Anaerobik sindirim - Anaerobic digestion

Anaerobik çürütücü sistemi
Almanya'da anaerobik çürütücü sistemi

Anaerobik çürütme , mikroorganizmaların oksijenin yokluğunda biyolojik olarak parçalanabilen materyali parçaladığı bir dizi işlemdir . İşlem, atıkları yönetmek veya yakıt üretmek için endüstriyel veya evsel amaçlar için kullanılır. Endüstriyel olarak yiyecek ve içecek ürünleri üretmek için kullanılan fermantasyonun çoğu ve ev fermantasyonu anaerobik sindirim kullanır.

Anaerobik çürütme, bazı topraklarda ve genellikle "anaerobik aktivite" olarak adlandırılan göl ve okyanus havzası çökellerinde doğal olarak meydana gelir . Bu, 1776'da Alessandro Volta tarafından keşfedilen bataklık gazı metan kaynağıdır .

Sindirim süreci , girdi malzemelerinin bakteriyel hidrolizi ile başlar . Karbonhidratlar gibi çözünmeyen organik polimerler , diğer bakteriler için uygun hale gelen çözünür türevlere parçalanır. Asidojenik bakteriler daha sonra şekerleri ve amino asitleri karbondioksit, hidrojen , amonyak ve organik asitlere dönüştürür . Asetogenezde, bakteriler , diğer bileşikler arasında ek amonyak, hidrojen ve karbon dioksit ile birlikte bu oluşan organik asitleri asetik aside dönüştürür . Son olarak, metanojenler bu ürünleri metan ve karbondioksite dönüştürür. Metanojenik arke popülasyonları, anaerobik atık su arıtımlarında vazgeçilmez bir rol oynamaktadır.

Anaerobik çürütme, biyolojik olarak parçalanabilen atık ve kanalizasyon çamurunu arıtmak için prosesin bir parçası olarak kullanılır . Entegre atık yönetim sisteminin bir parçası olarak anaerobik çürütme, çöp gazının atmosfere emisyonunu azaltır . Anaerobik çürütücüler, mısır gibi amaca yönelik olarak yetiştirilen enerji bitkileri ile de beslenebilir .

Anaerobik çürütme, yenilenebilir enerji kaynağı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır . İşlem , metan , karbon dioksit ve eser miktarda diğer 'kirletici' gazlardan oluşan bir biyogaz üretir . Bu biyogaz, kombine ısı ve güç gaz motorlarında doğrudan yakıt olarak kullanılabilir veya doğal gaz kalitesinde biyometana yükseltilebilir . Ayrıca üretilen besin açısından zengin çürüme ürünü gübre olarak kullanılabilir .

Atıkların bir kaynak olarak yeniden kullanılması ve sermaye maliyetlerini düşüren yeni teknolojik yaklaşımlar ile anaerobik çürütme, son yıllarda aralarında Birleşik Krallık (2011), Almanya, Danimarka'nın da bulunduğu birçok ülkede hükümetler arasında artan bir ilgi görmüştür. 2011) ve Amerika Birleşik Devletleri.

İşlem

Asetik asit oluşturan bakteriler ( asetojenler ) ve metan oluşturan arkeler ( metanojenler ) dahil olmak üzere birçok mikroorganizma anaerobik sindirimi etkiler . Bu organizmalar, biyokütlenin biyogaza dönüştürülmesinde bir dizi kimyasal işlemi teşvik eder .

Gaz halindeki oksijen, fiziksel çevreleme yoluyla reaksiyonlardan çıkarılır. Anaeroblar oksijen gazı dışındaki kaynaklardan elektron alıcıları kullanır. Bu alıcılar, organik malzemenin kendisi olabilir veya giriş malzemesinin içinden inorganik oksitler tarafından sağlanabilir . Bir anaerobik sistemdeki oksijen kaynağı organik maddenin kendisinden türetildiğinde, 'ara' son ürünler öncelikle alkoller , aldehitler ve organik asitler artı karbondioksittir. Özel metanojenlerin mevcudiyetinde, ara ürünler metan, karbon dioksit ve eser seviyelerde hidrojen sülfürün 'nihai' ürünlerine dönüştürülür . Anaerobik bir sistemde, başlangıç ​​materyalinde bulunan kimyasal enerjinin çoğu metanojenik bakteriler tarafından metan olarak salınır.

Anaerobik mikroorganizma popülasyonlarının, kendilerini tam olarak etkili hale getirmeleri tipik olarak önemli bir zaman alır. Bu nedenle, yaygın uygulama, tipik olarak kanalizasyon çamuru veya sığır bulamacının eklenmesiyle gerçekleştirilen, çürütücülere "tohumlama" olarak bilinen bir işlem olan mevcut popülasyonlara sahip malzemelerden anaerobik mikroorganizmaların katılmasıdır.

Süreç aşamaları

Anaerobik çürümenin dört temel aşaması hidroliz , asidojenez , asetojenez ve metanojenezi içerir . Tüm işlem glikoz gibi organik malzeme, biyokimyasal, karbon dioksit (CO sindirilmiş kimyasal tepkime ile tanımlanabilir 2 ) ve metan (CH 4 anaerobik mikroorganizmalar).

C 6 H 12 O 6 → 3CO 2 + 3CH 4

  • Hidroliz

Çoğu durumda, biyokütle büyük organik polimerlerden oluşur. Anaerobik çürütücülerdeki bakterilerin malzemenin enerji potansiyeline erişmesi için bu zincirlerin önce daha küçük bileşenlerine ayrılması gerekir. Bu bileşen parçalar veya şekerler gibi monomerler, diğer bakteriler tarafından kolaylıkla temin edilebilir. Bu zincirlerin kırılması ve daha küçük moleküllerin çözelti halinde çözülmesi işlemine hidroliz denir. Bu nedenle, bu yüksek moleküler ağırlıklı polimerik bileşenlerin hidrolizi, anaerobik çürütmede gerekli ilk adımdır. Hidroliz yoluyla karmaşık organik moleküller basit şekerlere , amino asitlere ve yağ asitlerine parçalanır .

İlk aşamalarda üretilen asetat ve hidrojen doğrudan metanojenler tarafından kullanılabilir. Asetatınkinden daha büyük bir zincir uzunluğuna sahip uçucu yağ asitleri (VFA'lar) gibi diğer moleküller, önce doğrudan metanojenler tarafından kullanılabilen bileşiklere katabolize edilmelidir .

  • asidogenez

Asidogenezin biyolojik süreci , kalan bileşenlerin asidojenik (fermentatif) bakteriler tarafından daha fazla parçalanmasıyla sonuçlanır. Burada, amonyak, karbon dioksit ve hidrojen sülfürün yanı sıra diğer yan ürünlerle birlikte VFA'lar oluşturulur . Asidogenez süreci sütün ekşime şekline benzer .

