Biodigestores de fluxo em lote

O carregamento de todo o material a ser fermentado é feito no início do processo e a descarga do efluente é feita no final do processo; Geralmente requerem mais mão de obra e um espaço para armazenar a matéria-prima se esta for produzida continuamente e um tanque de gás (devido à grande variação na quantidade de gás produzido durante o processo, tendo seu pico na fase intermediária do processo) ou fontes alternativas para fornecê-lo.

Biodigestores de fluxo semicontínuo

O carregamento do material a fermentar e a descarga do efluente são realizados de forma contínua ou em pequenos rajadas (por exemplo, uma vez por dia, a cada 12 horas) durante o processo, que se estende indefinidamente no tempo; Geralmente requerem menos mão de obra, mas uma mistura mais fluida ou mobilizada mecanicamente e um tanque de gás (se não for utilizado em sua totalidade de forma contínua). Os biodigestores semicontínuos servem para purificar a água contaminada por diferentes fossas. Existem três tipos de biodigestores de fluxo semicontínuo:

Biodigestores de fluxo contínuo

Geralmente são utilizados para tratamento de águas residuais, tendem a ser de grande porte industrial, com sistemas comerciais para controlar e gerenciar o processo. A produção de biogás é muito maior. Eles podem ser:

Biodigestores familiares de baixo custo foram desenvolvidos e são amplamente implementados em países do Sudeste Asiático, mas na América do Sul apenas países como Cuba, Colômbia, Brasil e Costa Rica desenvolveram esta tecnologia. Esses modelos de biodigestores familiares, construídos a partir de mangas tubulares de polietileno, caracterizam-se pelo baixo custo, fácil instalação e manutenção, além de necessitarem apenas de materiais locais para sua construção. Por esta razão são considerados uma “tecnologia apropriada”.

O filme tubular de polietileno é amarrado em suas extremidades a tubos de conduíte, com cerca de quinze centímetros de diâmetro, com elásticos reciclados de câmaras de pneus de automóveis. Com este sistema, calculando convenientemente a inclinação dos referidos tubos, obtém-se um tanque hermético. Como o polietileno tubular é flexível, é necessário construir um ‘berço’ para abrigá-lo, seja cavando uma vala ou construindo duas paredes paralelas.

Uma das tubulações servirá como entrada de matéria-prima (mistura de esterco com água 1:4). No biodigestor, finalmente é alcançado um equilíbrio de nível hidráulico, pelo qual, quanto mais esterco misturado com água for adicionado, mais fertilizante sairá pela tubulação na outra extremidade.

Devido à ausência de oxigênio no interior da câmara hermética, as bactérias anaeróbias contidas no próprio esterco começam a digeri-lo. Primeiro ocorre uma fase de hidrólise e fermentação, depois acetogênese e finalmente metanogênese, pela qual o metano é produzido. O produto gasoso denominado biogás, na verdade, possui outros gases em sua composição, como dióxido de carbono (20-40%), nitrogênio molecular (2-3%) e sulfeto de hidrogênio (0,5-2%), sendo o metano o mais abundante, com 60-80%.

A condução do biogás para a cozinha é feita diretamente, mantendo todo o sistema à mesma pressão: entre 8 e 13 cm de coluna de água dependendo da altura e tipo de fogão. Essa pressão é obtida incorporando uma válvula de segurança construída a partir de uma garrafa de refrigerante na tubulação. Um 'tee' é incluído no cano e, enquanto a linha de gás segue, a terceira extremidade do cano é introduzida na água contida na garrafa de 8 a 13 cm. Um reservatório ou armazém de biogás também é adicionado ao gasoduto, permitindo o armazenamento de cerca de 2 a 3 metros cúbicos de biogás.

Estes sistemas adaptados às terras altas devem ser colocados em 'berços' enterrados para aproveitar a inércia térmica do solo, ou em duas grossas paredes de adobe caso não seja possível escavar. Além disso, os biodigestores podem ser encerrados em uma estufa de água única apoiada em paredes laterais de adobe. No caso de biodigestores nos trópicos ou vale, a estufa é desnecessária mas o plástico deve ser protegido com semi-sombra.

Os custos de material de um biodigestor podem variar de 110 dólares para os trópicos a 170 dólares para as terras altas, já que em altitude possuem dimensões maiores e necessitam de tenda solar.

Os biodigestores devem ser projetados de acordo com a sua finalidade, a disponibilidade do gado e do tipo, e a temperatura na qual irão trabalhar. Um biodigestor pode ser projetado para eliminar todo o dejeto produzido em uma fazenda de suínos ou como ferramenta de saneamento básico em uma escola. Outro objectivo seria proporcionar a uma família cinco horas de combustão numa cozinha, para a qual já sabemos que são necessários 20 quilos de estrume fresco diariamente. Como mencionado anteriormente, o fertilizante líquido obtido é muito precioso, e um biodigestor projetado para esse fim deve permitir que a matéria-prima permaneça mais tempo dentro da câmara hermética, bem como reduzir a mistura com água para 1:3.

A temperatura ambiente em que o biodigestor irá funcionar indica o tempo de retenção necessário para que as bactérias possam digerir a matéria. Em ambientes de 30 °C são necessários cerca de 10 dias, a 20 °C cerca de 25, e nas terras altas, com estufa, a temperatura de trabalho é de cerca de 10 °C em média, sendo necessários 55 dias de tempo de retenção. É por isso que, para a mesma quantidade de matéria-prima recebida, é necessário um volume cinco vezes maior para a câmara hermética nas terras altas do que nos trópicos.

Biodigestores de fluxo em lote

O carregamento de todo o material a ser fermentado é feito no início do processo e a descarga do efluente é feita no final do processo; Geralmente requerem mais mão de obra e um espaço para armazenar a matéria-prima se esta for produzida continuamente e um tanque de gás (devido à grande variação na quantidade de gás produzido durante o processo, tendo seu pico na fase intermediária do processo) ou fontes alternativas para fornecê-lo.

Biodigestores de fluxo semicontínuo

O carregamento do material a fermentar e a descarga do efluente são realizados de forma contínua ou em pequenos rajadas (por exemplo, uma vez por dia, a cada 12 horas) durante o processo, que se estende indefinidamente no tempo; Geralmente requerem menos mão de obra, mas uma mistura mais fluida ou mobilizada mecanicamente e um tanque de gás (se não for utilizado em sua totalidade de forma contínua). Os biodigestores semicontínuos servem para purificar a água contaminada por diferentes fossas. Existem três tipos de biodigestores de fluxo semicontínuo:

Biodigestores de fluxo contínuo

Geralmente são utilizados para tratamento de águas residuais, tendem a ser de grande porte industrial, com sistemas comerciais para controlar e gerenciar o processo. A produção de biogás é muito maior. Eles podem ser:

Biodigestores familiares de baixo custo foram desenvolvidos e são amplamente implementados em países do Sudeste Asiático, mas na América do Sul apenas países como Cuba, Colômbia, Brasil e Costa Rica desenvolveram esta tecnologia. Esses modelos de biodigestores familiares, construídos a partir de mangas tubulares de polietileno, caracterizam-se pelo baixo custo, fácil instalação e manutenção, além de necessitarem apenas de materiais locais para sua construção. Por esta razão são considerados uma “tecnologia apropriada”.

O filme tubular de polietileno é amarrado em suas extremidades a tubos de conduíte, com cerca de quinze centímetros de diâmetro, com elásticos reciclados de câmaras de pneus de automóveis. Com este sistema, calculando convenientemente a inclinação dos referidos tubos, obtém-se um tanque hermético. Como o polietileno tubular é flexível, é necessário construir um ‘berço’ para abrigá-lo, seja cavando uma vala ou construindo duas paredes paralelas.

Uma das tubulações servirá como entrada de matéria-prima (mistura de esterco com água 1:4). No biodigestor, finalmente é alcançado um equilíbrio de nível hidráulico, pelo qual, quanto mais esterco misturado com água for adicionado, mais fertilizante sairá pela tubulação na outra extremidade.

Devido à ausência de oxigênio no interior da câmara hermética, as bactérias anaeróbias contidas no próprio esterco começam a digeri-lo. Primeiro ocorre uma fase de hidrólise e fermentação, depois acetogênese e finalmente metanogênese, pela qual o metano é produzido. O produto gasoso denominado biogás, na verdade, possui outros gases em sua composição, como dióxido de carbono (20-40%), nitrogênio molecular (2-3%) e sulfeto de hidrogênio (0,5-2%), sendo o metano o mais abundante, com 60-80%.

A condução do biogás para a cozinha é feita diretamente, mantendo todo o sistema à mesma pressão: entre 8 e 13 cm de coluna de água dependendo da altura e tipo de fogão. Essa pressão é obtida incorporando uma válvula de segurança construída a partir de uma garrafa de refrigerante na tubulação. Um 'tee' é incluído no cano e, enquanto a linha de gás segue, a terceira extremidade do cano é introduzida na água contida na garrafa de 8 a 13 cm. Um reservatório ou armazém de biogás também é adicionado ao gasoduto, permitindo o armazenamento de cerca de 2 a 3 metros cúbicos de biogás.

Estes sistemas adaptados às terras altas devem ser colocados em 'berços' enterrados para aproveitar a inércia térmica do solo, ou em duas grossas paredes de adobe caso não seja possível escavar. Além disso, os biodigestores podem ser encerrados em uma estufa de água única apoiada em paredes laterais de adobe. No caso de biodigestores nos trópicos ou vale, a estufa é desnecessária mas o plástico deve ser protegido com semi-sombra.

Os custos de material de um biodigestor podem variar de 110 dólares para os trópicos a 170 dólares para as terras altas, já que em altitude possuem dimensões maiores e necessitam de tenda solar.

Os biodigestores devem ser projetados de acordo com a sua finalidade, a disponibilidade do gado e do tipo, e a temperatura na qual irão trabalhar. Um biodigestor pode ser projetado para eliminar todo o dejeto produzido em uma fazenda de suínos ou como ferramenta de saneamento básico em uma escola. Outro objectivo seria proporcionar a uma família cinco horas de combustão numa cozinha, para a qual já sabemos que são necessários 20 quilos de estrume fresco diariamente. Como mencionado anteriormente, o fertilizante líquido obtido é muito precioso, e um biodigestor projetado para esse fim deve permitir que a matéria-prima permaneça mais tempo dentro da câmara hermética, bem como reduzir a mistura com água para 1:3.

A temperatura ambiente em que o biodigestor irá funcionar indica o tempo de retenção necessário para que as bactérias possam digerir a matéria. Em ambientes de 30 °C são necessários cerca de 10 dias, a 20 °C cerca de 25, e nas terras altas, com estufa, a temperatura de trabalho é de cerca de 10 °C em média, sendo necessários 55 dias de tempo de retenção. É por isso que, para a mesma quantidade de matéria-prima recebida, é necessário um volume cinco vezes maior para a câmara hermética nas terras altas do que nos trópicos.