تبلیغات
انجمن علمی مکانیک و مکانیزاسیون کشاورزی دانشگاه محقق اردبیل - بیو گاز(1)
23 آذر 90

بیو گاز(1)

   نوشته شده توسط: محمد نوری    نوع مطلب :مکانیزاسیون کشاورزی ،

تاریخچه بیو گاز

بنابر شواهد، اولین بار پارسیان باستان به وجود گازهای قابل اشتعال در گیاهان پوسیده پی بردند. آنچه که ما امروز به عنوان بیوگاز یا گاز ناشی از فرایندهای بیولوژیک می‌شناسیم قدمتی چندین‌هزار ساله دارد.
اما تاریخچه استفاده از بیوگاز به حدود 2000 تا 3000 سال پیش و به چین باستان باز می گردد. چنان که مارکوپولو در سفرنامه‌ی خود به وجود مخازن سرپوشیده فاضلاب اشاره کرده است

مشهورترین نمونه‌ی استفاده کاربردی از فاضلاب در ایران در حمام شیخ بهایی است که در دوره ی صفویه (قرن 11 هجری) توسط شیخ بهایی طراحی شد. گرمای آب خزینه‌ی این حمام توسط گازهای ناشی از فاضلاب مسجد جمعه و شعله‌ی یک شمع تامین می‌شده است.

اما شناخت علمی گاز متان و استحصال و کاربرد گسترده از بیوگاز به شکل امروزی به قرن 19اُم و اوایل قرن بیستم باز می‌گردد. در سال 1808م، سِر همفری دیوی به وجود گاز متان در فضولات حیوانی پی برد. وی با استفاده از دستگاه تقطیر و در شرایط خلاء در آزمایشگاه موفق به جمع‌آوری گاز متان ازمخلوط فضولات گاوی و کاه شد.


 

 

بیو گاز چیست؟

مخلوطی از سه ترکیب عمده به نام‌های متان، دی‌اُکسیدکربن و سولفید‌ِهیدروژن است که حاصل تجزیه بی هوازی و تخمیر زیست توده بوسیله‌ی باکتری‌های متانوژن است. جژء قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی 6۰ تا۷۰ درصد آن را شامل می شود. متان، گازی است بی‌رنگ و بی‌بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، ۲۵۲ کیلوکالری( 1052.3کیلوژول) انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است. دو ترکیب دیگر به ویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است، جزء ترکیب‌های سمی هستند. از مزیت های مهم متان به دیگر سوخت ها این است که، هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند.

ویژگی و چگونگی تولید بیوگاز

 بیوگاز به نام گاز مرداب نیز شهرت یافته با تركیبی از متان ‏‎(CH4)‎‏ و دی اكسیدكربن ‏‎(CO2)‎‏ و بوی ‏قابل تشخیص مانند تخم مرغ گندیده.

دمای احتراق بیوگاز حدود 700 درجه سانتیگراد (دمای احتراق گازوئیل 350 درجه سانتیگراد و نفت و پروپان ‏‏500 درجه سانتیگراد ) و دمای شعله حاصل از آن 870 درجه سانتیگراد است . بیوگاز مانند سایر سوخت های ‏گاز قابل احتراق بوده و با نسبت 1- 20 با هوا مخلوط شده و سرعت اشتغال آن بالا می باشد . ارزش حرارتی آن ‏در حدود 6 كیلووات ساعت بر مترمكعب است (یعنی برابر ارزش حرارتی نیم لیتر سوخت گازوئیل).

چگونگی تولید بیو گاز

 دستگاههای بیوگاز در شكل كلی از دو حوضچه ورودی و خروجی و یك مخزن تخمیر(هاضم) و یك مخزن گاز ‏تشكیل شده اند كه شرایطی از قبیل آب و هوا ، فرهنگ ، اقتصاد و تكنولوژی باعث وجود اشكال مختلف و ‏مدلهای گوناگون گردیده است . در تمام این دستگاهها آب و مواد اولیه در حوضچه ورودی مخلوط شده و از آنجا ‏به مخزن تخمیر هدایت شده كه پس از تخمیر و تولید گاز با اضافه كردن مواد اولیه به سوی مجرای خروجی و ‏حوضچه خروجی هدایت می گردند.