  • asetogenez

Anaerobik sindirimin üçüncü aşaması asetogenezdir . Burada, asidojenez fazı yoluyla oluşturulan basit moleküller, karbon dioksit ve hidrojenin yanı sıra büyük ölçüde asetik asit üretmek için asetojenler tarafından daha da sindirilir.

  • metanojenez

Anaerobik çürümenin son aşaması, metanojenezin biyolojik sürecidir . Burada metanojenler, önceki aşamaların ara ürünlerini kullanır ve bunları metan, karbondioksit ve suya dönüştürür. Bu bileşenler, sistemden yayılan biyogazın çoğunluğunu oluşturur. Metanojenez, hem yüksek hem de düşük pH'lara duyarlıdır ve pH 6.5 ile pH 8 arasında meydana gelir. Geri kalan, sindirilmeyen materyal, mikropların kullanamayacağı ve herhangi bir ölü bakteri kalıntısı çürüme ürününü oluşturur.

Yapılandırma

Ortak biyogaz teknolojilerinin karşılaştırılması
Ortak biyogaz teknolojilerinin karşılaştırılması

Anaerobik çürütücüler, bir dizi farklı konfigürasyon kullanılarak çalışacak şekilde tasarlanabilir ve tasarlanabilir ve kesikli ve sürekli proses modu, mezofilik ve termofilik sıcaklık koşulları, katıların yüksek ve düşük kısmı ve tek kademeli ve çok kademeli prosesler olarak kategorize edilebilir. Sürekli süreç daha karmaşık tasarım gerektirir, ancak yine de toplu işlemden daha ekonomik olabilir, çünkü toplu işlem, aynı miktarda atığı sürekli olarak işlemek için daha fazla başlangıç ​​inşa parası ve daha büyük hacimli çürütücüler (birkaç partiye yayılmış) gerektirir. süreç sindirici Bir termofilik sistemde mezofilik bir sisteme kıyasla daha yüksek ısı enerjisi gereklidir, ancak termofilik sistem çok daha az zaman gerektirir ve daha büyük bir gaz çıkış kapasitesine ve daha yüksek metan gazı içeriğine sahiptir, bu nedenle bu dengeyi dikkatlice düşünmek gerekir. Katı içerik için düşük, %15'e kadar katı içeriği işleyecektir. Bu seviyenin üzerinde katı madde içeriği yüksek olarak kabul edilir ve kuru sindirim olarak da bilinir. Tek aşamalı bir işlemde, bir reaktör dört anaerobik çürütme adımını barındırır. Çok aşamalı bir işlem, metanojenez ve hidroliz fazlarını ayırmak için sindirim için iki veya daha fazla reaktör kullanır.

Toplu veya sürekli

Anaerobik çürütme, toplu işlem veya sürekli işlem olarak gerçekleştirilebilir. Bir kesikli sistemde, işlemin başlangıcında reaktöre biyokütle eklenir. Reaktör daha sonra işlem süresince mühürlenir. En basit biçiminde toplu işleme , anaerobik çürümeyi başlatmak için önceden işlenmiş malzeme ile aşılamayı gerektirir . Tipik bir senaryoda, biyogaz üretimi zaman içinde normal bir dağılım modeli ile oluşacaktır . Operatörler, organik maddenin sindirim sürecinin ne zaman tamamlandığına inandıklarını belirlemek için bu gerçeği kullanabilirler. Bir kesikli reaktör, süreç tam olarak tamamlanmadan açılıp boşaltılırsa, ciddi koku sorunları olabilir. Daha gelişmiş bir toplu yaklaşım türü, anaerobik çürütmeyi kap içi kompostlama ile entegre ederek koku sorunlarını sınırlandırmıştır . Bu yaklaşımda aşılama, yeniden sirküle edilen gazdan arındırılmış perkolatın kullanılmasıyla gerçekleşir. Anaerobik çürütme tamamlandıktan sonra, biyokütle açılmadan önce kap içi kompostlama için kullanılan reaktörde tutulur . sindirim. Bir tesiste birden fazla kesikli reaktör kullanmak, sürekli biyogaz üretimini sağlayabilir.

Sürekli çürütme işlemlerinde, organik madde sürekli olarak eklenir (sürekli tam karıştırılır) veya reaktöre aşamalı olarak eklenir (sürekli tıkaç akışı; ilk giren - ilk çıkar). Burada nihai ürünler sürekli veya periyodik olarak uzaklaştırılır ve bu da sürekli biyogaz üretimi ile sonuçlanır. Sırayla tekli veya çoklu sindiriciler kullanılabilir. Bu anaerobik çürütme biçiminin örnekleri arasında sürekli karıştırmalı tank reaktörleri , yukarı akışlı anaerobik çamur örtüleri , genişletilmiş granül çamur yatakları ve dahili sirkülasyon reaktörleri yer alır .

Sıcaklık

Anaerobik çürütücüler için iki geleneksel operasyonel sıcaklık seviyesi, çürütücülerdeki metanojen türlerini belirler:

  • Mezofilik sindirim , optimal olarak 30 ila 38 °C civarında veya mezofillerin mevcut birincil mikroorganizmalar olduğu 20 ila 45 °C arasındaki ortam sıcaklıklarında gerçekleşir.
  • Termofilik sindirim optimum olarak 49 ila 57 °C civarında veya termofillerin mevcut birincil mikroorganizmalar olduğu 70 °C'ye kadar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir.

Bolivya'da 10 °C'den düşük sıcaklıktaki çalışma koşullarında anaerobik çürütme ile bir sınır duruma ulaşıldı . Anaerobik süreç çok yavaştır ve normal mezofilik zaman sürecinin üç katından fazlasını alır. Alaska Fairbanks Üniversitesi'ndeki deneysel çalışmada, "Alaska'da donmuş bir gölden gelen çamurdan" hasat edilen psikrofilleri kullanan 1000 litrelik bir çürütücü günde 200-300 litre metan üretti, bu da daha sıcaktaki çürütücülerden gelen çıktının yaklaşık %20 ila %30'unu oluşturuyor. iklimler. Mezofilik türler, termofillerden daha fazladır ve ayrıca çevre koşullarındaki değişikliklere termofillerden daha toleranslıdırlar. Bu nedenle mezofilik sistemler, termofilik sindirim sistemlerinden daha kararlı olarak kabul edilir. Tersine, termofilik çürütme sistemleri daha az kararlı olarak kabul edilirken, enerji girdileri daha yüksektir ve organik maddeden eşit sürede daha fazla biyogaz uzaklaştırılır. Artan sıcaklıklar, daha hızlı reaksiyon hızlarını ve dolayısıyla daha hızlı gaz verimini kolaylaştırır. Daha yüksek sıcaklıklarda çalışma, çürüme ürününün daha fazla patojen azalmasını kolaylaştırır. Avrupa Birliği'ndeki Hayvansal Yan Ürünler Düzenlemeleri gibi mevzuatın belirli patojen azaltım seviyelerini karşılamasını gerektirdiği ülkelerde, mezofilik yerine termofilik sıcaklıkların kullanılmasının bir faydası olabilir.

