göre daha hızlı büyür ve çoğalır. Metanojenik bakteriler performanslarını optimize etmek için sabit pH ve sıcaklığa ihtiyaç duyarlar.
Tipik olarak hidroliz, asetogenez ve asidogenez birinci reaksiyon kabında meydana gelir. Organik malzeme daha sonra metanojenik bir reaktöre pompalanmadan önce gerekli çalışma sıcaklığına (mezofilik veya termofilik) ısıtılır. Metanojenik reaktörden önceki ilk hidroliz veya asidojenez tankları, besleme stoğunun eklenme hızı için bir tampon sağlayabilir
Konut
Çürütücüde kalma süresi, yem malzemesinin miktarına ve türüne, çürütme sisteminin konfigürasyonuna ve tek aşamalı mı yoksa iki aşamalı mı olduğuna göre değişir.
Tek aşamalı termofilik sindirim durumunda kalış süreleri 14 gün civarında olabilir ve bu, mezofilik sindirime kıyasla nispeten hızlıdır. Bu sistemlerden bazılarının tapa akışlı yapısı, malzemenin bu zaman çizelgesinde tam olarak bozunmasının gerçekleşmeyebileceği anlamına gelecektir. Bu durumda sistemden çıkan çürütücünün rengi daha koyu olacak ve kokusu daha fazla olacaktır.
İki aşamalı mezofilik sindirimde kalış süresi 15 ila 40 gün arasında değişebilir.
Mezofilik UASB sindirimi durumunda hidrolik kalma süreleri (1 saat-1 gün) olabilir ve katı tutma süreleri 90 güne kadar çıkabilir . Bu şekilde UASB sistemi, çamur örtüsünün kullanılmasıyla katı ve hidrolik bekletme sürelerini ayırabilmektedir.
Sürekli çürütücüler, malzemedeki katı madde seviyesine bağlı olarak içeriği karıştırıp bakteri ve gıdanın temas etmesini sağlayan mekanik veya hidrolik cihazlara sahiptir. Ayrıca, sindirim tanklarında makul derecede sabit bir hacmi korumak için fazla malzemenin sürekli olarak çıkarılmasına da izin verirler.
Kuru anaerobik sindirim
Bu işlemde hiç gübre kullanılmaz ve bu nedenle gübrenin işlenmesine gerek olmayan belirli uygulamalar için daha uygundur. Bu işlem birkaç yolla yapılabilir. Örneğin Wiessmann-Bioferm "Kompoferm" süreci var. [2] [3] Ayrıca Axpo Kompogas AG sistemi, [4] OWS tarafından tasarlanan Dranco süreci, [5] ve Jan Klein Hesselink'in bir sistemi de bulunmaktadır . [6] [7]
Ürünler
Anaerobik çürütmenin üç ana ürünü vardır: biyogaz, çürütücü madde ve su.
Biyogaz
Biyogaz, girdi olarak biyolojik olarak parçalanabilen hammaddeyi besleyen bakterilerin nihai atık ürünüdür ve çoğunlukla metan ve karbon dioksit, az miktarda hidrojen ve eser miktarda hidrojen sülfürden oluşur. Biyogazın çoğu, bakteri popülasyonu büyüdükten sonra sindirimin ortasında üretilir ve çürütülebilir malzeme tükendikçe azalır. Gaz normalde çürütücünün üstünde şişirilebilir bir gaz kabarcığı içinde depolanır veya çıkarılıp tesisin yanında bir gaz tutucuda depolanır.
Biyogazdaki metan, genellikle pistonlu bir motor veya mikrotürbin ile, genellikle üretilen elektriğin ve atık ısının sindiricileri ısıtmak veya binaları ısıtmak için kullanıldığı bir kojenerasyon düzenlemesi ile hem ısı hem de elektrik üretmek için yakılabilir. Fazla elektrik tedarikçilere satılabilir veya yerel şebekeye verilebilir. Anaerobik çürütücüler tarafından üretilen elektrik, yenilenebilir enerji olarak kabul edilir ve sübvansiyon alabilir. Biyogaz, gazın doğrudan atmosfere salınmaması ve karbondioksitin kısa karbon döngüsüne sahip organik bir kaynaktan gelmesi nedeniyle atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonlarının artmasına katkıda bulunmaz.
Biyogazın yakıt olarak kullanılmak üzere rafine edilmesi için arıtma veya 'fırçalama' gerekebilir. Hidrojen sülfür, hammaddedeki sülfatlardan oluşan toksik bir üründür ve biyogazın eser bileşeni olarak açığa çıkar. Gazdaki hidrojen sülfür seviyeleri yüksekse, biyogazı bölgesel olarak kabul edilen seviyelere (ABD EPA veya İngiliz ve Galler Çevre Ajansı tarafından belirlenen) kadar işlemek için gaz temizleme ve temizleme ekipmanına (amin gazı işleme gibi) ihtiyaç duyulacaktır. . Buna alternatif bir yöntem, hidrojen sülfür üretimini engellemek amacıyla ferrik klorür FeCl3'ün parçalama tanklarına eklenmesidir .
Uçucu siloksanlar da biyogazı kirletebilir; bu tür bileşikler sıklıkla evsel atıklarda ve atık sularda bulunur. Bu malzemeleri hammadde bileşeni olarak kabul eden çürütme tesislerinde, düşük molekül ağırlıklı siloksanlar buharlaşarak biyogaza dönüşür. Bu gaz bir gaz motorunda, türbinde veya kazanda yakıldığında siloksanlar, makinenin içinde biriken silikon dioksite ( SiO2 ) dönüştürülür ; artan aşınma ve yıpranma aynı zamanda biyogazı da kirletebilir; bu tür bileşikler sıklıkla evsel atıklarda ve atık sularda bulunur.
Bu malzemeleri hammadde bileşeni olarak kabul eden çürütme tesislerinde, düşük molekül ağırlıklı siloksanlar buharlaşarak biyogaza dönüşür. Bu gaz bir gaz motorunda, türbinde veya kazanda yakıldığında siloksanlar, makinenin içinde biriken ve aşınma ve yıpranmayı artıran silikon dioksite (Si02) dönüştürülür.
Sindirim
Digestate, anaerobik sindirimden sonra kalan malzemedir, azot, fosfor ve potasyum içerdiğinden gübre olarak kullanılır. Sindirilemeyen materyal ve ölü organizmalardan oluşur ve genellikle sindirim gerçekleştikten sonra torbanın %90-95'ini doldurur. AD sırasında hiçbir besin maddesi kaybolmaz, dolayısıyla besin döngüsü kapanır ve materyaller yeniden kullanılabilir. Topraklarınız için çürütülmüş gübreyi kullanmanın birçok teşviki vardır ve toprak için daha besleyici ve sağlıklı kabul edilir. İçeriği nedeniyle istilacı tohumları etkisiz hale getirir, istilacı türler yerli türler için rekabet yaratır, bu gübre bu tehdidi büyük ölçüde azaltacaktır. Sisteme yönelik ön arıtmanın yanı sıra çürütücü içindeki mikrobiyaller nedeniyle patojenler büyük ölçüde azaltılır. Digestate, daha az emisyonun salınmasına ve fazla su ve yağın kullanılmasına olanak tanır. Anaerobik Sindirim ve Biyolojik Kaynaklar Derneği'ne göre "Çürütülmüş gübre ile değiştirilen 1 ton suni gübre, 1 ton petrol, 108 ton su ve 7 ton CO2 emisyonu tasarrufu sağlıyor".
su
AD'nin yan ürünü olan su oldukça azdır ve daha sonraki döngüler için yeniden kullanılabilir.
Anaerobik Çürütmenin Avantajları
Organik atıklar çöp depolama alanlarına bırakıldığında, aralarında Karbon Dioksit ve Metan'ın da bulunduğu muazzam miktarda sera gazı üretir . AD, organik atıklarla mücadelede ve bu sera gazı emisyonlarının daha etkili bir şekilde yakalanması ve işlenmesiyle ortadan kaldırılmasında önemli bir rol oynayabilir; bunları faydalı ürünlere dönüştürüyoruz. AD, aksi takdirde atmosferde kaybolacak olan enerjiyi geri kazanır ve değerli biyogübreler üretir. Biyogaz elektrik, ısı, biyoyakıt üretmek için kullanılabilir veya temizlenip gaz şebekesine enjekte edilebilir. Bir AD sistemi para tasarrufu sağlar ve onu üretenler için de küçük bir gelir yaratabilir. Gübreden gübreye dönüşüm, daha besleyici bir gübre oluşmasına yardımcı olur ve hastalıklara neden olabilecek bakterilerden kurtulur. AD'ler çoğu çiftliğe uyacak şekilde yapılabilir ve küçük ölçekte bile gaz kullanımını ve emisyonları önemli ölçüde azaltabilir.
İlgili Projeler
Ayrıca bakınız
- Bokashi anaerobik çürütme : Evsel bir anaerobik çürütme işlemi, yani mutfak artıkları için
- Tarımsal atıkların sıcak su üretimi için geri dönüştürülmesi
Referanslar
- ↑ Kamyon, Biyolojik olarak parçalanabilen atıklardan elde edilen gazı kullanarak dünyanın çevresini 25 kez dolaştı
- ↑ http://www.zerowasteenergy.com/content/dry-anaerobic-digestion
- ↑ www.graskracht.be adresindeki Bioferm_Trockenfermentation.pdf broşürüne bakın.
- ↑ http://www.sswm.info/sites/default/files/toolbox/OSTREM%202004%20Kompogas.jpg
- ↑ www.graskracht.be adresindeki graskracht_25-11-2011_Isabella Wierinck_OWS.pdf dosyasına bakın.
- ↑ Bakınız. 25092012 Droogvergisten Jan klein Hesselink Ekwadraat.pdf, www.graskracht.be
- ↑ Kompostlamaya benzer görünse de aynı olmadığını unutmayın; kuru anaerobik sindirimden, kompostlamada aerobik sindirime kadar kullanılır. Hava geçirmez contalar kullanılarak hava, proses kuru süreci dışında tutulur (yine de biyogazın dışarı çıkmasına izin verilir)
