. امروزه با افزایش جمعیت و گسترش دائمی شهرها, نیاز انسان به مواد مصرفی روز به روز بیشتر می شود و زیاد شدن مواد مصرفی موجب افزایش زباله می گردد که انسانها به نحو فزاینده ای آنها را به محیط زیست تحمیل می نمایند. باید توجه داشت که این زباله ها از عوامل آلودگی به شمار می رود و نه تنها زندگی حیوانات و گیاهان را به خطر می اندازند بلکه به آلودگی خاک, آبهای زیر زمینی و در برخی موارد مرگ و میر آبزیان منجر می شود. بطور مثال در ایران فقط طی سالهای 65- 1335 بمدت 30 سال جمعیت شهرها از حدود 6 میلیون به 26 میلیون افزایش یافته و این در حالی است که جمعیت روستاها از 13 به 22 میلیون رسیده است و این ارقام گویای رشد نامتناسب شهرها و تولید زباله بیشتر را در پی خواهد داشت.
اخیراً در جهان در رابطه با طرح تبدیل و استفاده از گاز حاصل از مواد دفعی () موج جدیدی ایجاد شده است. مثلاً در آمریکا این موج بیشتر ناشی از بندهای مربوط به نیروگاههای کوچک در قانون معروف به بوده است.
گاز متان که خود 60% از را تشکیل میدهد یکی از گازهای گلخانه ای است که از لحاظ پتانسیل ایجاد پدیده گلخانه ای, هم ارزش است و در ضمن علاوه بر اینکه این ماده قابل انفجار است در صورت عدم کنترل صحیح می تواند باعث آلودگی آبهای زیر زمینی شود.
گروهی از افراد عادی فکر می کنند که چون این گاز از زباله ها و مواد دفعی حیوانات بدست آمده است گازی خطرناک است و سوختن آن نیز نا مطمئن است ولی باید گفت موضوع بر عکس است در واقع باید متذکر شد که از لحاظ مواد حاصل از احتراق () گاز متان دارای آلودگی کمی باشد و چون دمای شعله آن پائین است میزان آن حدود 60 درصد کمتر از احتراق گاز طبیعی خواهد بود و از لحاظ علمی این گاز از انجام مجموعه ای از واکنشهای زیست شیمیایی بر روی مواد آلی تجزیه پذیر موجود در مواد دفعی طی شرایط بی هوازی تولید می گردد.
طی سالیان اخیر در اروپا نیز تکنولوژی بیوگاز بسیار مورد توجه قرار گرفته و بزرگترین مرکز بیوگاز اروپا بنام مرکز در وین پایتخت اتریش قرار دارد که در آن از گاز حاصل از دفن زباله ها برای تولید 8 مگاوات الکتریسیته استفاده می شود و گروه دیگری از کشورها حتی از این هم فراتر رفته اند و بدنبال آن هستند که از این گاز حاصله در تکنولوژی پیل سوختی خود استفاده نمایند تا بدین وسیله ارزش افزوده محصول تولیدی را بالاتر برند.
محل مصرف بیوگاز از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است و از کوره یک آبگرمکن ساده تا یک پیل سوختی را شامل می ود.
طبق اطلاعات بدست آمده پتانسیل استانهای مختلف کشور جهت تولید گاز (بیوگاز) در تحقیقی بعنوان "برآورد قابلیت گاز از محلهای دفن زباله شهری برای استانهای ایران" مورد مطالعه قرار گرفته است. این نتایج بیانگر آن است که بر اساس آنالیز زباله شهرهای مختلف امکان استحصال حجم قابل توجیهی از بیوگاز در کشور وجود دارد و البته حجم گازهای تولیدی از مراکز دفن را می توان افزایش داد.
2. تاریخچه بیوگاز :
1-2 بیوگاز چیست؟
مجموعه گازهای تولید شده از تجزیه و تخمیر فضولات حیوانی و انسانی و گیاهی در نتیجه فقدان اکسیژن و فعالیت باکتری های غیر هوازی متان که در یک محفظه هضم () تخمیر به وجود می آید که اصطلاحاً بیوگاز نام دارد. این اصطلاح در هندوستان به گبار گاز در چین مارش گاز در آلمان به بی هوگاز و درزبان فارسی به گاز ؟؟؟ مشهور است.
