کارخانه‌های تصفیه فاضلاب از بیوگاز برای انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند

تصور کنید یک تصفیه خانه فاضلاب که نه تنها فاضلاب را تصفیه می کند، بلکه انرژی خود را نیز تولید می کند - حتی به یک تامین کننده برق محلی تبدیل می شود. ممکن است شبیه یک داستان علمی تخیلی به نظر برسد، اما این دیدگاه به سرعت در حال تبدیل شدن به واقعیت است.

در سطح جهانی، فرآیندهای مکانیکی و بیولوژیکی بر تصفیه فاضلاب شهری غالب هستند. در حالی که تأسیسات مدرن به طور موثر آلاینده ها را حذف می کنند، یک محصول جانبی اغلب نادیده گرفته شده تولید می کنند: لجن. با این حال، این باقیمانده بی ادعا، پتانسیل انرژی و زیست توده عظیمی را در خود جای داده است. برای باز کردن ارزش آن، لجن ابتدا باید تحت درمان قرار گیرد تا بیش از 95٪ از محتوای آب، آلاینده ها، عوامل بیماری زا و بوهای آن حذف شود.

تصفیه موثر لجن باید چندین استاندارد مهم زیست محیطی و عملیاتی را برآورده کند:

• بهره وری هزینه: تعادل سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی.
• بهینه سازی انرژی: به حداقل رساندن مصرف در حالی که حداکثر انرژی خود تولیدی را به حداکثر می رساند.
• کاهش حجم: کاهش مقدار لجن.
• بهبود کیفیت: بهبود لجن برای استفاده مجدد.
• ایمنی محیطی: اطمینان از اینکه پساب تصفیه شده استانداردهای تخلیه سختگیرانه را برآورده می کند.

دو رویکرد اصلی بر تصفیه لجن غالب هستند:

• تثبیت هوازی: از اکسیژن در مخازن لجن باز استفاده می کند اما به فضای قابل توجه و انرژی برای هوادهی نیاز دارد.
• تثبیت بی هوازی: به دلیل هزینه های کمتر، راندمان انرژی بالاتر و مزایای زیست محیطی، برای کارخانه های متوسط ​​تا بزرگ ترجیح داده می شود. محصول جانبی بیوگاز آن حتی می تواند برق تولید کند. برخی از تأسیسات هر دو روش را برای دستیابی به نتایج مطلوب ترکیب می کنند.

با افزایش تقاضای انرژی و تشدید مقررات کربن، هضم بی هوازی مزایای قانع کننده ای را ارائه می دهد:

• مواد آلی را حدود 50٪ کاهش می دهد و آن را به بیوگاز قابل احتراق تبدیل می کند.
• انرژی تجدیدپذیر تولید می کند و در عین حال وابستگی به انرژی خارجی را کاهش می دهد.
• هزینه های عملیاتی و الزامات زمین را کاهش می دهد.
• کنترل بو، بهداشت و تأثیر آب و هوا را از طریق CO بهتر بهبود می بخشد ₂ تعادل.

تغلیظ لجن قبل از تثبیت، حجم را کاهش می دهد، راندمان راکتور را بهبود می بخشد و تولید بیوگاز را افزایش می دهد. بیوراکتورهای مدرن - هسته سیستم های بیوگاز - باید ضد هوا، عایق و مقاوم در برابر خوردگی باشند و در عین حال بارگیری و نگهداری آسان را تسهیل کنند.

کنترل دما و زمان ماندگاری بسیار مهم است. سیستم های سنتی از سپتیک تانک ها برای تخمیر حدود 20 روز استفاده می کنند و بیوگاز (50-70٪ متان) برای برق تولید می کنند. سیستم های با دمای بالا در حال ظهور (>53 درجه سانتیگراد) زمان پردازش را به 15 روز یا کمتر کاهش می دهند. عوامل عملیاتی کلیدی عبارتند از:

• مخلوط کردن لجن از طریق همزن، پمپ یا تزریق گاز.
• جلوگیری از لایه بندی لجن.
• گرمایش راکتور، ایده آل با استفاده از گرمای اتلافی.

پس از تثبیت، لجن را می توان تا 20-35٪ محتوای جامد (یا 95٪ با خشک کردن) برای استفاده به عنوان کود کشاورزی یا سوخت آب زدایی کرد. درمان های اضافی مانند خشک کردن حرارتی (>80 درجه سانتیگراد) یا تنظیم آهک (pH ≥12) حذف پاتوژن را تضمین می کند.

با ~6.5 کیلووات ساعت بر متر ³ راندمان حرارتی (بیش از نیمی از ارزش انرژی گاز طبیعی)، بیوگاز می تواند نیروگاه های تصفیه را تامین کند یا از طریق موارد زیر به شبکه ها تغذیه کند:

• سیستم های حرارت و برق ترکیبی (35-40٪ برق، 60٪ بازیابی حرارت).
• استفاده مستقیم در موتورهای گازی.
• تولید بخار یا آب گرم.

کارخانه های بزرگ می توانند به 100٪ خودکفایی انرژی دست یابند. تولید بیوگاز به تجزیه میکروبی متکی است: باکتری های اسید ساز مواد آلی را به ترکیبات ساده تر تجزیه می کنند، که متانوژن ها سپس آنها را به متان و CO تبدیل می کنند. ₂ .

در حالی که برخی از کارخانه ها از بیوگاز استفاده کمتری می کنند، سیستم های بهینه شده - مانند هاضم های گرم شده با بخار مسکو یا فناوری هیدرولیز حرارتی نروژ - پتانسیل آن را نشان می دهند. نوآوری ها عبارتند از:

• هضم پیشرفته: دو برابر شدن بازده بیوگاز با جدا کردن فازهای هیدرولیز و متان.
• هیدرولیز حرارتی: استفاده از بخار با فشار بالا برای تجزیه لجن، کاهش حجم تا 50٪ و سه برابر شدن خروجی متان.

تولید بیوگاز مزایای قابل اندازه گیری را ارائه می دهد:

• انتشار متان از ذخیره سازی زباله های باز را کاهش می دهد.
• CO را کاهش می دهد ₂ و آلودگی نیتروژن.
• از منابع آب و جنگل ها محافظت می کند.
• استفاده از کودهای مصنوعی را کاهش می دهد.

با وجود وعده هایش، بیوگاز با موانعی روبرو است:

• احتراق به طور کامل انتشار گازهای گلخانه ای را از بین نمی برد.
• در دسترس بودن خوراک با گرایش روستایی، مقیاس پذیری شهری را محدود می کند.
• هزینه های اولیه بالا برای سیستم های کوچک ممکن است مشوق کشت های انرژی از نظر زیست محیطی خطرناک باشد.
• آلاینده های بیوگاز (به عنوان مثال، جیوه، ترکیبات سرب) برای مطابقت با استانداردهای کیفیت هوا به فیلتراسیون سختگیرانه تری نیاز دارند.

با این حال، با پیشرفت فناوری، سیستم های بیوگاز آماده هستند تا نقش فزاینده ای در مدیریت پسماند پایدار و تولید انرژی تجدیدپذیر در سراسر جهان ایفا کنند.