Biyogaz üretmek için gerekli alıkonma süresini azaltmak için ek ön arıtma kullanılabilir. Örneğin, belirli işlemler, yüzey alanını artırmak için substratları parçalayabilir veya biyogaz çıkışını önemli ölçüde artırmak için bir termal ön işlem aşaması (pastörizasyon gibi) kullanır. Pastörizasyon işlemi, anaerobik çürütücüyü terk ederek çürütücüdeki patojenik konsantrasyonu azaltmak için de kullanılabilir. Pastörizasyon , katıların maserasyonuyla birlikte ısıl işlemle gerçekleştirilebilir .

katı içeriği

Tipik bir senaryoda, çürütücülere giden besleme stoğunun katı içeriği ile üç farklı çalışma parametresi ilişkilendirilir:

  • Yüksek katı madde (kuru — istiflenebilir alt tabaka)
  • Yüksek katı madde (ıslak-pompalanabilir alt tabaka)
  • Düşük katı madde (ıslak-pompalanabilir alt tabaka)
Kuru/katı hal anaerobik çürütme (AD) biyogaz tesisi tasarımı
Kuru/katı hal anaerobik çürütme (AD) biyogaz tesisi tasarımı

Yüksek katı (kuru) çürütücüler, katı içeriği %25 ile %40 arasında olan malzemeleri işlemek için tasarlanmıştır. Pompalanabilir bulamaçları işleyen ıslak çürütücülerin aksine, yüksek katı maddeli (kuru – istiflenebilir alt tabaka) sindiriciler, katı alt tabakaları su ilave etmeden işlemek için tasarlanmıştır. Kuru çürütücülerin birincil stilleri, sürekli dikey tıkaç akışı ve toplu tünel yatay çürütücülerdir. Sürekli dikey tapa akışlı çürütücüler, besleme stoğunun sürekli olarak çürütücünün üstüne beslendiği ve çürütme sırasında yerçekimi ile aşağı doğru aktığı dik, silindirik tanklardır. Yığın tünel çürütücülerde besleme stoğu, gaz geçirmez kapılı tünel benzeri bölmelerde biriktirilir. Her iki yaklaşımın da çürütücü içinde karışması yoktur. Kirletici maddelerin uzaklaştırılması gibi ön arıtmanın miktarı hem işlenmekte olan atık akımlarının doğasına hem de çürütmenin istenen kalitesine bağlıdır. Boyut küçültme (öğütme) sürekli dikey sistemlerde faydalıdır, çünkü parçalı sistemler öğütmeyi önler ve bunun yerine istiflenmiş yığının sıkışmasını azaltmak için yapı (örneğin saha atığı) gerektirir. Sürekli dikey kuru çürütücüler, daha kısa etkili tutma süresi ve dikey tasarım nedeniyle daha küçük bir ayak izine sahiptir. Islak çürütücüler, toplam askıda katı madde (TSS) konsantrasyonu ~%20'den yüksek veya düşük katı konsantrasyonu ~%15'ten az olan yüksek katı içeriğinde çalışacak şekilde tasarlanabilir .

Yüksek katı maddeli (ıslak) çürütücüler, hammaddeyi hareket ettirmek ve işlemek için daha fazla enerji girişi gerektiren kalın bir bulamacı işler. Malzemenin kalınlığı da aşınma ile ilgili sorunlara yol açabilir. Yüksek katı maddeli sindiriciler, nem ile ilişkili daha düşük hacimler nedeniyle tipik olarak daha düşük bir arazi gereksinimine sahip olacaktır. Yüksek katı maddeli çürütücüler ayrıca, hammadde kütlesinin daha büyük fraksiyonları potansiyel olarak biyogaza dönüştürülebilir olduğundan, orijinal olarak çok seyreltik kanalizasyon çürütme konseptlerine dayanan geleneksel performans hesaplamalarının (örn. gaz üretimi, alıkonma süresi, kinetik, vb.) düzeltilmesini gerektirir.

Düşük katı maddeli (ıslak) çürütücüler, önemli ölçüde daha düşük enerji girdisi gerektiren standart pompalar kullanarak malzemeyi sistem içinde taşıyabilir. Düşük katılı çürütücüler, çürütücülerin artan sıvı-hammadde oranıyla bağlantılı artan hacimler nedeniyle yüksek katılardan daha fazla miktarda arazi gerektirir. Malzemelerin daha kapsamlı sirkülasyonunu ve bakteriler ile yiyecekleri arasında teması sağladığından, sıvı bir ortamda çalıştırmanın yararları vardır. Bu, bakterilerin beslendikleri maddelere daha kolay erişmelerini sağlar ve gaz üretim hızını artırır.

karmaşıklık

Sindirim sistemleri farklı karmaşıklık seviyelerinde yapılandırılabilir. Bir de tek aşamalı sindirim sistemi (tek kademeli) biyolojik reaksiyonları tek bir, kapalı bir reaksiyon kabında ya da tutma tankı içinde meydana gelir. Tek bir aşamanın kullanılması, inşaat maliyetlerini azaltır, ancak sistem içinde meydana gelen reaksiyonların daha az kontrol edilmesine neden olur. Asidojenik bakteriler, asit üreterek tankın pH'ını düşürür. Metanojenik bakteriler, daha önce belirtildiği gibi, kesin olarak tanımlanmış bir pH aralığında çalışır. Bu nedenle, tek kademeli bir reaktörde farklı türlerin biyolojik reaksiyonları birbirleriyle doğrudan rekabet halinde olabilir. Diğer bir tek aşamalı reaksiyon sistemi anaerobik bir lagündür . Bu lagünler, gübrelerin işlenmesi ve uzun süreli depolanması için kullanılan gölet benzeri, toprak havzalardır. Burada anaerobik reaksiyonlar, havuzda bulunan doğal anaerobik çamur içinde bulunur.

Bir de iki aşamalı sindirim sisteminin (çok aşamalı), farklı sindirim gemiler digesters içinde yaşayan bakteri toplulukları üzerinde maksimum kontrol getirmek için optimize edilmiştir. Asidojenik bakteriler organik asitler üretir ve metanojenik bakterilerden daha hızlı büyür ve çoğalır. Metanojenik bakteriler, performanslarını optimize etmek için sabit pH ve sıcaklık gerektirir.

Tipik koşullar altında, hidroliz, asetogenez ve asidojenez, birinci reaksiyon kabı içinde meydana gelir. Organik malzeme daha sonra bir metanojenik 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. Bazı Avrupa ülkeleri, girdi atıklarındaki zararlı bakterileri öldürmek için bir dereceye kadar yüksek ısıl işlem gerektirir. Bu durumda, sindirmeden önce veya iki parçalama tankı arasında bir pastörizasyon veya sterilizasyon aşaması olabilir. Özellikle, farklı reaksiyon fazlarını tamamen izole etmek mümkün değildir ve genellikle hidroliz veya asidojenez tanklarında bir miktar biyogaz üretilir.

Kalış süresi

Bir çürütücüde kalma süresi, besleme malzemesinin miktarına ve tipine ve çürütme sisteminin konfigürasyonuna göre değişir. Tipik bir iki aşamalı mezofilik sindirimde, kalma süresi 15 ila 40 gün arasında değişirken, tek aşamalı bir termofilik sindirim için kalma süreleri normalde daha hızlıdır ve yaklaşık 14 gün sürer. Bu sistemlerden bazılarının tıkalı akış yapısı, malzemenin tam bozunmasının bu zaman ölçeğinde gerçekleşmemiş olabileceği anlamına gelecektir. Bu durumda sistemden çıkan çürüme sıvısının rengi daha koyu olacak ve tipik olarak daha fazla kokuya sahip olacaktır.

Bir halinde akışlı anaerobik çamur yataklı sindirim (UASB), hidrolik kalış süreleri 90 gün kadar olabilir, 1 gün için 1 saat kadar kısa ve katı tutma süreleri olarak olabilir. Bu şekilde, bir UASB sistemi, bir çamur battaniyesi kullanarak katıları ve hidrolik tutma sürelerini ayırabilir. Sürekli çürütücüler, malzemedeki katıların seviyesine bağlı olarak, içeriği karıştırmak için mekanik veya hidrolik cihazlara sahiptir ve bakteri ve gıdanın temas etmesini sağlar. Ayrıca, çürütme tankları içinde makul ölçüde sabit bir hacmi korumak için fazla malzemenin sürekli olarak çıkarılmasına izin verirler.

inhibisyon

Solda: Almanya'da Neumünster yakınlarında bulunan çiftlik tabanlı mısır silajı çürütücü , 2007 - çürütücünün üstünde yeşil, şişirilebilir biyogaz tutucu gösterilmektedir. Sağda: Tel Aviv yakınlarındaki bir mekanik biyolojik arıtma sisteminin iki aşamalı, düşük katı maddeli, UASB parçalama bileşeni ; proses suyu denge tankında ve sıralı kesikli reaktörde görülmektedir , 2005.

Anaerobik çürütme işlemi, farklı organik madde bozunma adımlarından sorumlu bir veya daha fazla bakteri grubunu etkileyen birkaç bileşik tarafından engellenebilir. İnhibisyonun derecesi, diğer faktörlerin yanı sıra, sindiricideki inhibitörün konsantrasyonuna bağlıdır. Potansiyel inhibitörler, amonyak, sülfür, hafif metal iyonları (Na, K, Mg, Ca, Al), ağır metaller, bazı organik maddeler (klorofenoller, halojenli alifatikler, N-ikameli aromatikler, uzun zincirli yağ asitleri), vb.

Hammaddeler

Cal Poly Dairy, Amerika Birleşik Devletleri'nde anaerobik lagün ve jeneratörler

Anaerobik çürütme sistemlerinin uygulanması düşünüldüğünde en önemli ilk konu, prosesin besleme stoğudur. Hemen hemen her organik malzeme anaerobik çürütme ile işlenebilir; bununla birlikte, eğer amaç biyogaz üretimi ise, onun başarılı uygulamasında temel faktör çürüme seviyesidir. Malzeme ne kadar çürüyebilir (sindirilebilir) olursa, sistemden mümkün olan gaz verimi o kadar yüksek olur.

Hammaddeler, atık kağıt, çim kupürleri, yemek artıkları, kanalizasyon ve hayvan atıkları gibi biyolojik olarak parçalanabilen atık malzemeleri içerebilir. Odunsu atıklar istisnadır, çünkü çoğu anaerob lignini parçalayamadığından sindirimden büyük ölçüde etkilenmezler . Ksilofalgeöz anaeroblar (lignin tüketicileri) veya piroliz gibi yüksek sıcaklıkta ön işlem kullanılarak lignini parçalamak için kullanılabilir. Anaerobik çürütücüler, özel biyogaz üretimi için silaj gibi özel olarak yetiştirilen enerji bitkileri ile de beslenebilir . Almanya ve Kıta Avrupası'nda bu tesislere "biyogaz" tesisleri denilmektedir. Bir ortak sindirim veya birlikte fermentasyon tesisi, tipik olarak, eş zamanlı sindirim için iki veya daha fazla girdi malzemesini kabul eden bir tarımsal anaerobik çürütücüdür.

Anaerobik çürütme için gereken süre, malzemenin kimyasal karmaşıklığına bağlıdır. Kolayca sindirilebilir şekerler açısından zengin malzeme hızla parçalanırken, selüloz ve hemiselüloz polimerleri açısından zengin olan sağlam lignoselülozik malzemenin parçalanması çok daha uzun sürebilir. Anaerobik mikroorganizmalar genellikle biyokütlenin inatçı aromatik bileşeni olan lignini parçalayamazlar.

Anaerobik çürütücüler orijinal olarak kanalizasyon çamuru ve gübre kullanılarak çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır. Ancak atık su ve gübre, anaerobik sindirim için en fazla potansiyele sahip malzeme değildir, çünkü biyolojik olarak parçalanabilen malzeme zaten onu üreten hayvanlar tarafından alınan enerji içeriğinin çoğuna sahiptir. Bu nedenle, birçok çürütücü, iki veya daha fazla besleme stoğu türünün birlikte sindirilmesiyle çalışır. Örneğin, birincil besleme stoğu olarak süt gübresi kullanan çiftlik tabanlı bir çürütücüde, gaz üretimi, örneğin çim ve mısır (tipik çiftlikte besleme stoğu) veya çeşitli organik yan ürünler gibi ikinci bir hammadde eklenerek önemli ölçüde arttırılabilir. mezbaha atıkları, katı ve sıvı yağlar ve restoranlardan gelen katı yağlar, organik ev atıkları vb. (tipik tesis dışı besleme stoğu).

Özel enerji mahsullerini işleyen çürütücüler, yüksek düzeyde bozulma ve biyogaz üretimi sağlayabilir. Yalnızca bulamaçlı sistemler genellikle daha ucuzdur, ancak mısır ve ot silajı gibi ekin kullananlardan çok daha az enerji üretir; Mütevazı bir miktarda mahsul materyali (%30) kullanarak, bir anaerobik çürütme tesisi, sadece bulamaçlı bir sisteme göre sermaye maliyetinin sadece üç katı için enerji çıktısını on kat artırabilir.