قسمت اعظم این گاز عموماًاز متان و گاز کربنیک تشکیل شده است و ترکیبات مختلف به نوع مواد اولیه بستگی دارد که برای تولید گاز مصرف می شود حجم و فرم ساختمانی دستگاه تولید کننده به میزان حرارت و زمان ماند مواد در مخزن تجزیه بستگی کامل دارد.
این دستگاه ها وسیله ای هستند که می توان تحت شرایط ویژه مواد فساد پذیر حیوانی و... را در محوظه مربوطه تجزیه نمود و در نتیجه یک سلسله عملیات شیشمیایی و بیو شیمیایی قسمتی از مواد آنرا که کاملاً تحت تأثیر عکس العملهای بیولوژیکی واقع می شوند به بیوگاز تبدیل نماید.
2-2 تاریخچه بیوگاز :
قدیمی ترین توضیحات در مورد خروج گاه به گاه گاز از طبقات زیرین زمین و استعمال ناقص آن توسط پیلینیوس () انجام گرفته است. شناسائی بیشتر گازهای قابل استعمال در سال 1360 میلادی توسط وان هلمونت () بوقوع پیوست. در آن زمان 15 نوع گاز قابل اشتعال بوسیله نامبرده شناسایی گردیده که یکی از آنها گازی است که از مواد قابل تجزیه یا مواد غذایی تخمیر شده در داخل دستگاه گوارش بوجود می آید از سوی دیگر دانشمندی بنام شرلی گاز مرداب () را در سال 1667 کشف نموده است.
در هر صورت به نظر می رسد اصولی ترین تاریخ علمی گاز متان که اساسی ترین ترکیب بیوگاز می باشد حاصل از مواد قابل تخمیر توسط ولتا () در سال 1776 شروع شده است. او پس از مطالعات زیاد دریافت که :
الف) مقدار گاز متان تولید شده به مقدار خاک و برگ پوسیده گیاهان بسیار وابسته است که در طبقات زیرین و رسوبی خاک بوجود آمده و خارج می شود.
ب) نسبت معینی از گاز متان در صورتی که با هوا ترکیب شود تولید انفجار می کند. ضمناً اولین تجزیه گاز متان بوسیله نامبرده صورت گرفته است.
گاین شاگرد لوئی پاستور در سال 1884 میلادی از نتیجه تخمیر یک متر مکعب کود در 35 درجه سانتی گراد, 100 لیتر متان تهیه کرد. شروع تحقیقات در زمینه تخمیر غیر هوازی و کاربرد آن در کشاورزی مربوط به شخصی بنام دیوی () است او در سال 1808 از طریق تخمیر کود گاوی و با استفاده از تقطیر در خلاء 3/0 لیتر متان تولید نمود در سال 1897 در شهر بمبعی دستگاه بیوگاز ساخته شده که گاز متان حاصل از آن به مصرف روشنائی می رسیده و در سال 1907 اولین موتور گازسوز با استفاده از این روش به بهره برداری رسیده و این روند ادامه پیدا کرد تا امروزه و در هر مرحله این کشورها به پیشرفتهای قابل توجه رسیدند.
در کشور ما ایران گفته می شود که احتمالاً حمام شیخ که ساختمان آن مربوط به قرن سوم هجری است بوسیله گاز متان گرم شده بطوریکه شعله ای از این گاز جهت گرم نمودن آب مستقیماً مورد استفاده قرار می گرفته است, در سالهای اخیر با توسعه این تحقیقات در نقاط مختلف کشور مطالعات پراکندی ای در زمینه بیوگاز به عمل آمده است که امید می رود با توجه به پیشنهادات ارائه شده هر چه بیشتر و بهتر مورد بررسی قرار گیرد. در کشور ما طبق یک بررسی کلی تا کنون حدود 60 دستگاه آزمایشی بیوگاز به شکلهای مخلف (چینی, هندی) ساخته شده و مورد بهره برداری قرار گرفته است . (شکل 1)
شکل 1: نمای کلی از یک دستگاه بیوگاز و اجزاء مختلف آن
3- بیوگاز و مکانیزمهای اصلی تولید
1-3 تولید شدن متان از تجزیه کنندگان بی هوازی: گازمتان از مولکولهای متان تشکیل شده است و هر ملکول متان شامل یک اتم کربن و چهار اتم هیروژن است. () انرژی حاصل از یک فوت مکعب آن برابر با انرژی معادل 250 کیلو کالری است. این گاز طبیعی یک سوخت فسیلی است که قرنها پیش توسط () میکرواورگانیزمهای بی هوازی که روی مواد ألی تأثیر گذاشته اند تولید شده است و بعد از یافتن معادن و ذخائر نفتی و زغال سنگ پیدا شده است.
همان باکتری هایی که گاز طبیعی را تولید کرده اند امروزه متان را تولید می کنند (بی هوازی ها) و آنها همان باکتری هایی هستند که سالها پیش روی کره زمین زندگی می کردند. این باکتری ها با تجزیه و فسا مواد آلی در غیاب اکسیژن تولید بیوگاز کرده که یک محصول اضافی و فرعی است ،که گاز متان هم جزء این گاز به حساب می آید.
تجزیه کنندگان بی هوازی که در طبیعت وجود دارند را می توان در باتلاقها و زمینهای غرقاب یا زمینهای کشت برنج و در گل ولای عمق دریاچه ها و نیز در سیستم هضم و گوارش حیوانات بزرگ جثه نیز پیدا کرد.
(تجزیه هوازی یا کمپوست شدن به مقدار زیادی اکسیژن نیاز دارد و گرما تولید می کند).
فرآیند تخمیر بی هوازی می تواند به یک محفظه در بسته هدایت شده و در آنجا قرار گیرد و یا با پوشش ایجاد شده بر روی مواد مردابی و یا کود فضولات حیوانی و یا شهری در یک محفظه حوض مانند عمل تخمیر صورت گرفته و گاز جمع آوری شود.
بیوگاز تولید شده در این روند 50 تا 80 درصد متان و 50-20 درصدی اکسیدکربن و گونه های دیگری از گازها را تشکیل میدهد.
3-2 عملیات تخمیر و هضم بی هوازی توسط باکتری ها: اصول عمل هضم در تانک تخمیر یا مخزن تجمع مواد در دستگاه های بیوگاز شامل 2 مرحله اصلی و اساسی است که هر مرحله توسط دسته خاص از اورگانیزم ها انجام می گیرد.
مرحله اول: تجزیه مواد پیچیده آلی به ترکیبات ساده توسط باکتری های اسید ساز در این مرحله چند نوع از این باکتری ها با سرعت رشد و تولید مثل می نمایند درجه حساسیت این نوع باکتری ها نسبت به محیط چندان زیاد نیست.
باکتری هایی اسید زا هستند مواد پیچیده آلی را تجزیه کرده و در درجه اول مواد را به اسید استیک () و اسید پروبیوتیک () تبدیل کرده و در این مرحله آمونیاک و تولید می شود.
مرحله دوم: اورگانیزمهای متان ساز اسیدها را به و متان تجزیه می نمایند. رشد و نمو و تولید مثل این گروه از باکتری ها به کندی صورت گرفته و نسبت به محیط خود بسیار حساس هستند و آنچه مسلم است در مخزن تخمیر بیوگازی باید تعادل این گروه از باکتری ها به صورتی باشد که متان سازها فقط اسیدهایی را که اسید سازها تولید می کنند به مصرف برسانند.
لازم به ذکر است زمانیکه اسید سازها فعالیت بیشتری نسبت به متان سازها داشته باشند محلول کاهش یافته و جلوی رشد باکتری های متان ساز گرفته می شود تا سر انجام عمل هضم متوقف گردد
انواع تخمیر :
معمولاً تخمیر را می توان بر مبنای شرایط محیطی تقسیم بندی کرد:
1. تخمیر پسیکروفیلی (زمان اقامت پیش از 100 روز و دمای واکنش 20-10 درجه سانتی گراد)
2. تخمیر مزوفیلی (زمان اقامت بیش از 20 روز و دمای واکنش 35-20 درجه سانتی گراد.)
3. تخمیر ترموفیلی ( زمان اقامت آن 8 روز و دمای واکنش 60-50 درجه سانتی گراد است.)
نوع سوم روش مورد نظر در واحدهای ساده بیوگاز مورد استفاده قرار نمی گیرد و مورد نظر 8-7 و در همان محدوده باید قرار گیرد و تغییر نکند یعنی نه اسیدی و نه قلیائی شود.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 52 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله بیوگاز
0000.jpg)