 

باکتری‌های متانوژن که واکنش های تجزیه‌ای و بی هوازی را به منظور تولید بیوگاز انجام می‌دهند قادر به شکستن و تجزیه مواد آلی پیچیده و ساده هستند که سرانجام به تولید بیوگاز منجر می شود. این باکتری‌‌ها ازدو دسته باکتری‌های مزوفیل و گرما دوست هستند و به ترتیب در دمای 37 تا 45 درجه سانتیگراد و 50 تا 52 درجه سانتیگراد می توانند زندگی کنند. در مورد باکتری گرما دوست این حرارت می تواند تا 70 درجه سانتی گراد افزایش یابد. در این دما، باکتری‌ها بیشترین فعالیت آنزیمی را برای تجزیه موادآلی و تولید بیوگاز دارند. از شرایط مطلوب دیگر برای تولید بیوگاز، قلیایی بودن (PH=7-8) محیط واکنش است.

 باکتری ها فرآیند تجزیه را در چهار مرحله انجام می دهند:

مرحله اول: هیدرولیز مواد آلی پیچیده و نامحلول و تبدیل این مواد به تركیبات محلول.
مرحله دوم:
تركیبات آلی محلول حاصل از مرحله اول به وسیله باكتری‌های اسیدساز شكسته شده و در نتیجه اسیدهای آلی تولید می‌شود.
مرحله سوم:
معمولاً هیدروكربن‌های پنج و شش كربنی در آب حل شده و توسط باكتری‌های اسیدساز مورد مصرف واقع شده و به تركیباتی از قبیل هیدروژن،‌فورمات، استات، پروپیونات و گاز كربنیك تبدیل می‌شوند.
مرحله چهارم:
تمام تركیبات آلی و اسیدهای تولید شده در مرحله اسیدسازی توسط باكتری‌های متان ساز به بیوگاز تبدیل می‌شوند.

 

حوضچه ورودی

این حوضچه در سطح فوقانی زمین و در مقابل حوضچه خروجی در ‏طرف دیگر مخزن تخمیر ساخته شده و از طریق مجرای ورودی مواد اولیه را كه با آب مخلوط شده به قسمت ‏تحتانی مخزن تخمیر انتقال می دهد و عمل اصلی این حوضچه مخلوط آب و مواد اولیه است كه این عمل با دست ‏انجام می گیرد . اندازه متعادل حوضچه با حالت استوانه ای شكل دارای شعاع ‏cm‏40 و حداكثر ارتفاع ‏cm‏40 ‏است كه در ارتفاعی بالاتر از سطح زمین قرار می گیرد

 

‏حوضچه خروجی

 این حوضچه در طرف مقابل حوضچه ورودی به نحوی ساخته می شود تا سطح فوقانی آن هم سطح زمین باشد تا ‏هنگام ورود مواد اولیه از حوضچه ورودی بنا به قوانین فشار مایعات و ظروف مرتبطه مواد تخمیر شده از كف ‏مخزن تخمیر به طرف مجرای خروجی و حوضچه خروجی هدایت گردد . مجرای خروجی ‏cm‏20 از سطح زمین ‏قرار می گیرد و مجرای ورودی در 50 سانتیمتری عمق زمین تا مواد تخمیر شده پس از ورود مواد اولیه از طریق ‏مجرای خروجی خارج گردد.

 

تانک تخمیر

اساسی ترین قسمت یك ‏دستگاه بیوگاز است . در این محفظه پس از ورود مواد اولیه و تثبیت درجه حرارت و رطوبت (عدم نفوذ آب) و ‏عدم نفوذ هوا ، تخمیر یا تجزیه غیرهوازی توسط باكتریهای متان زا صورت می گیرد و بدین ترتیب گاز در این ‏مخزن تولید می شود . ساختمان این مخزن با توجه به شرایط آب و هوایی و امكانات فنی و اقتصادی متفاوت است ‏
مثلاً در مناطق سردسیر در عمــق زمین قــرار می گیرد و دیـواره های آن عایق بندی می شود و یا در مناطقی كه ‏باران زا و احتمال نفوذ آب به داخل آن می باشد بدنه آن را برای جلوگیری از نفوذ آب ، آب بندی و قیراندود می ‏كنند تا هم مانع نفوذ آب گردد و هم درجه حرارت آن ثابت بماند . مجراهای ورودی و خروجی در داخل مخزن ‏باید به طریقی طراحی و اجرا شود تا با ورود مواد جدید ، مواد تخمیر شده از كف مخزن به بالای آن منتقل شده و ‏به داخل حوضچه خروجی هدایت گردد . در بعضی مواقع در داخل مخزن یك همزن نیز تعبیه می كنند كه این امر ‏نقش مهمی در تولید گاز دارد . ‏

 

محفظه گاز

‏ این محفظه كه محل تجمع گازهای ایجاد شده ، در اثر تخمیر مواد می باشد ، اصولاً از یك استوانه ته بسته با ورقه ‏های فولادی به ضخامت 1 تا 3 میلیمتر ساخته می شود . سقف آن را به صورت مخروطی می سازند تا هم مقدار ‏بیشتری گاز در آن ذخیره شود و هم آب باران روی آن جمع آوری نگردد و پوسیدگی ایجاد نكند . در مركز رأس ‏آن یك لوله فلزی را از داخل آن جوشكاری می كنند تا پایین رفتن و بالا رفتن آن در هنگام مصرف گاز یا تولید ‏گاز كنترل شود . به طــوری كه هرگاه گاز بیشتری تولید شد . محفظــه به طرف بالا حركت می كند و در روی ‏سرپوش مخزن نیز شیری جهت تخلیه گاز نصب می گردد تا به وسیله باز و بسته كردن آن گاز به طرف محل ‏مصرف هدایت گردد . مخزن گاز باید زنگ زدایی شده و پوشش رنگ از بروز زنگ زدگی در آن جلوگیری شود و ‏همواره سطوح داخلی و خارجی آن از نظر زنگ زدگی كنترل شود .

 

جدول تركیبات بیوگاز

نام گاز

فرمول

درصد تركیب

متان

CH4

55 تا 65%

گازكربنیك

CO2

35 تا 45%

نیتروژن (ازت)

N2

0 تا 3%

هیدروژن

H2

0 تا 1%

اكسیژن

O2

0 تا 1%

هیدروژن سولفوره

H2S

0 تا 1%

 

بیو گاز لندوفیل

بیوگاز لندفیل از تجزیه بی‌هوازی زباله‌های شهریِ تَر تولید می‌شود. پسماندها در لندفیل دفن می‌شوند و در غیاب اکسیژن و توسط فعالیت باکتری‌های بی‌هوازی به‌تدریج تجزیه و گازهای ناشی از آن به‌تدریج از زیست-توده آزاد می‌شود.
 
در صورتی که لندفیل به‌درستی طراحی نشده باشد، این گازها به آرامی در فضای لندفیل آزاد و وارد جو می‌شود.

گاز های تشکیل دهنده بیو گاز لندوفیل

   

 

ماده

درصد %

متان،CH4

70 -50

دی اکسیدکربن،CO2

50-25

نیتروژن،N2

10-0

هیدروژن،H2

1-0

سولفید هیدروژن،H2S

3-0

اکسیژن،O2

2-0

 

 بیوگاز توسط لوله‌هایی که در لندفیل به‌دقت جاسازی شده است جمع‌آوری و برای تولید برق به واحدهای نیروگاه انتقال می‌یابد. در نیروگاه گازهای تشکیل دهنده بیوگاز توسط فرایندهای جداسازی از یک‌دیگر جدا شده و متان خالص شده توسط مولدهای مختلفی به نیروی الکتریکی تبدیل می‌شود.
برداشت بیوگاز از دفن‌گاه‌های زباله از مباحث پر اهمیت مدیریت پسماند است. زیرا متان از عمده ترین گازهای گلخانه‌ای است که در پدیده‌ی گرم شدن کره زمین تاثیرگذار است و اثر آن در گرمایش زمین بسیار بیشتر از اثر دی‌اُکسیدکربن است. همچنین موارد متعددی از انفجار و آتش‌سوزی این گاز در دفن‌گاه‌های زباله که به‌حال خود رها شده‌اند گزارش شده است. به‌علاوه با در نظر گرفتن مقدار انرژی حاصل از منابع فوق که به‌طور میانگین در ایران سالانه حدود 35/16146 متر مکعب بیوگاز (9175 میلیون متر مکعب متان) با ارزش حرارتی 17 10x367/3 ژول انرژی است، صرف نظر کردن از آن عاقلانه نیست.