Nemli içerik

Hammadde ile ilgili ikinci bir husus, nem içeriğidir. Yiyecek ve bahçe atıkları gibi daha kuru, istiflenebilir alt tabakalar, tünel benzeri odalarda sindirim için uygundur. Tünel tarzı sistemler de tipik olarak sıfıra yakın atık su deşarjına sahiptir, bu nedenle bu tarz sistem, çürütücü sıvılarının deşarjının bir sorumluluk olduğu durumlarda avantajlara sahiptir. Malzeme ne kadar ıslak olursa, enerji yoğun beton pompaları ve fiziksel hareket araçları yerine standart pompalar ile taşıma o kadar uygun olacaktır. Ayrıca, malzeme ne kadar ıslaksa, üretilen gaz seviyelerine göre o kadar fazla hacim ve alan kaplar. Hedef besleme stoğunun nem içeriği, işleme tabi tutulacak sistem tipini de etkileyecektir. Seyreltik besleme stokları için yüksek katılı anaerobik çürütücü kullanmak için, girdi malzemesinin katı içeriğini artırmak için kompost gibi hacim artırıcı maddeler uygulanmalıdır. Bir diğer önemli husus, girdi malzemesinin karbon: nitrojen oranıdır. Bu oran, bir mikrobun büyümesi için ihtiyaç duyduğu besin dengesidir; optimal C:N oranı 20–30:1'dir. Fazla N, sindirimin amonyak inhibisyonuna yol açabilir.

Bulaşma

Besleme stoğu malzemesinin kontaminasyon seviyesi, ıslak sindirim veya tıkaç akışlı sindirim kullanılırken önemli bir husustur.

Çürütücülere giden besleme stoğunda plastik, cam veya metaller gibi önemli düzeyde fiziksel kirletici varsa, kullanılacak malzeme için kirleticileri uzaklaştırmak için işlem yapılması gerekecektir. Kaldırılmazsa, çürütücüler bloke edilebilir ve verimli bir şekilde çalışmayacaktır. Bu kontaminasyon sorunu, kuru çürütme veya katı hal anaerobik çürütme (SSAD) tesislerinde oluşmaz, çünkü SSAD, yüksek oranda katı içeren (%40-60) kuru, istiflenebilir biyokütleyi fermenter kutuları olarak adlandırılan gaz geçirmez haznelerde işler. Bu anlayışla mekanik biyolojik arıtma tesisleri tasarlanmaktadır. Bir hammaddenin gerektirdiği ön işlem seviyesi ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla işleme makinesine ihtiyaç duyulacak ve dolayısıyla proje daha yüksek sermaye maliyetlerine sahip olacaktır. Ulusal Gıda Dışı Bitkiler Merkezi .

Hammaddeden herhangi bir fiziksel kirleticiyi çıkarmak için ayırma veya elemeden sonra, çürütücülerdeki mikropların kullanabileceği yüzey alanını arttırmak ve dolayısıyla sindirim hızını artırmak için malzeme genellikle parçalanır, kıyılır ve mekanik veya hidrolik olarak hamur haline getirilir. Katıların maserasyonu , hammadde malzemesini anaerobik arıtmanın gerçekleştiği hava geçirmez çürütücüye aktarmak için bir kıyıcı pompa kullanılarak gerçekleştirilebilir.

substrat bileşimi

Substrat bileşimi, biyokütlenin parçalanmasından metan verimini ve metan üretim oranlarını belirlemede önemli bir faktördür. Katılar, elementel ve organik analizler gibi parametreler çürütücü tasarımı ve işletimi için önemliyken, besleme stoğunun bileşim özelliklerini belirleme teknikleri mevcuttur. Metan verimi, bozunabilirliğinin bir tahmini (bir reaktörde biyogaza dönüştürülen substratın oranı) ile birlikte substratın elementel bileşiminden tahmin edilebilir. Biyogaz bileşim (metan ve karbon dioksit nispi fraksiyonları) tahmin etmek amacıyla, tahmin için gerekli olan karbon dioksit bölümleme ek bilgi (reaktör sıcaklığı gerektiren sulu ve gaz fazları arasında pH ve alt-tabaka bileşimin) ve bir kimyasal çeşitleme modeli . Biyometanasyon potansiyelinin doğrudan ölçümleri, gaz oluşumu veya daha yeni gravimetrik testler kullanılarak da yapılır.

Uygulamalar

Bir sanitasyon sisteminin parçası olarak bir anaerobik çürütücünün şeması . Gübre olarak kullanılabilen sindirilmiş bir bulamaç ( çürütme ) ve enerji için kullanılabilecek biyogaz üretir .

Anaerobik çürütme teknolojilerinin kullanılması, birkaç temel yolla sera gazı emisyonunun azaltılmasına yardımcı olabilir:

  • Fosil yakıtların değiştirilmesi
  • Atık arıtma tesislerinin enerji ayak izini azaltmak veya ortadan kaldırmak
  • Depolama alanlarından metan emisyonunun azaltılması
  • Endüstriyel olarak üretilen kimyasal gübrelerin yerini almak
  • Araç hareketlerini azaltmak
  • Elektrik şebekesi taşıma kayıplarını azaltmak
  • Yemek pişirmek için LP Gazı kullanımını azaltmak
  • Sıfır Atık girişimlerinin önemli bir bileşeni .

Atık ve atık su arıtma

Bir kanalizasyon arıtma tesisinde anaerobik çürütücüler . Metan gazı, bir gaz parlaması yoluyla yakılarak yönetilir .

Anaerobik çürütme, özellikle organik malzeme için uygundur ve endüstriyel atık su , atık su ve kanalizasyon çamurunun arıtılması için yaygın olarak kullanılır . Basit bir süreç olan anaerobik çürütme, aksi takdirde denize atılması, çöplüklere atılması veya yakma fırınlarında yakılması muhtemel olan organik madde miktarını büyük ölçüde azaltabilir .

Gelişmiş ülkelerdeki katı atık bertaraf yöntemlerine ilişkin çevreyle ilgili mevzuattan gelen baskı, atık hacimlerini azaltmak ve faydalı yan ürünler üretmek için bir süreç olarak anaerobik çürütme uygulamasını artırmıştır. Ya belediye atığının kaynağından ayrılmış kısmını işlemek için kullanılabilir ya da alternatif olarak, artık karışık belediye atığını işlemek için mekanik ayırma sistemleriyle birleştirilebilir. Bu tesislere mekanik biyolojik arıtma tesisleri denir.

Anaerobik çürütücülerde işlenen çürüyen atıklar bir çöp sahasına atılırsa, doğal olarak ve genellikle anaerobik olarak parçalanır. Bu durumda, gaz sonunda atmosfere kaçacaktır. Metan, bir sera gazı olarak karbondioksitten yaklaşık 20 kat daha güçlü olduğundan, bunun önemli olumsuz çevresel etkileri vardır.

Evsel atık toplayan ülkelerde, yerel anaerobik çürütme tesislerinin kullanılması, merkezi depolama sahalarına veya yakma tesislerine taşınmasını gerektiren atık miktarının azaltılmasına yardımcı olabilir. Taşıma üzerindeki bu azaltılmış yük, toplama araçlarından kaynaklanan karbon emisyonlarını azaltır. Lokalize anaerobik çürütme tesisleri bir elektrik dağıtım şebekesi içine yerleştirildiyse, elektriğin ulusal bir şebeke üzerinden taşınmasıyla ilişkili elektrik kayıplarının azaltılmasına yardımcı olabilirler.

Güç üretimi

Gelişmekte olan ülkelerde, basit ev ve çiftlik temelli anaerobik çürütme sistemleri, pişirme ve aydınlatma için düşük maliyetli enerji potansiyeli sunmaktadır. 1975'ten itibaren, Çin ve Hindistan, evlerde yemek pişirme ve aydınlatma için kullanılmak üzere küçük biyogaz tesislerinin uyarlanması için büyük, devlet destekli planlara sahipti. Şu anda, gelişmekte olan dünyadaki anaerobik çürütme projeleri, azaltılmış karbon emisyonları sağladıklarını gösterebilirlerse , Birleşmiş Milletler Temiz Kalkınma Mekanizması aracılığıyla finansal destek alabilirler .

Anaerobik çürütme tesislerinde üretilen metan ve güç, fosil yakıtlardan elde edilen enerjinin yerini almak ve dolayısıyla sera gazı emisyonlarını azaltmak için kullanılabilir , çünkü biyolojik olarak parçalanabilen malzemedeki karbon bir karbon döngüsünün parçasıdır . Biyogazın yanmasından atmosfere salınan karbon, yakın geçmişte, genellikle son on yılda, ancak daha tipik olarak son büyüme mevsiminde büyümeleri için bitkiler tarafından uzaklaştırılmıştır. Bitkiler yeniden büyütülürse, karbon atmosferden bir kez daha çıkarılırsa, sistem karbon nötr olacaktır . Buna karşılık, fosil yakıtlardaki karbon milyonlarca yıldır dünyada tutulmakta ve bunun yanması atmosferdeki genel karbondioksit seviyelerini arttırmaktadır.

Arıtma çamurunun arıtılmasından elde edilen biyogaz bazen elektrik gücü üretmek için bir gaz motorunu çalıştırmak için kullanılır ve bunların bir kısmı veya tamamı kanalizasyon işlerini çalıştırmak için kullanılabilir. Motordan gelen bir miktar atık ısı daha sonra çürütücüyü ısıtmak için kullanılır. Atık ısı, genel olarak, çürütücüyü gerekli sıcaklıklara ısıtmak için yeterlidir. Kanalizasyon işlerinden kaynaklanan güç potansiyeli sınırlıdır - Birleşik Krallık'ta, bu tür üretimin toplamda yaklaşık 80 MW'ı vardır ve 150 MW'a çıkma potansiyeli vardır; bu, Birleşik Krallık'taki yaklaşık 35.000 MW'lık ortalama güç talebine kıyasla önemsizdir. Kanalizasyon dışı atık biyolojik maddelerden (enerji ürünleri, gıda atıkları, mezbaha atıkları vb.) biyogaz üretiminin kapsamı çok daha yüksektir ve yaklaşık 3.000 MW'lık bir kapasiteye sahip olduğu tahmin edilmektedir. Hayvan atığı ve enerji bitkileri kullanarak Farm biyogaz tesisi CO azaltılmasına katkıda bulunmaları beklenmektedir 2 ek gelir ile İngiltere çiftçilere sağlarken, emisyon ve ızgara güçlendirilmesi.

Bazı ülkeler, örneğin yeşil enerji üretimini sübvanse etmek için elektrik şebekesine elektrik beslemek için tarife garantisi şeklinde teşvikler sunmaktadır .

California, Oakland'da East Bay Municipal Utility District'in ana atık su arıtma tesisinde (EBMUD), gıda atıkları şu anda birincil ve ikincil belediye atıksu katıları ve diğer yüksek mukavemetli atıklarla birlikte sindiriliyor. Tek başına belediye atıksu katılarının sindirimi ile karşılaştırıldığında, gıda atığının kod sindirilmesinin birçok faydası vardır. EBMUD gıda atığı sürecinden gelen gıda atığı hamurunun anaerobik sindirimi, belediye atıksu katılarına kıyasla daha yüksek normalleştirilmiş bir enerji faydası sağlar: Uygulanan kuru ton gıda atığı başına 730 ila 1.300 kWh, uygulanan kuru bir ton belediye atıksu katısı başına 560 ila 940 kWh .

ızgara enjeksiyon

Biyogaz şebeke enjeksiyonu, biyogazın doğal gaz şebekesine enjeksiyonudur . Ham biyogazın önceden biyometan'a yükseltilmesi gerekir. Bu yükseltme, karbon dioksitin yanı sıra hidrojen sülfür veya siloksanlar gibi kirleticilerin uzaklaştırılması anlamına gelir. Bu amaç için çeşitli teknolojiler mevcuttur, en yaygın olarak uygulananlar basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) , su veya amin yıkama (absorpsiyon prosesleri) ve son yıllarda membran ayırmadır . Alternatif olarak, elektrik ve ısı yerinde üretim için kullanılabilir , bu da enerjinin taşınmasındaki kayıpların azaltılmasını sağlar. Doğal gaz iletim sistemlerindeki tipik enerji kayıpları %1-2 arasında değişirken, büyük bir elektrik sisteminde mevcut enerji kayıpları %5-8 arasındadır.

Ekim 2010'da Didcot Sewage Works , Oxfordshire'da 200'e kadar evde kullanılmak üzere ulusal şebekeye sağlanan biyometan gazı üreten Birleşik Krallık'taki ilk şirket oldu . 2017 yılına kadar, Birleşik Krallık elektrik şirketi Ecotricity , 6000 eve yakıt sağlayan yerel kaynaklı otlarla beslenen çürütücüye sahip olmayı planlıyor.

Araç yakıtı

Yukarıda belirtilen teknolojiler ile yükseltme yapıldıktan sonra, biyogaz (biyometan'a dönüştürülmüş) uyarlanmış araçlarda araç yakıtı olarak kullanılabilir. Bu kullanım, 38.600'den fazla gaz aracının bulunduğu İsveç'te çok yaygındır ve araç gazının %60'ı anaerobik çürütme tesislerinde üretilen biyometandır.

Gübre ve toprak düzenleyici

Sindirilen malzemenin katı, lifli bileşeni, toprakların organik içeriğini artırmak için bir toprak düzenleyici olarak kullanılabilir. Digester likörü, üretilmesi ve taşınması için büyük miktarda enerji gerektiren kimyasal gübreler yerine toprağa hayati besinleri sağlamak için bir gübre olarak kullanılabilir. Bu nedenle, üretilen gübrelerin kullanımı, anaerobik çürütücü likör gübresinin kullanımından daha fazla karbon yoğundur. Birçok toprağın organik olarak tükendiği İspanya gibi ülkelerde , sindirilmiş katıların pazarları biyogaz kadar eşit derecede önemli olabilir.

Pişirme gazı

Ayrışma için gerekli bakterileri üreten bir biyo-çürütücü kullanılarak pişirme gazı üretilir. Dökülen yapraklar, mutfak atıkları, yemek atıkları vb. organik atıklar, az miktarda su ile karıştırıldığı bir kırıcı ünitesine beslenir. Karışım daha sonra bakterilerin onu pişirme gazı üretmek için ayrıştırdığı biyo-sindiriciye beslenir. Bu gaz, mutfak sobasına iletilir. 2 metreküp biyo-sindirici 2 metreküp pişirme gazı üretebilir. Bu 1 kg LPG'ye eşdeğerdir. Bir biyolojik çürütücü kullanmanın kayda değer avantajı, zengin bir organik gübre olan çamurdur.

Ürün:% s

Anaerobik çürümenin üç ana ürünü biyogaz, çürüme ürünü ve sudur.

biyogaz

Biyogazın tipik bileşimi
Birleştirmek formül %
Metan CH
4
50–75
Karbon dioksit CO
2
25-50
Azot n
2
0-10
Hidrojen H
2
0-1
Hidrojen sülfit H
2
S
0-3
Oksijen Ö
2
0-0
Kaynak: www.kolumbus.fi, 2007
Yıldırımdan korunma çubukları ve yedek gaz parlaması ile biyogaz tutucu
Biyogaz taşıyan borular

Biyogaz, biyolojik olarak parçalanabilen girdi stokunu besleyen bakterilerin nihai atık ürünüdür ( anaerobik sindirimin metanojenez aşaması , filogenetik yaşam ağacının bakterilerden belirgin şekilde farklı bir dalında bulunan bir mikroorganizma olan arke tarafından gerçekleştirilir ) ve çoğunlukla metandır. ve az miktarda hidrojen ve eser miktarda hidrojen sülfür içeren karbon dioksit. (Üretildiği şekliyle biyogaz ayrıca su buharı içerir ve fraksiyonel su buharı hacmi biyogaz sıcaklığının bir fonksiyonudur). Biyogazın çoğu, sindirimin ortasında, bakteri popülasyonu büyüdükten sonra üretilir ve çürüyen malzeme tükendikçe azalır. Gaz normalde çürütücünün üstünde şişirilebilir bir gaz kabarcığı içinde depolanır veya bir gaz tutucuda tesisin yanında çıkarılır ve depolanır.

Biyogazdaki metan, hem ısı hem de elektrik üretmek için yakılabilir, genellikle pistonlu bir motor veya mikrotürbin ile, genellikle üretilen elektrik ve atık ısının çürütücüleri ısıtmak veya binaları ısıtmak için kullanıldığı bir kojenerasyon düzenlemesinde. Fazla elektrik tedarikçilere satılabilir veya yerel şebekeye verilebilir. Anaerobik çürütücüler tarafından üretilen elektrik yenilenebilir enerji olarak kabul edilir ve sübvansiyonları çekebilir. Biyogaz, atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonlarının artmasına katkıda bulunmaz, çünkü gaz doğrudan atmosfere salınmaz ve karbondioksit, kısa bir karbon döngüsü ile organik bir kaynaktan gelir.

Biyogaz, yakıt olarak kullanılmak üzere rafine edilmesi için arıtma veya 'temizleme' gerektirebilir. Hammaddedeki sülfatlardan oluşan toksik bir ürün olan hidrojen sülfür , biyogazın eser bir bileşeni olarak salınır. ABD Çevre Koruma Ajansı veya İngiliz ve Galler Çevre Ajansı gibi ulusal çevre uygulama kurumları, hidrojen sülfür içeren gazların seviyelerine katı sınırlar koyar ve gazdaki hidrojen sülfür seviyeleri yüksekse, gazın yıkanması ve temizlenmesi biyogazı bölgesel olarak kabul edilen seviyeler dahilinde işlemek için ekipmana ( amin gazı işleme gibi ) ihtiyaç duyulacaktır. Seçenek olarak ise, ilave demir klorür FeC 2 sindirim tankları inhibe hidrojen sülfit üretimi.

Uçucu siloksanlar da biyogazı kirletebilir; bu tür bileşikler sıklıkla evsel atıklarda ve atık sularda bulunur. Bu malzemeleri besleme stoğunun bir bileşeni olarak kabul eden çürütme tesislerinde, düşük moleküler ağırlıklı siloksanlar uçarak biyogaza dönüşür. Bu gaz bir gaz motorunda, türbinde veya kazanda yakıldığında siloksanlar , makinenin içinde birikerek aşınma ve yıpranmayı artıran silikon dioksite (SiO 2 ) dönüştürülür . Siloksanları ve diğer biyogaz kirleticilerini ortadan kaldırmak için pratik ve uygun maliyetli teknolojiler şu anda mevcuttur. Bazı uygulamalarda, atık gaz karbon dioksit içeriğini azaltarak ve bunun çoğunluğunu ikincil bir reaktörde temizleyerek metan saflığını artırmak için yerinde arıtma kullanılabilir.

İsviçre, Almanya ve İsveç gibi ülkelerde, biyogazdaki metan, araç taşıma yakıtı olarak veya doğrudan gaz şebekesine giriş olarak kullanılmak üzere sıkıştırılabilir. Anaerobik çürütme kullanımının itici gücünün yenilenebilir elektrik sübvansiyonları olduğu ülkelerde, bu işleme aşamasında enerji gerektiğinden ve satılabilecek genel seviyeleri azalttığından, bu arıtma yöntemi daha az olasıdır.

sindirim

Digestat, çürütücülere orijinal girdi malzemesinin mikropların kullanamadığı katı kalıntılarıdır. Aynı zamanda çürütücülerin içindeki ölü bakterilerin mineralize kalıntılarından oluşur. Digestat üç biçimde olabilir: lifli, likör veya iki fraksiyonun çamur bazlı bir kombinasyonu. İki aşamalı sistemlerde, farklı çürütme tanklarından farklı çürütücü formları gelir. Tek aşamalı çürütme sistemlerinde, iki fraksiyon birleştirilecek ve istenirse daha ileri işlemlerle ayrılacaktır.

Acidogenic anaerobik digestate

İkinci yan ürün (asidojenik çürütme ürünü), büyük ölçüde lignin ve selülozdan oluşan, aynı zamanda ölü bakteri hücrelerinin matrisindeki çeşitli mineral bileşenlerden oluşan kararlı, organik bir materyaldir; biraz plastik mevcut olabilir. Malzeme evsel kompostu andırır ve olduğu gibi veya lif levha gibi düşük dereceli yapı ürünleri yapmak için kullanılabilir. Katı çürütücü etanol üretimi için hammadde olarak da kullanılabilir.

Üçüncü yan ürün, sindirilen malzemenin kalitesine bağlı olarak gübre olarak kullanılabilen besinler açısından zengin bir sıvıdır (metanojenik çürüme ürünü). Potansiyel olarak toksik elementlerin (PTE'ler) seviyeleri kimyasal olarak değerlendirilmelidir. Bu, orijinal hammaddenin kalitesine bağlı olacaktır. Çoğu temiz ve kaynakla ayrılmış biyolojik olarak parçalanabilen atık akışları durumunda, PTE seviyeleri düşük olacaktır. Sanayi kaynaklı atıklar söz konusu olduğunda, PTE seviyeleri daha yüksek olabilir ve malzeme için uygun bir son kullanım belirlenirken dikkate alınması gerekecektir.

Digestat tipik olarak lignin gibi anaerobik mikroorganizmalar tarafından parçalanamayan elementler içerir. Ayrıca, çürüme ürünü fitotoksik olan amonyak içerebilir ve eğer toprak iyileştirici bir malzeme olarak kullanılırsa bitkilerin büyümesini engelleyebilir. Bu iki nedenden dolayı, sindirmeden sonra bir olgunlaşma veya kompostlama aşaması kullanılabilir. Lignin ve diğer materyaller, mantarlar gibi aerobik mikroorganizmalar tarafından bozunmaya müsait olup, taşıma için materyalin toplam hacmini azaltmaya yardımcı olur. Bu olgunlaşma sırasında, amonyak nitratlara oksitlenecek, bu da malzemenin verimliliğini artıracak ve onu bir toprak iyileştirici olarak daha uygun hale getirecektir. Büyük kompostlama aşamaları tipik olarak kuru anaerobik çürütme teknolojileri tarafından kullanılır.

atıksu

Anaerobik çürütme sistemlerinden nihai çıktı, hem arıtılan orijinal atığın nem içeriğinden hem de çürütme sistemlerinde mikrobiyal reaksiyonlar sırasında üretilen sudan kaynaklanan sudur. Bu su, çürüme ürününün suyunun alınmasından salınabilir veya çürütme ürününden dolaylı olarak ayrı olabilir.

Anaerobik çürütme tesisinden çıkan atık su tipik olarak yüksek seviyelerde biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOD) ve kimyasal oksijen ihtiyacı (COD) olacaktır. Atık suyun reaktivitesine ilişkin bu ölçümler, kirletme kabiliyetini gösterir. Bu malzemenin bir kısmı 'sert KOİ' olarak adlandırılır, yani anaerobik bakteriler tarafından biyogaza dönüştürülmek için erişilemez. Bu atık su doğrudan akarsulara verilirse, ötrofikasyona neden olarak onları olumsuz etkiler . Bu nedenle, atık suyun daha fazla arıtılması genellikle gereklidir. Bu işlem tipik olarak, havanın sudan bir sıralı kesikli reaktörlerde veya ters ozmoz ünitesinde geçirildiği bir oksidasyon aşaması olacaktır .

Tarih

Gaz sokak lambası

Anaerobik sindirim tarihçesi gibi erken onuncu asırdan olarak başlayan uzun bir tanesidir Asur biyogaz ısı banyo suyuna kullanıldı. Organik maddenin doğal ayrışmasıyla üretilen gazın üretimine yönelik bilimsel ilgi , Robert Boyle (1627-1691) ve Stephen Hales'in (1677-1761) akarsuların ve göllerin tortusunu bozmanın yanıcı gaz açığa çıkardığını belirttiği 17. yüzyıldan kalmadır. . 1778'de Elektrokimya'nın babası olan İtalyan fizikçi Alessandro Volta (1745-1827), bu gazı bilimsel olarak metan olarak tanımladı .

1808'de Sir Humphry Davy sığır gübresinin ürettiği gazlarda metan varlığını kanıtladı . Bilinen ilk anaerobik çürütücü bir de 1859 yılında inşa edilmiş cüzzamlı koloniye içinde Bombay içinde Hindistan . 1895 yılında, teknoloji , bir tür gaz aydınlatması olan kanalizasyon gazı yıkıcı lambası için gaz üretmek için bir septik tankın kullanıldığı Exeter , İngiltere'de geliştirildi . Ayrıca İngiltere'de, 1904'te, hem çökeltme hem de çamur arıtma için ilk çift amaçlı tank Londra , Hampton'da kuruldu .

imhoff tankı

20. yüzyılın başlarında, anaerobik çürütme sistemleri, bugün göründüğü gibi teknolojiye benzemeye başladı. 1906'da Karl Imhoff, Imhoff tankını yarattı ; 20. yüzyılın başlarında anaerobik çürütücünün erken bir formu ve model atık su arıtma sistemi. 1920'den sonra, kapalı tank sistemleri, daha önce yaygın olarak kullanılan anaerobik lagünlerin yerini almaya başladı - uçucu katıları işlemek için kullanılan kaplı toprak havzalar. Anaerobik çürüme üzerine araştırmalar 1930'larda ciddi bir şekilde başladı.

Tarihinde ortalama I. Dünya Savaşı petrol üretimi arttı ve kullanımları belirlendi olarak, biyoyakıt üretim yavaşladı. İkinci Dünya Savaşı sırasındaki yakıt kıtlığı anaerobik sindirimi yeniden popüler hale getirirken , savaş bittikten sonra teknolojiye olan ilgi yeniden azaldı. Benzer şekilde, 1970'lerdeki enerji krizi anaerobik sindirime ilgiyi ateşledi. Yüksek enerji fiyatlarına ek olarak, Anaerobik Sindirim sistemlerinin benimsenmesini etkileyen faktörler arasında yeniliğe açık olma, kirlilik cezaları, politika teşvikleri ve sübvansiyonların ve finansman fırsatlarının mevcudiyeti yer alır.

Günümüzde anaerobik çürütücüler, gübreden nitrojen akışını azaltmak için çiftliklerin veya çamur bertaraf maliyetlerini azaltmak için atık su arıtma tesislerinin yanında yaygın olarak bulunur. Enerji üretimi için tarımsal anaerobik çürütme, 2014 yılında 8.625 çürütücünün bulunduğu Almanya'da en popüler hale geldi. Birleşik Krallık'ta 2014 yılına kadar 259 tesis ve 2019 yılına kadar faaliyete geçmesi planlanan 500 proje vardı. Amerika Birleşik Devletleri'nde, 2012'de 34 eyalette 191 faal fabrika. Politika, bu ülkelerde benimseme oranlarının neden bu kadar farklı olduğunu açıklayabilir.

Almanya'da , FIT olarak da bilinen ve yenilenebilir enerji üretimine yapılan yatırımları telafi eden uzun vadeli sözleşmeler sağlayan, 1991'de kabul edilen tarifeler yürürlüğe girdi. Sonuç olarak, 1991 ve 1998 yılları arasında Almanya'daki anaerobik çürütücü tesislerinin sayısı 20'den 517'ye çıktı. 1990'ların sonlarında, Almanya'daki enerji fiyatları değişti ve yatırımcılar pazarın potansiyelinden emin olamadılar. Alman hükümeti 2000 ve 2011 yılları arasında FIT'i dört kez değiştirerek, tarifeleri artırarak ve anaerobik sindirimin karlılığını artırarak ve biyogaz üretimi için güvenilir getiriler sağlayarak ve ülke genelinde yüksek benimseme oranlarıyla devam ederek yanıt verdi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar