BIODIGESTER：それは何のために、種類、利点、欠点 - 環境 - 2024

biodigesterは、メタンガスと有機肥料は有機物の嫌気性発酵から生成された密閉タンクです。生物学的根拠は、加水分解、酸性化、アセト生成、メタン生成を介した細菌の作用による有機物の分解です。

バイオダイジェスターは、バイオ消化プロセスに必要な制御された条件を提供します。このプロセスの後、バイオガス（メタン、二酸化炭素、窒素、硫化水素）、バイオゾル（固形肥料）、バイオール（液体肥料）が最終製品として得られます。

バイオガスシステム。出典：Renergon International AG

基本的な操作は、有機性廃棄物と水を密閉容器に入れ、嫌気性発酵プロセスが行われるところから始まります。バイオガスは、貯蔵、直接使用、または肥料として抽出されます。

負荷システムに応じた3つの基本的なタイプのバイオダイジェスターは、不連続、半連続、連続です。バッチバイオダイジェスターには、各生産プロセスで1回だけ有機廃棄物が投入され、その後、肥料が抽出されて別のサイクルが開始されます。

半連続投入のものは定期的に投入され、投入量に相当する量の肥料を抽出します。連続システムは、有機物とバイオガスと肥料の抽出の永続的な負荷を持つ産業プラントです。

バイオダイジェスターの利点の中には、有機性廃棄物の適切な管理を可能にし、それをリサイクルし、環境リスクを低減することが含まれます。さらに、エネルギー（バイオガス）と有機肥料が生産され、経済的および環境的価値を生み出します。

ただし、水の消費、理想的な温度レベルを維持することの難しさ、有害物質（硫化水素、シロキサン）の存在など、特定の欠点もあります。それはまた、地域の近くの原材料の蓄積と爆発の危険性を強調します。

比較的安価な自家製バイオダイジェスターを構築し、有機キッチン廃棄物を処理できます。これには、密閉蓋といくつかの配管材料（PVCパイプ、ストップコックなど）を備えたバレルのみが必要です。

より大きな規模では、農村地域の住宅では、最も経済的で比較的簡単に構築できるシステムはソーセージです。このシステムは基本的に、対応する接続​​部を備えた密封されたポリエチレン袋で構成されています。

それは何のため

-有機性廃棄物の処理とリサイクル

バイオダイジェスターは、有機性廃棄物の持続可能な管理と再生可能エネルギーの生産の観点から、非常に有用な技術的代替手段です。たとえば、それらは、バイオダイジェスターの原料に変換される固体および液体の有機廃棄物のリサイクルの代替手段を提供します。

この方法で有機性廃棄物をリサイクルすることは、その汚染の影響を減らし、その管理に節約をもたらします。バイオダイジェスターは、廃水処理、都市固形有機廃棄物処理、農業廃棄物、家畜廃棄物に使用されます。

-バイオガスとバイオ肥料の生産

嫌気性消化プロセスでは、バイオガスと有機肥料が製品として生成されます。

バイオガス

バイオガスは、高カロリー燃料である約60％のメタンガスを含み、エネルギー生産に使用できます。調理、電気エネルギー（ガスタービン）の生成、モーターの移動、暖房に使用できます。

バイオ肥料

バイオダイジェスターから生じるバイオ肥料は、高レベルの多量栄養素と微量栄養素を含む状態（バイオゾル）と液体（バイオオール）で得られます。基本的な主要栄養素（リン、窒素、カリウム）は、限外濾過と逆浸透プロセスを介して生物から分離して取得できます。

Biolには、特にインドール酢酸、ジベレリン、サイトカイニンなど、植物の成長に役立つ大量の成長ホルモンが含まれています。

どのように機能しますか

バイオダイジェスターは、含水有機物を分解し、空気がない状態で、嫌気性消化によりバイオガス化プロセスを生成することによって機能します。これは、主な生成物がメタンガス（CH4）と二酸化炭素（CO2）である発酵プロセスを通じて発生します。

-バイオダイジェスターをロードして振る

これは、有機物がローディングチューブを介してバイオダイジェスターに追加されるように準備されているタンクで構成されるローディングタンクを介して実行されます。

有機物の処理と負荷

バイオダイジェスターは定期的に有機物とその収容能力のために十分な水を供給されなければなりません。この意味で、バイオダイジェスターの体積の25％は、生成されたガスの蓄積のために空けておかなければなりません。

