فایل آشنایی با بیوگاز و انواع دستگاههای تولید بیوگاز،
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته کشاورزی و محیط زیست (آموزش_و_پژوهش)
فهرست
مقدمه. 3
تعریف بیوگاز 8
منابع تولید بیوگاز 9
نحوه تولید بیوگاز 10
اصول هضم بي هوازي در تولید بیوگاز 10
مراحل شیمیائی تخمیر مواد آلی (شامل چربیها، هیدراتهای کربن و پرتئین ها) 13
تخمیر چربیها 13
تخمیر هیدراتهای کربن.. 14
تخمیر پرتئینها 14
پارامترهاي مؤثر بر فرآيند هضم بيهوازي.. 15
درجه حرارت محیط تخمیر. 15
اسیدیته ((PH.. 17
میزان حضور مواد مغذی در محیط (C/N) 17
درجه غلظت مواد. 18
میزان حضور عوامل سمی.. 18
مدت زمان ماند مخلوط در مخزن هضم. 19
همزدن محتویات مخزن هضم و هموژنیزه کردن محتویات.. 20
آماده سازی مواد خام قبل از بارگیری.. 21
وجود مواد تسریع کننده واکنش... 21
اصلاح و تغيير در طراحي دستگاه بيوگاز 21
مواد افزودني شيميائي.. 21
تغيير دادن نسبت خوراک دستگاه 21
محيط بيهوازي (بسته) 22
انواع روشهای بارگذاری مخازن هضم: 22
سیستم پيوسته: 22
سیستم نيمه پيوسته: 22
سیستم ناپيوسته: 22
جمع آوري بیوگاز تولیدی: 23
بیوگاز و کود حاصل از آن: 23
ساختار کلي دستگاه توليد بيوگاز: 24
حوضچه ورودي: 24
حوضچه خروجي: 24
مخزن تخمير: 25
محفظه گاز: 25
مهمترین طرحهای بیوگاز ساخته شده در جهان: 27
دستگاه بیوگاز عمودی.. 27
دستگاه بیوگاز افقی.. 28
دستگاه بیوگاز مشترک.. 29
دستگاه بیوگاز مدل چینی (قبه ثابت) 31
دستگاه بیوگاز مدل فرانسوی.. 32
دستگاه بیوگاز با لولههای چرمی.. 33
دستگاه بیوگاز با مخزن پلی اتیلنی.. 34
دستگاه بيوگاز با سرپوش شناور (مدل هندي): 35
دستگاه بيوگاز مدل تايواني (واحدهای بالونی): 36
دستگاه بیوگاز مدل نپال: 37
مروری بر مطالعات انجام شده 38
منابع......................................................................................................................................................................................44
مقدمه
مهمترین مسئلهای که در قرن 21 بشریت با آن مواجه است مسئله انرژی و سوخت میباشد. زیرا از یک طرف تعداد صنایع مصرف کننده انرژی رو به افزایش است و از طرف دیگر سوختهای فسیلی (مهمترین انرژی مصرفی این صنایع) رو به اتمام میباشند. این در حالی است که هم اکنون آلودگیهایی که این سوختها ایجاد میکنند، موجب مشکلاتی در جهان گردیده است و اتحادیههای جهانی در حال تصویب قانونهایی مبنی بر حذف یا به حداقل رساندن مصرف این سوختها در دهههای آینده میباشند. بنابراین تمام کشورهای صنعتی، نیمه صنعتی و حتی اکثر کشورهای جهان سوم در تلاشاند تا برای جایگزین کردن این سوختها چارهای بیاندیشند و اتمام این منابع را به تأخیر اندازند (عدل و همکاران، 1379).
در جوامع کنونی وجود انرژی مستمر، پایدار و اقتصادی لازمه هرگونه توسعه و رشد اقتصادی میباشد. پس از انقلاب صنعتی، انرژی به تدریج به یکی از عوامل اصلی در تولید ملی و حرکت چرخهای اقتصادی کشورهای صنعتی و به دنبال آن، سایر کشورهای در حال توسعه تبدیل شده است (ثقفی، 1382). اقتصاد و تمدن کنونی تا حدی به انرژی وابسته است که تصور حتی لحظهای ادامه زندگی در عصر حاضر بدون انرژی امکان پذیر نیست. به طوریکه با اختلال و یا توقف در عرضهی آن، ماشین اقتصاد از کار خواهد افتاد. بنابراین تمامی کشورها در صدد هستند به هر نحو ممکن از انرژی مستمر و پایداری برخوردار باشند. از طرفی رشد اقتصادي و افزايش تقاضاي انرژي در جهان سبب شده كه قيمت نفت و گاز افزايش پیدا کرده و اتكا به اين منابع براي تأمين انرژي كاهش يابد (تابنده، 1376).
منابع فسيلي مرسوم و تجديد ناپذير تأثير شگرفی بر امنيت انرژي دارند. اين مسئله بسياري از كشورهای جهان را واداشته است كه به مسئله امنيت عرضه انرژي تمايل پيدا كرده و به تغييرات گستردهاي در اقتصاد انرژي خود اهتمام تام ورزند. در اين زمينه پيشرفتهاي فناوري، نويد بخش راه حلهايي نو درباره توليد انرژي مورد نياز بشر است. با شناسايي اين روشهاي جديد، گامي بلند در زمينه تغيير زيرساختهاي تولید انرژی برداشته شده است (علیزاده، 1375). استفاده از ذخاير نامحدود انرژي تجديدپذير در اين خصوص تأثيرات مهمي دارد. گستردگي و توزيع اين عوامل در طبيعت باعث شده است كه سيستمهاي توليد انرژی به سمت سيستمهاي محلي پيش رود؛ كه انرژيهاي نوین به خوبي ميتوانند براي اين منظور به كار گرفته شود. هم اکنون مسائلی مانند انرژي، محيط زيست، ازدياد مواد زائد خطرناك، اتمام پذيري منابع فسيلي و رشد فزاينده مصرف انرژي از جمله مفاهيمي هستند كه تحقيقات مختلفي را در جهان به خود اختصاص دادهاند. به واقع این مسائل روشن میکنند که ديگر نميتوان به منابع موجود انرژي متكي بود (تابنده، 1376). در حقيقت، انجام تحقيقات گسترده در جهت دستيابي به منابع جديد و سالم كه در چند دههی اخير توسعه ويژه‌اي پيدا كرده‌اند را ميتوان بیانگر ميزان اهميت اين نوع مفاهيم و علوم مرتبط به آنها دانست.
هم اکنون بیشتر کشورهای جهان برنامههای خود را طوری تنظیم کردهاند تا با بهینه کردن مصرف این منابع بر عمر منابع فسیلی خود بیفزایند و این در حالی است که با به کارگیری فناوری انرژیهای تجدید پذیر سعی دارند که میزانی از سهم مصرف منابع فسیلی را بر عهده این منابع بگذارند تا هم عمر منابع فسیلی را به تأخیر اندازند و هم جایگزینی برای آن یافته باشند (حیدری، 1365). مدارک بسیاری وجود دارد که سیاستهای انرژی جهانی که استفاده کارآمد از سوختهای فسیلی و انرژی را ارتقاء میدهند، به لحاظ محیطی غیر مسئولانه هستند؛ زیرا آنها باعث فساد جدی محیطی در سطوح محلی، منطقهای و جهانی میگردند. مطالعات نشان دادهاند که با ادغام منابع انرژی تجدید پذیر و ترکیب انرژی کلی، هر یک از این تأثیرات محیطی منفی را میتوان کاهش داد، یا مانع آن شد (حیدری، 1365). باید اذعان داشت که در قرن 21 سوختهای فسیلی کم کم جای خود را به انرژیهای تجدید پذیر (انرژی خورشیدی، بادی، برق آبی، بیومس، زمینگرمائی و غیره) خواهند داد. در میان این انرژیها، بیوگاز حاصل از بیومس، از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این میان، بيوگاز به علت سالم‌سازي محيط زيست، توليد انرژي و كود مرغوب و قابليت ايجاد آن در جوار اجتماعات بشري از اهميت و جايگاه ويژه‌اي برخوردار است (الماسی، 1361). گرچه شناسايي بيوگاز در جهان سابقهای طولانی دارد، اما استفاده عمومي و رايج آن در خلال قرن اخير و بويژه در سه دهه گذشته بوده است. بیوگاز که منبع آن تودههای زیستی است، در انتخاب منابع جایگزین انرژی برای روستاها، مورد ایده آلی میباشد، بدین مفهوم که ارزان بوده و به لحاظ تولید و منشأ، محلی است. همچنین منبعی از انرژی است که برای چندین کاربری از جمله: گرم کردن، روشن کردن، ایجاد توان الکتریکی با مقیاس کوچک و غیره سودمند میباشد. از طرفی بيوگاز علاوه بر توليد انرژي باعث تولید کود کشاورزي و افزايش سطح بهداشت عمومي جامعه و کنترل بيماريها ميشود. همچنین راه حلی مناسب براي دفع مواد زائد جامد ميباشد (دهقان و همکاران، 1365). فاضلاب و مواد زائد جامدي که توسط صنايع و جوامع توليد ميگردد، باعث آلودگي شديد محيط ميشوند که ميتوان با فناوری بيوگاز خطرات ناشي از اين مواد را به شدت کاهش داد و از انرژي و کود توليدي آن نيز استفاده نمود (رضویان، 1374). استحصال بيوگاز را ميتوان از فرآيندهاي بي هوازي تصفيه فاضلاب (UASB) و همچنين از محلهاي دفن زباله نيز انجام داد و بخشي از هزينههاي مصرفي این سایتها را جبران نمود (حیدری، 1365). منافع زيست محيطي سيستمهاي بيوگاز حتی فراتر از سيستمهاي تصفيه مرسومي است كه تاكنون مورد استفاده قرار ميگرفتند. اين منافع، علاوه بر آنچه بیان شد، شامل كنترل بو، بهبود كيفيت آب و هوا، بهبــود ارزش غذايي كــود توليدي، كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخــانهاي و دستيابي به بيوگاز به عنوان يك منبع انرژي ميباشد؛ که خود بیوگاز تولیدی میتواند به طور همزمان انرژي الكتريكي و حرارتي توليد کند (تابنده، 1376). در این پژوهش ابتدا مدلی از رآکتور بیوگاز برای تولید بیوگاز در مزرعه طراحی و ساخته شد. سپس این دستگاه مورد آزمایش قرار گرفت تا علاوه بر مشخص شدن صحت کار آن، گاز
تولیدی حاصل از کود مرغی و کود بلدرچین مورد آزمایش و مقایسه قرار گیرد.
تعریف بیوگاز
به مجموعه گازهاي توليدي حاصل از هضم و دفع فضولات، اعم از انساني، گياهي و حيواني كه در نتيجه فقدان اكسيژن و فعاليت باكتريهاي غير هوازي خصوصاً باكتريهاي متانزا توليد ميشود، بيوگاز گفته ميشود. اين گاز به طور طبیعی در باتلاقها، مردابها و يا مکانهاي دفن زبالههاي شهري توليد ميشود و براي استفاده، لازم است مهار گردد (عمرانی، 1375). برای استفاده اقتصادی از بیوگاز، عمل تخمیر را میتوان در شرایط کنترل شده در دستگاهی نسبتاً ساده به نام مخزن هضم انجام داد (الماسی، 1384). بيوگاز از روش تخمير بيهوازي زيستتوده حاصل ميشود. در واقع بیوگاز مخلوطی است از گازهای گوناگون که گاز متان عنصر اصلی تشکیل دهنده آن است (الماسی، 1361)؛ به طوری که حدود 55 تا 70 درصد این گاز را متان و حدود 35 تا 40 درصد آن را دی اکسید کربن و درصد بسیار ناچیزی را گازهای ازت و هیدروژن سولفوره و غیره تشکیل میدهند که مقادیر این گازها بستگي به دماي مخزن هضم و نوع مواد آلی داشته و با تغییرات آنها درصدهای گاز تغییر مییابند (عبدلی، 1363). طبق مطالعات انجام گرفته بر روی تجزیه بیوگازِ حاصل از مخازن هضم، ترکیبات بیوگاز از این قرارند (جدول 1-1):
جدول 1‑1- ترکیبات موجود در بیوگاز
نوع گاز
درصد موجود در بيوگاز
CH4
70 – 55 %
CO2
40 – 35 %
N2
3 – 0 %
H2
1 – 0 %
O2
1 – 0 %
H2S
1 – 0 %
عنصر با ارزش بیوگاز، گاز متان میباشد که هر چه درصد آن بالاتر باشد، کیفیت بیوگاز بهتر و تولید آن بهصرفهتر میباشد (الماسی، 1361). بیوگاز دارای رنگی شفاف با بویي قابل تشخيص مانند بوی تخم مرغ گنديده و بی طعم و مانند دی اکسید کربن، یک گاز گلخانهای است؛ با این تفاوت که اثر گلخانهای آن حدود 25 برابر اثر دی اکسید کربن میباشد(شیخ قاسمی، 1373). بیوگاز با یک شعله آبی رنگ که دارای حرارت 800 درجه سانتیگراد است میسوزد (الماسی، 1361). این گاز با نسبت 1- 20 با هوا مخلوط شده و دارای سرعت اشتعال بالای