بخشی از مقاله
بررسی تولید بیوگاز از پساب ها و فضولات
چکیده: مشکل انرژي امروزه یکی از مشکلات اساسی تمامی کشورهاي جهان بخصوص کشورهاي در حال توسعه است. بیشتر کشورهاي دنیا برنامهریزي گستردهاي براي تأمین انرژي مورد نیاز خود از طریق انرژيهاي نو انجام دادهاند. سوخترسانی به روستاهاي دورافتاده حتی در کشوري مانند ایران که منابع غنی انرژي را در اختیار دارد بسیار مشکل و هزینهبر میباشد. استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیر و محلی یکی از راهحلهایی است که امروزه پیشنهاد میگردد. بیوگاز یکی از این انرژيهاي تجدیدپذیر است که علاوه بر تولید انرژي باعث ایجاد کودهاي کشاورزي و افزایش سطح بهداشت عمومی جامعه و کنترل بیماریها شده و یک راه حل مناسب براي دفع مواد زائد جامد از محیط زیست میباشد. با توسعه صنایع دامپروري و کشاورزي و همچنین استفاده بیشتر از منابع غذایی، آلودگی حاصل از فضولات گیاهی و دامی افزایش یافته است که میتوان با استحصال بیوگاز از آنها خطرات ناشی از این مواد را به شدت کاهش داد و از انرژي و کود تولیدي نیز استفاده نمود. در جهت تصفیه این فضولات میتوان از روش تجزیه بیهوازي یا تجزیه هوازي استفاده نمود. روش بیهوازي در مقایسه با روش دیگر نه تنها انرژي بر نیست بلکه مقداري انرژي بصورت بیوگاز تولید مینماید. در این مقاله مروري بر روشهاي مختلف تولید بیوگاز صورت گرفته است.
مقدمه :
اغلب مواد آلی در شرایط مناسب و دور از اکسیژن در مجاورت میکروارگانیسمهاي خاصی تخمیر شده و گاز متان ( CH4) تولید میکنند. تخمیر مواد زائد کشاورزي و دامی و فاضلابها درشرایط غیر هوازي، گازي تولید میکنند که اصطلاحاً آن را بیوگاز مینامند.
استفاده از سیستم بیوگاز دراغلب کشورهاي جنوب شرقی آسیا که با مشکل سوخت فسیلی مواجه هستند صورت می پذیرد. از این سیستم براي سه منظور استفاده میشود: تولید انرژي براي روستاها با قیمت ارزان، بهسازي محیط زیست و جلوگیري ازآلودگی آن و تهیه کود حیوانی غنیتر براي کشاورزي. در اغلب روستاهاي هندوستان و چین از گاز متان براي پختن غذا وگرمایش استفاده میشود. از چند سال پیش دولتهاي هندوستان و چین براي مبارزه با افزایش سریع قیمت نفت وارداتی، گسترش همه جانبهاي براي تولید گاز بعمل آورده اند.
به طور نظري از فضولات یک گاو میتوان مقدار کافی گاز متان براي پختن غذاي یک نفر به دست آورد. براي این کار فضولات گاو و آب را به نسبت حجمی 4 به 5 مخلوط میکنند و سپس آن را در دستگاه تولید گاز براي تخمیر میریزند. پس از عمل تخمیر،گاز متان از لولهاي خارج گشته و به مصرف پخت و پز میرسد. کشور چین با تقرباًی هفت میلیون دستگاه بیوگاز مقام اول را در جهان داراست.
استحصال بیوگاز میتواند توسط فرایندهاي بی هوازي فاضلاب نیز انجام گیرد که علاوه بر تولید انرژي در کنترل بو نیز مؤثر می باشد. یکی از روشهایی که در آن می توان گاز زیادي به دست آورد تصفیه فاضلاب به روش(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) UASB میباشد. از این روش براي تصفیه فاضلابهاي صنعتی با بار آلی زیاد استفاده میگردد؛ در این روش متان، هیدروژن سولفوره و دي اکسید کربن زیادي تولید میشود که در صورت عدم جمعآوري و دفع صحیح باعث تولید بو و ایجاد انفجار میگردد. بیوگاز حاصله میتواند براي تولید حرارت، آب گرم و الکتریسیته، با قیمت ارزانتر از سایر سوختهایی مانند گاز طبیعی، پروپان و نفت سیاه بهکار رود، حتی در صورت عملی نبودن بازیابی انرژي بیوگاز، این سیستم در کنترل بو به شدت مؤثر میباشد. سوزاندن و یا استفاده از بیوگاز میتواند باعث کاهش اثرات سوختهاي فسیلی مرسوم میگردد. بیوگاز همچنین میتواند به عنوان یک منبع انرژي روستایی براي کمک در تولید و توزیع برق توسط سایر روشهاي تولید برق نیز بکار رود.
.1 ویژگی هاي بیوگاز
بیوگاز به نام گاز مرداب نیز شهرت یافته با ترکیبی از متان و دياکسیدکربن و بوي قابل تشخیص مانند تخممرغ گندیده، سبکتر از هوا میباشد؛ طبق مطالعات انجام گرفته ترکیبات موجود در بیوگاز مطابق جدول زیر است که میزان درصد گاز متان در آن بستگی به دماي هاضم دارد؛ چنانکه هر چه دماي هاضم پایینتر باشد درصد متان آن بیشتر و ارزش حرارتی بالاتري دارد ولی میزان گاز تولید شده کمتر می باشد. بیوگازها به دو دسته زیر تقسیم میشوند.
1. بیوگازهاي با بار آلی ورودي زیاد
2. بیوگازهاي با بار آلی ورودي کم
بیوگاز مانند سایر سوختهاي گازي قابل احتراق بوده و با نسبت 20 -1 با هوا مخلوط شده و سرعت اشتغال آن بالا میباشد. دماي احتراق بیوگاز حدود700 ° C (دماي احتراق گازوئیل350 ° C و نفت و پروپان( 500 ° C و دماي شعله حاصل از آن 870 °C است. ارزش حرارتی آن در حدود 6 کیلووات ساعت بر مترمکعب (یعنی برابر ارزش حرارتی نیم لیتر سوخت گازوئیل) است. در جداول((2و((3 خواص بیوگاز نسبت به گازهاي سایر سوختها مقایسه شده است.
فشار لازم و مطلوب براي پخت و پز با بیوگاز بین 5 تا 20 سانتیمتر ستون آب میباشد. ارزش حرارتی متان خالص در حدود 9000 کیلو کالري بر متر مکعب است.
.2 چگونگی تولید بیوگاز از فضولات
دستگاههاي بیوگاز در شکل کلی از دو حوضچه ورودي و خروجی و یک مخزن تخمیر(هاضم) و یک مخزن گاز تشکیل شده اند که شرایطی از قبیل آب و هوا ، فرهنگ، اقتصاد و تکنولوژي باعث ایجاد اشکال گوناگون آنها گردیده است . در تمام این دستگاهها آب و مواد اولیه در حوضچه ورودي مخلوط شده و از آنجا به مخزن تخمیر هدایت و پس از تخمیر، گاز تولیدي به سوي مجراي خروجی و حوضچه خروجی هدایت میگردد. از نظر نوع و چگونگی کارکرد، دستگاههاي متفاوتی در جهان ساخته شده و مورد بهرهبرداري قرار گرفته اندکه سه نوع متداول آنها عبارتند از:
-1 دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور که به مدل هندي معروف است.
-2 دستگاه بیوگاز با مخزن مشترك و ثابت که به مدل چینی شهرت یافته است.
-3 دستگاه بیوگاز با نسبت طول به عرض زیاد که به مدل تایوانی شهرت یافته است.
-4 کمپوست بیهوازي
مواد اولیه بیوگاز پسماندهاي آلی زباله، مواد زائد حیوانی، مواد زائد گیاهی، فضولات انسانی و لجن فاضلاب میباشد.
1-2 دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور (مدل هندي)
این دستگاه در هند طرفدار زیادي داشته و هزاران دستگاه از این نوع در هندوستان در حال تولید بیوگاز میباشند . مواد اولیه از حوضچه ورودي پس از اختلاط 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 راستاي حوضچه ورودي قرار گرفته حرکت کرده و گاز تولیدي در داخل محفظه فلزي گاز که به صورت معکوس روي دهانه مخزن تخمیر قرار گرفته، جمع آوري میشود. شماي کلی این دستگاه مانند شکل زیر میباشد.
.1 مخزن اختلاط با لوله ورودي .2 هاضم .3 جریان سرریز از لوله خروجی .4 مخزن نگهدارنده گاز که در سطح مایع شناور است .5 خروجی گاز با خمش لوله اصلی .6 اسکلت راهنما براي مخزن گاز .7 اختلاف ارتفاع برابر با فشار گاز بر حسب سانتیمتر آب .8 لایه شناور هنگامی که از الیاف به عنوان خوراك استفاده شود .9 لجن غلیظ .10 انباشتگی شن و سنگ.
2-2 دستگاه بیوگاز با مخزن گاز ثابت(مدل چینی)
با توجه به اینکه چینیها مبتکر اولیه این دستگاه میباشند به مدل چینی مشهور شده است. این دستگاه به صورت مخزن گنبدي شکل و در عمق زمین ساخته میشود. مخزن گاز و تخمیر مشترك بوده و به علت جاي گیري دستگاه در عمق زمین از نظر صرفهجویی در مکان و فضاي مورد نیاز و تثبیت حرارت و مقاومت دستگاه در مناطق سردسیري باعث شده که به اهمیت و کارآیی آن افزوده شود. طرح اصلی دستگاه در شکل((3 نشان داده شده است. بدینترتیب که محفظه گاز و تخمیر در ارتباط با یکدیگر و در یک مخزن مشخص ساخته شده؛ محفظه گاز با پوششی آجري یا بتنی به صورت گنبدي شکل قرار می گیرد، روي محفظه گاز یک دریچه تعبیه گردیده، اساس کار دستگاه مانند مدل هندي است ولی در این حالت گاز تولیدي به طرف گنبد صعود می کند؛ فشار گاز تولیدي هم گاز را به محل مصرف هدایت میکند 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 بیشتري خارج میگردد؛ چنانچه در حین مصرف فشار داخلی کم شود ، مواد از دریچه خروجی به داخل مخزن تخمیر برمیگردند تا فشار نقصانی جبران شود. تنها تفاوت این دستگاه با مدل هندي ثابت بودن حجم مخزن گاز است و از کاربرد آهن و فنر در آن اثري دیده نمی شود. اگرچه طراحی این مدل به