次に、有機物の種類と品質も、肥料としての固形廃棄物と液体廃棄物の生産性と使用の有無に影響します。一部の有機性廃棄物は、培地を過度に酸性化する可能性のある柑橘類の残渣など、発酵プロセスで問題を引き起こす可能性があります。

材料は粉砕または可能な限り最小のサイズに縮小する必要があり、発酵を促進するには、混合物に75％の水と25％の有機物が含まれている必要があります。混合物の発酵プロセスの均一性を保証するために、定期的に攪拌する必要があります。

温度と保持時間

完全な発酵を達成するためのバイオダイジェスター内の有機物の保持時間は、これのタイプと温度に依存します。周囲温度が高いほど、発酵は速くなります（たとえば、30℃では、バイオダイジェスターの再充填に約20日かかる場合があります）。

-嫌気性消化

嫌気性消化。出典：Tilley、E.、Ulrich、L.、Lüthi、C.、Reymond、Ph。、Zurbrügg、C.

バクテリアは、空気の不在、20°C（理想的には30-35°C）以上の温度、あまり酸性ではない培地などの適切な環境条件を必要とするプロセスで作用します。これらの条件下では、3つのフェーズが発生します。

加水分解

このプロセスでは、細胞外酵素を分泌する加水分解細菌が働きます。したがって、炭水化物、タンパク質、脂質の複雑な鎖は、より小さな可溶性の部分（糖、アミノ酸、脂肪）に分解されます。

酸性化または発酵段階

前の段階の可溶性化合物は、揮発性脂肪酸、アルコール、水素、CO2に発酵されます。

アセトジェネシス

酢酸源菌は、炭素源として有機酸を酸化する働きをします。それらは酢酸（CH3COOH）、水素（H2）、二酸化炭素（CO2）を生成し、硫化水素の存在によって不快な臭いが発生します。

メタン生成またはメタン生成相

最後のフェーズでは、メタン生成細菌が作用して、メタン生成の生成物を分解し、メタンを生成します。自然界では、これらの細菌は沼地、水生環境、反芻動物の胃で作用します。

この段階の最後に、混合物にはメタン（45〜55％）、二酸化炭素（40〜50％）、窒素（2〜3％）、硫化水素（1.5〜2％）が含まれます。

-バイオダイジェスターからの排出

バイオガスと肥料の生産率は、バイオダイジェスターの種類、それを供給する有機物、および温度に依存します。バイオガスはバイオダイジェスターの上部に蓄積し、パイプを通して貯蔵タンクに抽出されます。

発酵が終了すると、汚泥（固体と液体の混合物）がパイプから抽出されます。排出は、連絡容器の原理によって生成されます。つまり、新しい材料をロードするときに、圧力によって反対側から余剰が出てきます。

導入された物質（有機性廃棄物と水）と生成物（バイオゾルとバイオール）の比率は、ほぼ1：0.9です。これは90％の収量に相当し、最も高い比率が生物（液体）に対応します。

-バイオガス：精製

生成されたガスは、両方の化合物をトラップするトラップを使用して、硫化水素と水の含有量を除去または削減するために精製する必要があります。これは、これらのコンポーネントの腐食力による機器の損傷のリスクを減らすために必要です。

排水器

バイオガスによって運び去られた水は、パイプがより広い空間に開いたときに沈殿し、ガスは別の狭窄部を通過し続けます。このパイプは、最後に下部のドレンコックによって抽出された水を収容するための大きな密閉容器で終わります。

硫化水素トラップ

バイオガスから硫化水素を抽出するプロセスはウォータートラップのプロセスと似ていますが、パイプの経路に挿入されるトラップには、鉄片またはスポンジが含まれている必要があります。バイオガスが鉄床を通過するとき、硫化水素はそれと反応して沈殿します。

-肥料：分離と堆肥化

バイオゾルとバイオールの混合物は、両方の成分を分離するためにデカンテーションプロセスにかけられます。バイオゾルは単独で使用することも、後で固形肥料として使用するために堆肥と混合するプロセスに従うこともできます。

Biolは、液体の葉面肥料として使用されるか、または灌漑水に追加され、水耕栽培システムで非常に役立ちます。

タイプ

ドイツでのバイオガス生産。出典：Volker Thies（Asdrubal）

バイオダイジェスターは、負荷の周期性と構造形状に応じて分類されます。読み込み頻度により、次のようになっています。

-不連続

不連続システムまたはバッチシステムは、完全に充填され、バイオガスの生成が停止するまでリロードされない密閉タンクで構成されます。ガスは、タンク（ガスメーター）の上部に取り付けられたフローティングコレクターに蓄積されます。

このタイプのバイオダイジェスターは、有機性廃棄物の可用性が断続的である場合に使用されます。

-半連続

不連続システムとは異なり、積み込みと積み降ろしはバイオガス製造プロセスの特定の時間に行われます。その建設システムによると、3つの基本的なタイプがあります。

バルーンまたはソーセージのバイオダイジェスター

台湾語とも呼ばれ、ポリエチレン製のバッグまたはシリンダーが設置されている、コンクリートで裏打ちされた平らなピットで構成されています。有機廃棄物の入口とバイオガスの出口のための接続は、このバッグに取り付けられなければなりません。

シリンダーは水と空気で満たされ、後に有機廃棄物の負荷が追加されます。

固定ドーム型バイオダイジェスター

いわゆる中国のバイオダイジェスターであり、レンガやコンクリートで作られた地下タンクで構成されています。タンクは、凸状または丸みを帯びた端部を持つ垂直シリンダーであり、ロードおよびアンロードシステムを備えています。

バイオガスは、この目的のために確立された上部ドームの下の空間に蓄積します。バイオダイジェスターは、その生産に応じて可変圧力のバイオガスで動作します。

フローティングドームバイオダイジェスター

ヒンズー教のバイオダイジェスターと呼ばれ、積み下ろしシステムを備えた地下の円筒形タンクで構成されています。それはレンガまたはコンクリートで構築されており、その上部にバイオガスが蓄積するフローティングタンク（ガスメーター）があります。

蓄積されたバイオガスのおかげで、ステンレス鋼またはプラスチックでコーティングされたグラスファイバーガスメーターがミックスの上に浮きます。一定のガス圧を維持するという利点があります。

その後、ガスメーターは混合物のレベルとバイオガスの量に応じて上下します。したがって、壁との摩擦を回避するには、サイドレールまたは中央のガイドロッドが必要です。

-継続的

この場合、バイオダイジェスターのロードとアンロードは連続的なプロセスであり、有機性廃棄物の永続的な利用が必要です。それらは一般にコミュニティ廃水の処理に使用される大規模な産業システムです。

このため、収集タンクシステム、バイオダイジェスターへの移送用ポンプ、および肥料抽出が使用されます。バイオガスはフィルターシステムにかけられ、ユーザーへの分配を保証するために圧縮により分配されます。

利点

リサイクルと汚染

バイオダイジェスターの設置により、有機性廃棄物のリサイクルが可能になり、環境汚染が減少し、有用な製品が得られます。農村地域の場合、家畜システムにおける動物の排泄物の管理にとって特に重要です。

バイオガスの入手

バイオガスは、主に他のエネルギー源にアクセスできない地域での効率的で経済的なエネルギー源です。経済的に低迷している国の農村地域では、調理は薪で行われ、環境に影響を与えます。

バイオガスを利用できることは、薪の需要を減らすのに役立ち、したがって生物多様性の保全にプラスの影響を与えます。

肥料生産

バイオダイジェスターにより、固体有機肥料（バイオゾル）と液体（バイオオール）が得られます。これらの肥料は環境への影響が少なく、農業生産のコストを削減します。

健康

有機性廃棄物の適切な管理を可能にすることにより、それらが健康にもたらすリスクが低減されます。病原体の85％が生物消化プロセスを生き残ることができないことが確認されています。

たとえば、35°Cの糞便性大腸菌群は24時間で50〜70％、真菌は95％減少します。したがって、クローズドプロセスであるため、悪臭が低減されます。

短所

水の可用性

混合が必要なため、システムは水の利用可能性の点で厳しいです。一方、バイオダイジェスターは、原材料の供給源とバイオガス消費サイトの近くにある必要があります。

温度

biodigesterは35°Cに近い20と60°Cの間の範囲内の一定の温度を維持する必要があります。したがって、外部からの熱入力が必要になる場合があります。

有害な副産物

毒性があり腐食性のある硫化水素（H2S）や、化粧品や有機性廃棄物の混合物に含まれるシリコーン由来のシロキサンを生成できます。これらのシロキサンは、機械や部品の研磨剤であるSiO2（二酸化ケイ素）を生成します。

これらの副産物の存在と濃度は、他の要因の中でも、使用される原材料、水と固体基質の比率に依存します。

廃棄物の蓄積

バイオダイジェスターの近くに廃棄物を蓄積することが必要であり、それには対処しなければならないロジスティックおよび衛生上の問題が伴います。

爆発の危険

これは燃料ガス生成システムであるため、適切な予防策を講じない場合、爆発の特定のリスクを伴います。

費用

バイオダイジェスターのメンテナンスと操作は比較的安価ですが、初期の設置と建設のコストは比較的高くなる可能性があります

自家製のバイオダイジェスターの作り方

ホームバイオダイジェスター。出典：Kevinsooryan

バイオダイジェスターは、基本的な要素として、それぞれのストップコックを備えた発酵、ロードおよびアンロードパイプのタンクを必要とします。さらに、バイオガスと肥料のためのタンクが必要です。

ガス漏れを防ぐために、システム全体が気密でなければならないことに注意することが重要です。一方、システムは、水や硫化水素による損傷を避けるために、PVCやステンレス鋼などのステンレス材料で構成する必要があります。

-発酵タンク

処理する有機性廃棄物の量に応じて容量が異なるプラスチック製のバレルまたはタンクを使用できます。このタンクには密閉された蓋が必要です。密閉されていない場合、蓋は耐熱プラスチック接着剤で密閉する必要があります。

タンクには4つの穴が必要であり、それらに行われるすべての取り付けは、高温シリコーンで密封する必要があります。

カバーを読み込んでいます

この穴はタンクキャップの中央にあり、長さは4インチ以上で、ねじ付きの衛生プラグを取り付ける必要があります。このプラグは4インチのPVCチューブに接続され、底から10 cmまで垂直にタンクに入ります。

この入口は、以前に細断された、または細断された有機性廃棄物を積み込むのに役立ちます。

排水口1

タンクスペースの25％はガスを蓄積するために空けておく必要があるため、そのレベルの側面に穴を開ける必要があることを覚えておくことが重要です。この穴には、長さ15 cmの2インチPVCパイプのセグメントを備えたタンクアダプターがストップコックとともに取り付けられます。

このドレンの機能は、タンクが装填蓋を通して再充填されると、上澄みの生物を逃がすことです。biolは、後で使用するために適切なコンテナに保管する必要があります。

排水口2

この2番目の排水口は、発酵産物（バイオゾル）の最も密度の高い部分を抽出するために、タンクの底に行く必要があります。同様に、ストップコック付きの長さ15 cmの2インチPVCパイプのセグメントが使用されます。

バイオガス出口

タンクアダプターを使用して等径のPVCパイプを取り付けるには、タンク上部に1/2インチの穴を開けます。このパイプは、出口にコックがあります。

-バイオガス出口と精製システム

バイオガスアウトレットチューブは、水と硫化水素抽出システムを経路に挿入するために、少なくとも1.5 mの長さが必要です。その後、必要に応じてこのチューブを延長して、ガスを保管場所または使用場所に移動できます。

水抽出

出口から水を除去するには、パイプを30 cmで中断して、密閉蓋付きのプラスチックまたはガラスの容器を挿入する必要があります。ガスが容器に浸透するために、ガス移送管はT接続を介してバイパスを備えている必要があります。

このようにして、ガスが容器を満たし、水が凝縮し、ガスがパイプを通過します。

硫化水素抽出

ウォータートラップの後、4インチのパイプセグメントが、対応するリダクションによって次の30 cmに挿入されます。このセグメントは、鉄の削りくずまたは市販の金属スポンジで満たされている必要があります。

硫化水素は金属と反応して沈殿しますが、バイオガスは貯蔵容器または使用場所に移動し続けます。

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