هر ساله جامعه‌ی ایرانی حدود 15 میلیون تن زباله‌ی شهری و 6/4 میلیارد متر مکعب فاضلاب شهری و صنعتی تولید می‌کنند. فناوری بیوگاز پتانسیل مهمی برای تولید انرژی در کشور است. استفاده از بیوگاز طی سال‌های گذشته به‌طور مداوم رشد داشته است، اما بخش عظیمی از این پتانسیل بی‌استفاده مانده است. بیوگاز محصول زباله‌هاست و استحصال آن نیاز به فناوری پیچیده‌ای ندارد.

  

جدول مقایسه خواص گازهای با بیوگاز

نوع گاز

هوای مورد نیاز m3

سرعت فشار در هوا cm/s

وزن مخصوص نسبت به هوا

ارزش حرارتی

تركیبات

درصد

عناصر

متان

5/9

43

55%

94/9

100

CH4

پروپان

8/23

57

56/1

94/25

100

C4Hg

بوتان

9/3

45

07/2

02/34

100

CH4H10

گاز طبیعی

7

60

38%

52/7

35 و 65

CH4H2

گاز شهری

7/3

82

41%

07/4

24 و 26 و 50

CH4O2N2

بیوگاز

7/5

40

94%

96/5

40 و 6

CH4CO2

 نیرو گاه بیو گاز مشهد

نیرو گاه بیو گاز مشهد

هندی، در حال استفاده از بیو گاز برای پخت و پز


دستگاه تولید بیو گاز متحرک


foot complaints
24 شهریور 96 13:00
Ahaa, its pleasant discussion concerning this paragraph
here at this blog, I have read all that, so at this time me also commenting at this place.
Do you get taller when you stretch?
30 مرداد 96 13:01
Wow, incredible blog layout! How long have you been blogging for?
you make blogging look easy. The overall look of your site is great,
let alone the content!
How do you get rid of Achilles tendonitis?
14 مرداد 96 13:21
It's a pity you don't have a donate button! I'd without
a doubt donate to this superb blog! I guess for now i'll
settle for book-marking and adding your RSS feed to my Google account.
I look forward to fresh updates and will share this website with my Facebook group.

Talk soon!
http://delisaworchester.blog.fc2.com
21 تیر 96 23:00
Does your website have a contact page? I'm having problems locating it but, I'd
like to send you an email. I've got some creative ideas for your blog you might be interested
in hearing. Either way, great website and I look forward to seeing it grow over time.
std testing
5 تیر 96 08:13
بسیار قلب از خود نوشتن در حالی که صدایی دلنشین
در آغاز آیا نه نشستن کاملا با من پس از برخی از زمان.
جایی در سراسر پاراگراف شما در واقع قادر
به من مؤمن متاسفانه تنها برای بسیار در
حالی که کوتاه. من این کردم مشکل خود را با فراز در منطق و شما خواهد را خوب به پر کسانی که
معافیت. در این رویداد شما در واقع که می توانید انجام من را مطمئنا بود در گم.
BHW
25 فروردین 96 07:52
Definitely believe that which you stated. Your favorite justification appeared to be on the net the easiest thing to be aware
of. I say to you, I certainly get irked while
people think about worries that they just don't know about.

You managed to hit the nail upon the top as well
as defined out the whole thing without having side-effects , people could take a
signal. Will probably be back to get more.
Thanks
manicure
22 فروردین 96 06:25
I have to thank you for the efforts you have put in writing this website.

I am hoping to see the same high-grade content
from you later on as well. In fact, your creative writing abilities has motivated me to get my own website now ;)
manicure
20 فروردین 96 05:32
Hi, I think your site might be having browser compatibility issues.
When I look at your blog site in Safari, it looks fine but when opening in Internet
Explorer, it has some overlapping. I just wanted to give you
a quick heads up! Other then that, terrific
blog!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر