بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به بررسی، تحلیل و طراحی یک رآکتور بیوگاز خانگی برای کاربرد در روستا میپردازد. این رآکتور، که ترکیبی از هاضم بیوگاز مدل هندی و چینی میباشد، با مدت زمان اقامت 117 روز و با حجم هاضم 600،9 لیتر فضولات که با نسبت یک به یک با آب مخلوط شدهاند توانایی تولید متوسط بیش از یک مترمکعب گاز را در روز داراست. مکان مورد مطالعه روستای فیرورق از شهرستان خوی واقع در شمال غرب کشور انتخاب شد که دلیل آن وجود دامداری و باغات فراوان در این منطقه و عدم دسترسی به گاز طبیعی لولهکشی شده میباشد.
هدر رفت گاز از مخزن خروجی و سفت شدن محلول از دلایل کم بودن راندمان در هاضمهای بیوگاز میباشد. در طراحی و ساخت رآکتور موجود برای افزایش بازده ، از همزن مکانیکی جهت افزایش تولید و از سرپوش گازی برای استحصال بیوگاز حوضچه خروجی استفاده گردیده است. در تحلیل مسئله، همزن و سرپوش گازی جزء به جزء بررسی شده و برای سیستمی که دارای فقط سرپوش و سیستمی که دارای سرپوش و همزن به طور همزمان است محاسبات و طراحی انجام گردیده است.
همزن دستی طراحی شده برای همگن کردن خوراک و سرپوش گازی به منظور جمع آوری گاز مخزن خروجی به کار میرود. حجم مخزن خروجی دو مترمکعب و سرپوش گازی تقرباًی در ابعاد و اندازه مدل هندی و به حجم 350 لیتر میباشد. میزان بارگیری مخزن برای تامین انرژی یک خانواده روستایی، 12 تن مخلوط به دست آمد. پس از پایا شدن سیستم، مخزن به صورت متناوب با مقدار خوراک روزانه 40 کیلوگرم فضولات گاوی تغذیه میشود. براساس آزمایشها و اندازهگیریهای علمی میزان گاز خروجی در حالت متعارف و بدون تجهیز برابر 014،1 لیتر در روز است.
شبیهسازی فرآیند در این تحقیق نشان داد که با به کار بردن همزن 40 درصد، سرپوش 21 درصد و همزن و سرپوش به طور همزمان 61 درصد مقدار بیوگاز تولیدی افزایش مییابد. کمترین تولید روزانه 970 لیتر در روز مربوط به دی ماه است و بیشترین تولید روزانه 650،2 لیتر در روز مربوط به مرداد ماه میباشد.
مدلسازی سیستم در طول یک سال انجام گرفته است که در راستای آن نیاز انرژی ساختمان و انرژی گاز تولید شده بررسی شده و سیستم همپوشانی کافی از خود نشان میدهد. این در حالی است که محصولات خروجی رآکتور به صورت مستقیم و به عنوان کود در باغ استفاده میشوند که به جذابیت اقتصادی و سازگار بودن آن با محیط زیست میافزاید.
-1 مقدمه
مشکلات تأمین انرژی مردم روستاهای دور افتاده موجب شده تا مردم ناگزیر جهت تحصیل امکانات به شهرها مهاجرت کنند که این پدیده موجب صدمه دیدن دامپروری و کشاورزی در روستاها و مشکلات زیست محیطی و آلودگی در شهرها شده است
مواد آلی, فضولات حیوانی, انسانی و گیاهی قابل باز یافت هستند و تحت شرایط ویژهای میتوان از آنها گاز متان تهیه کرد
گاز زیستی یا بیوگاز یکی از روشهای ساده برای کنترل آلودگیهای محیط زیست و به صورت همزمان تهیه کود بهداشتی و انرژی است
اهمیت و توسعه بیو گاز در جهان طی سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است, به طوری که تعداد این دستگاهها در برخی از کشورها همانند چین، هندوستان و آمریکا هم اکنون به ارقام چند میلیونی رسیده است
اهمیت استفاده از این تکنولوژیعمدتاً به دلایل تولید انرژی،کاهش آلودگی، بهبود کیفیت کود و نابودی بذر علفهای هرز است. عدم استفاده از بیوگاز نیز میتواند دلایل بسیاری از جمله عدم شناخت کافی و رواج همگانی باشد
به طور کلی مجموعه گازهای تولید شده از تجزیه و تخمیر فضولات حیوانی، انسانی و گیاهی را که در نتیجه فقدان اکسیژن و فعالیت باکتریهای غیر هوازی در یک محفظهای به نام مخزن تخمیر یا هاضم - کاظمی، 1375و محوی، - 1363 به وجود میآید، اصطلاحاً بیوگاز نامیده میشود. بیوگازعموماً از متان و دی اکسید کربن تشکیل شده و ترکیب درصد دقیق آن بستگی به نوع مواد اولیهای دارد که برای تولید گاز به کار میرود . فرآیند بیوگاز شامل دو مرحله اصلی، یعنی ابتدا تشکیل اسیدهای آلی و سپس گاز متان میباشد.
بیوگاز اندکی سبک تر از هوا است، دمای اشتعال آن 700 درجه و دمای شعله آن 870 درجه سانتیگراد است. سرعت پیشروی شعله در هوا حدود 40 متر در ثانیه میباشد - ساسه ، . - 1374 بیوگاز میتواند از فضولات حیوانی، انسانی، بقایای گیاهانی همچون باگاس، کلش، چغندر، گل محمدی و حتی زباله شهری نیز تولید شود
یک دستگاه بیوگازعموماً و به طور کلی از دو حوضچه ورودی و خروجی, یک مخزن تخمیر و یک محفظه گاز تشکیل شده است که با توجه به شرایط خاص اقلیمی و امکانات فنی و مالی به شکلهای مختلف ساخته شده و مورد بهره برداری قرار میگیرد
در شکل 1 که ساختمان هاضم مدل هندی را نشان می دهد. در هاضم هندی بیوگاز، حوضچه ورودی مقابل حوضچه خروجی قرار دارد. مواد وارد شده به هاضم در طول زمان اقامت تخمیر میگردد. گازهای حاصل در بالای مخزن متراکم شده و از طریق لوله زیر سرپوش فلزی، تا محل مصرف لولهکشی میشود. کود بهداشتی نیز از طریق لوله خروجی سمت راست خارج و جمع آوری میشود.
رآکتور مدل هندی از قسمتهای مختلف به شرح: -1 مخزن همزن با لوله ورودی، -2 هاضم، -3 جریان سر ریز از لوله خروجی، -4 مخزن نگهدارنده گاز، -5 خروجی گاز با خمش لوله اصلی، -6 اسکلت راهنما برای مخزن گاز، -7 اختلاف ارتفاع برابر با فشار گاز برحسب سانتی متر آب، -8 لایه شناور هنگامی که از الیاف به عنوان خوراک استفاده شود، -9 لجن غلیظ، -10 انباشتگی شن و سنگ تشکیل شده است.
در مقابل، سیستم بیوگاز مدل چینی چنانکه در شکل 2 مشاهده میشود به صورت مخزن گنبدی شکل بوده که قسمتهای مختلف آن در زیر زمین ساخته میشود. به همین دلیل جا گیر نبوده و در عین حال چون قطعات متحرک ندارد، تعمیر و نگهداری آن آسانتر میباشد. بیشتر قسمتهای تصویر هاضم چینی با مدل هندی همسان میباشد و قسمت های غیرهمسان -3 مخزن خروجی، -6 درپوش ورودی که با وزنهها مهار شده است، -8 لایه زلال و -11 خط مبداء - صفر - که ارتفاع پر شدن مخزن بدون فشار گاز است.
شکل 1 مدل هندی سیستم بیو گاز
شکل 2 هاضم مدل چینی سیستم بیوگاز
در رآکتور مدل ترکیبی چینی و هندی که به صورت نوآورانه طرح آن در این مقاله معرفی میشود، برای جلوگیری از هدر رفت بیوگاز و همچنین حفظ دمای هاضم، از سرپوش گازی برای استحصال بیوگاز حوضچه خروجی استفاده شده است. این سرپوش با حفظ گاز مانع از ورود آن به جو میشود. مهمترین عامل در تولید گازِ هاضمهای بی هوازی دما میباشد و به دلیل اینکه سرپوش روی فضولات شناور میباشد یک لایه گاز روی فضولات به وجود میآورد که به عنوان یک عایق عمل کرده و از سرد شدن هاضم جلوگیری میکند.
برای افزایش تولید گاز هاضم، از همزن استفاده شده است که موجب همگن شدن فضولات و پخش باکتریهای متانزا در داخل هاضم میشود و تولید گاز را افزایش میدهد. در هاضم طراحی شده از دو مدل هندی و چینی استفاده شده است و واژه ترکیبی به همین دلیل در این تحقیق استفاده شده است. در این هاضم ترکیبی از ساختار یک مدل چینی استفاده شده است ولی مخزن خروجی توسط یک سرپوشِ مدل هندی پوشیده شده و گاز این قسمت جمعآوری میشود. در حقیقت معایب هاضمهای هندی و چینی در رآکتور ترکیبی شکل 3 رفع گردیده است.
شکل 3 رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی
