1:42 ص المكتبة الزراعية الشاملة

 

كتاب : دراسة شاملة حول تثمين النفايات العضوية في الوسط الهوائي و اللاهوائي لإنتاج الاسمدة و الغاز الحيوي

تقوم كلتا العمليتين بإدارة التحلل الذي تقوم به الكائنات البيولوجية التي تحول المواد من خلال التفاعلات الكيميائية. هناك إيجابيات وسلبيات لكل عملية، ويمكن استخدامها في سلسلة لتعزيز عرض القيمة لإعادة تدوير المواد العضوية.

يعد التسميد والهضم طريقتين شائعتين لمعالجة المواد القابلة للتحلل، بما في ذلك المواد العضوية التي يتم التخلص منها كنفايات. يعتقد الكثيرون أنهما طريقتان مختلفتان، لكن كلاهما عمليتان تديران التحلل، الذي تقوم به الكائنات البيولوجية التي تحول المواد من خلال التفاعلات الكيميائية. ولكل عملية مدخلات ومنتجات ومنتجات ثانوية. المدخلات هي المواد التي يتم معالجتها (المواد الأولية)، والتي تشمل الحمأة، والسماد، وبقايا الطعام، وما إلى ذلك. والمخرجات هي تلك المنتجات ذات قيمة إيرادات حقيقية أو محتملة (السماد، والطاقة الملتقطة من أكوام التسميد أو المستمدة من الغاز الحيوي، وبعض المواد المهضومة) . والمنتجات الثانوية هي مخرجات عملية ذات قيمة سلبية حقيقية أو متصورة (الغازات/الروائح، والعصارة، وبعض المواد المهضومة).

تختلف عملية تحويل المدخلات إلى مخرجات بين التسميد والهضم ويرجع ذلك في المقام الأول إلى وجود أو عدم وجود الأكسجين. التسميد هو عملية هوائية، لذا فإن الأكسجين ضروري لنجاحها. يمكن أن يكون الهضم هوائيًا أو لاهوائيًا، ولكن غالبًا ما يتم تكوينه كعملية لاهوائية بغرض إنتاج والتقاط الغاز الحيوي الغني بالميثان (يتم استخدام الهضم الهوائي في بعض مخططات معالجة حمأة مياه الصرف الصحي لتحقيق الاستقرار والبسترة، ولكنه يستهلك الكثير من الطاقة ).

خذ بعين الاعتبار التحلل الحيوي للسكر البسيط (الجلوكوز)، هوائيًا ولاهوائيًا:

C6H12O6 + 6O2 جم 6CO2 + 6H2O (هوائي)

C6H12O6 جم 3CH4 + 3CO2 (لاهوائي)

في التسميد، يتم تحويل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء؛ وفي عملية الهضم، يتحول هذا الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والميثان. كيف يتم إنشاء هذه السكريات البسيطة في التسميد وفي عملية الهضم؟ بشكل أساسي، تقوم مجموعات مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة بتفكيك جزيئات أكثر تعقيدًا، بحيث تتمكن الميكروبات من استخدام ركائز الكربون الأساسية كغذاء لعملياتها الحياتية.

كتاب : أساسيات تصنيع الغاز الحيوي ( البيو غاز)  من المخلفات الزراعية كمشروع انتاجي ناجح

خذ السليلوز على سبيل المثال، والذي يوجد تقريبًا في كل المواد الخام التي يتم تحويلها إلى سماد أو هضمها حاليًا. السليلوز هو بوليمر يتم إنشاؤه عن طريق ربط جزيئات الجلوكوز الفردية معًا.   ترتبط مكونات الجلوكوز في السليلوز بقوة بين مجموعات الهيدروكسيل في أحد الأطراف ومع ذرات الأكسجين في الطرف الآخر من الرابط التالي في السلسلة. يمكن كسر هذه الروابط من خلال تقسيم الجزيء مع الماء (عملية تعرف باسم التحلل المائي) بواسطة إنزيم السليولاز، الذي تنتجه أنواع معينة من الفطريات الشعوية المحبة للحرارة (مثل Thermomonospora fusca، Trichoderma reesei) والفطريات (مثل Fusarium solani A. fumigatus). في التسميد الهوائي. في الهضم اللاهوائي، يتم إنتاجه لاهوائيا بواسطة Cellulomonas sp. و كلوستريديوم س. بكتيريا.

تتحلل الجزيئات البوليمرية الأكثر تعقيدًا، مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون، بيولوجيًا بالمثل بواسطة عدة أنواع مختلفة من الميكروبات في كل نظام. تستخدم أنظمة التسميد البكتيريا والفطريات والفطريات الشعاعية، مع أدوار ثانوية من الطلائعيات الأخرى مثل الطحالب والأوالي. تستخدم أنظمة الهضم الميكروبات المتخمرة (الحمضيات) والميكروبات المنتجة للهيدروجين والخلات (الأسيتوجينات) والميكروبات المنتجة للميثان (الميثانوجينات). تفرز هذه الكائنات الإنزيمات (الليباز، البروتياز، السليولاز، الأميليز، وما إلى ذلك)، والتي تحلل البوليمرات الخاصة بها إلى جزيئات أصغر.

الفروق الدقيقة في العملية

الفرق الرئيسي الآخر بين التسميد الهوائي والهضم اللاهوائي هو محتوى الرطوبة. يعتبر التسميد أكثر كفاءة مع محتوى رطوبة يبلغ حوالي 50 بالمائة، مما يتيح تكوين غشاء حيوي حول كل جسيم في كومة السماد   يتحرك الهواء عبر كومة السماد المسامية هيكليًا وينتقل عبر حدود طبقة الماء لتوفير الهواء للميكروبات التي تعيش على سطح الجسيم. تعمل أنظمة الهضم بشكل أفضل عند محتوى رطوبة بنسبة 100% بحيث يتم ملء جميع المسام بين الجزيئات ولا يمكن للهواء الوصول إلى الميكروبات اللاهوائية (الشكل 2). كما تتبع أجهزة هضم التخمير الجاف الأوروبية الجديدة التي يتم بناؤها في الولايات المتحدة هذا المبدأ حيث يتم إدخال "الترشيح" في المواد الأولية المختلطة لتشبعها وملء المسامات بالماء.

كتاب : مشروع إنتاج الغاز الحيوي ( البيوجاز )  : دليل عملي

الهضم هو عملية أكثر تعقيدًا إلى حد ما من التسميد، حيث يتم تكسير المواد العضوية من خلال الخطوات المتتابعة للتحلل المائي، وتولد الحمض (إنتاج الأحماض)، وتولد الأسيتون (إنتاج حمض الأسيتيك) وتولد الميثان (إنتاج الميثان). وبما أن كل عملية تخضع لأنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة، فإن هذه الخطوات تعمل بشكل أكثر كفاءة بشكل منفصل. يقول غرين: «نعم، تكون أكثر كفاءة إذا تم فصلها، ولكن عليك أن تتصارع مع التكلفة الإضافية لدبابة أخرى. هل يمكن للمستخدم النهائي أن يجد فائدة كافية مقابل التكلفة الإضافية، والتي أود أن أقول إنها قابلة للنقاش؟

تنتج أجهزة الهضم التي تعمل في درجات حرارة محبة للحرارة (113-131 درجة فهرنهايت أو 45-55 درجة مئوية) المزيد من الغاز الحيوي وتقلل من المواد الصلبة المتطايرة أكثر من أجهزة الهضم التي تعمل في درجات حرارة متوسطة (95-104 درجة فهرنهايت أو 35-40 درجة مئوية). يحتوي الهضم الناتج عن هذه المفاعلات عالية السرعة على طاقة بيولوجية أقل بسبب تقليل المواد الصلبة المتطايرة وكربون أقل حيويًا بسبب تحويل الكربون العضوي إلى ميثان. هذا التخفيض في "وقود التسميد البيولوجي" في تلك المواد المهضومة يمكن أن يجعل تحويلها إلى سماد في عملية متابعة أكثر صعوبة من المواد المهضومة من المفاعلات ذات درجة الحرارة المنخفضة دون استكمال مزيج التسميد بمواد أولية جديدة. تقوم العديد من أجهزة الهضم اللاهوائي للتخمر الجاف العاملة في أوروبا بخلط الزركشة الطازجة والنفايات الخضراء مع المواد المهضومة التي يتم إزالتها من المفاعلات قبل تحويلها إلى سماد.

كتاب : انتاج الغاز الحيوي - البيوغاز - من النفايات العضوية 

مخرجات النظام

تنتج كلتا العمليتين البيولوجيتين مواد صلبة وسائلة وغازية كجزء من عملية التحول. ينتج التسميد الهوائي السماد والماء (البخار الغازي والعصارة السائلة) والغازات المتطايرة (الأمونيا وثاني أكسيد الكربون وأحيانًا الغازات التي تعتبر روائح). الهضم اللاهوائي ينتج الهضم والغاز الحيوي. معظم أنظمة الهضم في الولايات المتحدة هي أنظمة سائلة (تعمل بأقل من 5% من إجمالي المواد الصلبة)، لذا غالبًا ما يتم نزع الماء من المادة المهضومة بأجهزة ميكانيكية تنتج جزءًا من المواد الصلبة وتدفق سائل. غالبًا ما يكون الجزء السائل عبارة عن أرض مطبقة على المحاصيل لقيمتها الغذائية بينما تكون المواد الصلبة إما أرضًا مطبقة أو في بعض الحالات سمادًا. يتم استخدام التسميد لإدارة المواد الهضمية في أنظمة التخمير الجاف الأحدث التي يتم إنشاؤها، في حين أن تطبيق الأرض هو النهج المفضل لإدارة المواد الهضمية لأجهزة هضم السماد الموجودة في المزرعة وأجهزة هضم المواد الصلبة الحيوية.....

------------------

تنزيل الكتاب

------------------------

مشاركة