walden-pond



بیوگاز حاصل از کود*
اصطلاح شناسی تولید بیوگاز
بی هوازی:دوران فعالیت در محیط بدون هوا

باکتری های بی هوازی:میکروب هایی که برای سوخت و ساز نیازمند به عدم وجود اکسیژن آزاد هستند
هضم بی هوازی:هضم باکتریایی مواد آلی در فقدان اکسیژن آزاد
بیوگاز:محصول گازی هضم بی هوازی که اساسا شامل متان و دی اکسید کربن می باشد
واحد حرارتی انگلیسی(بی تی یو):یک واحد انرژی که بصورت مقدار حرارت مورد نیاز برای بالا بردن درجه حرارت یک پوند آب به میزان یک درجه فارنهایت تعریف می شود
نسبت کربن به نیتروژن:نسبت کربن به نیتروژن در مواد آلی.باکتری های بی هوازی وقتی بیشترین بیوگاز را تولید می کنند که نسبت کربن به نیتروژن مواد مورد تغذیه شان با نیازمندی های سوخت و سازشان سازگار باشد.
هاضم:مخزن یا تانک آب بند که در آن نیازمندی های بیولوژیکی هضم بی هوازی به گونه ای کنترل می شود که هضم تسریع شده و تولید گاز بهینه شود
خروجی:کود یا ماده آبکی که تا اندازه ای هضم شده و از هاضم خارج می شود
ژول:واحد متریک انرژی.یک بی تی یو معادل 1055 ژول است.از آنجا که ژول واحد بسیار کوچکی است ,اغلب به جای آن از کیلو ژول که 1000 ژول است و یا مگا ژول که یک میلیون ژول است استفاده می شود.
میزان بارگذاری:مقدار جامدات فرار که روزانه وارد هاضم می شود
کود:مدفوع و ادرار حیوانی, پسمانده غذا, بستر و مواد ضد لغزشی که در طویله و حیاط استفاده می شود
مزوفیلیک:باکتری هایی که در محدوده حرارتی 35 درجه سانتیگراد رشد می کنند
متان:گاز قابل احتراق که توسط هضم بی هوازی تولید می شود, همچنین جزء اصلی گاز طبیعی
زمان ماند:زمان متوسطی که ماده آبکی در هاضم می ماند
لجن:جامدات جدا شده کود که در کف هاضم ته نشین می شوند
ماده آبکی:ترکیب کود و آب فرآیند شده در هاضم
ترموفیلیک:باکتری هایی که بیشترین فعالیت خود را در درجه حرارت 49 الی 60 درجه سانتیگراد دارند
اسیدهای فرار:مواد واسط در هاضم که توسط باکتری های تولید کننده اسید تولید شده و توسط باکتری های تولید کننده متان مصرف می شوند
جامدات فرار:محتویات آلی کود
معرفی
کود می تواند یکی از منابع انرژی برای دست اندرکاران احشام باشد.یک هاضم بی هوازی تا اندازه ای کود را در شکل بیوگاز که دارای متان است به صورت انرژی در می آورد.
در 1974 در پاسخ به علاقه عمومی برای تولید بیوگاز به عنوان یکی از صور انرژِی, بخش کشاورزی پنسیلوانیا تامین هزینه پروژه ایالت پن را برای طراحی هاضم بی هوازی برای استفاده در مزرعه عهده دار شد.هدف از مطالعه تعیین نیازمندی های فنی و امکان سنجی اقتصادی تولید بیوگاز مزرعه بود.بخش مهندسی کشاورزی همکار با بخش مهندسی بهسازی و علوم لبنی یک هاضم بی هوازی یکصد متر مکعبی را در یکی از مزارع لبنی دانشگاهی ساخته و آزمایش کردند.ایالت پن مطالعه تولید بیوگاز را در مزارع لبنی به علل زیر انتخاب نمود:
در مزارع لبنی و در جاهاییکه گاوها به طور معمول تجمع می کردند,کود براحتی جمع آوری می شد.
بیوگاز در مواقعی که مستقیما در جهت تولید حرارت به کار گرفته می شود بیشترین کارآمدی را داشت و
مزارع لبنی تقاضای مستمر سالیانه آب داغ را دارند
مواد آلی تجزیه شونده در محیط گرم و بدون هوا بیوگاز تولید می کنند.این فرآیند بصورت خودبخود در طبیعت اتفاق می افتند;گاز مرداب و بیوگاز در حقیقت یکی هستند.بیوگاز تولیدی می تواند با پوشانیدن مواد آلی در داخل مخزن هوابند گرم شده که هاضم نامیده می شود ازدیاد حاصل نماید.
هامفری دیوی اولین تجارب آزمایشگاهی را در هضم بی هوازی کود که جهت تولید متان در 1808 انجام گرفت راهبری نمود.از آن به بعد هضم بی هوازی اساسا برای تصفیه فاضلاب شهری انجام گرفت.در 1985 بیوگاز حاصل از تصفیه خانه فاضلاب در اکستر انگلستان جمع آوری شد و برای روشنایی خیابان های همسایه مورد استفاده قرار گرفت.در طی جنگ جهانی دوم آلمانی های تشنه سوخت حدود 30 هاضم ساختند و از بیوگاز به عنوان سوخت تراکتورهای مزرعه استفاده کردند.در سال های اخیر هاضم های کوچک و ارزان در هند و چین برای تولید بیوگازی که جهت پخت و پز و براه انداختن ژنراتورهای الکتریکی استفاده می شود به کار گرفته شدند.پیشگامانی همانند آر بی سینگ در هند استفاده از هاضم های بی هوازی را عمومیت دادند و دیگران را برای بررسی قابلیت تولید بیوگاز و کاربرد آن به عنوان سوخت مورد تشویق قرار دادند.
تحت شرایط ویژه امروزه تولید بیوگاز اقتصادی است.این امر برای مزارع پرورش حیوانات اهلی و در هنگامی که تولید سوخت متعارف زیاد می شود و وقتی که تولید انبوه , هزینه اجزای سیستم هاضم را پایین می آورد, جذاب تر هم خواهد شد.
در پنسیلوانیا ,گاوهای شیری تقریبا 5.5 میلیون تن کود قابل احیا را در هر سال تولید می کنند.با احتساب نرخ تولید گاز هر هاضم ایالت پن و بیوگاز خالص روزانه هر گاو که 1.2 متر مکعب است, مزارع لبنی پنسیلوانیا در هر سال می توانند 143 تریلیون متر مکعب بیوگاز تولید نمایند.این قدرت کود کافی است تا 20 درصد تمام انرژی مورد استفاده در مزارع لبنی پنسیلوانیا را فراهم نماید.
ما باید برای درک محرکه های سیستم هاضم ایالت پن ,بیشتر در باره بیولوژی هضم بی هوازی بیاموزیم.
فرآیند هضم بی هوازی
تصویر یک-تجزیه کود در هاضم بی هوازی

figure1bio
در هاضم, باکتری ها مواد آلی را در فقدان هوا و با رها ساختن متان و دی اکسید کربن تجزیه می کنند.این فرآیند در تصویر شماره یک نشان داده شده است.باکتری های تولید کننده اسید جامدات فرار را تجزیه یا آبگون می کنند و آنها را به اسیدهای چرب ساده تبدیل می نمایند.سپس باکتری های تولید کننده متان , این اسیدهای فرار را به متان و دی اکسید کربن تبدیل می نمایند.این باکتری ها نسبت به تغییرات زیست محیطی حساسند.هضم سریع و تولید بیوگاز کارآمد در محدوده های معینی از درجه حرارت اتفاق می افتد و توسط ترکیب مواد خام تحت تاثیر واقع می شود.
درجه حرارت
تولید گاز بهینه در دو محدوده حرارتی اتفاق می افتد.باکتری های مزوفیل در حدود 35 درجه سانتیگراد رشد و نمو می کنند و باکتری های ترموفیل این کار را در محدوده 49 تا 60 درجه سانتیگراد انجام می دهند.تصویر دو نشان می دهد که تولید گاز وقتی باکتری ها در خارج در محدوده های حرارتی یاد شده قرار می گیرند کم می شود. در حالی که باکتری های ترموفیلیک تا اندازه ای گاز بیشتر تولید می کنند, این گاز اغلب ارزش انرژی مورد نیاز برای افزایش درجه حرارت هاضم از 35 تا 49 درجه سانتیگراد را ندارد.
مواد خام
ترکیب کود وابسته به میزان تغذیه و روش های مختلف مدیریتی مزرعه است.مقدار کودی که قادر است جمع شود متغیر است.این امر وابسته به نوع,وزن و تعداد حیوانات و میزان تغذیه و درجه آزادی است.برای مثال,اگر تمام کود بتواند از 680 کیلوگرم گاو شیری روزانه جمع شود,یک مزرعه می تواند حدود 75 کیلوگرم کود در روز را جمع آوری نماید.
یک هاضم می تواند زایدات دیگر مزرعه از قبیل فاضلاب اتاق شیر دوشی, کاه,پوست غلات, سبزه و برگ را با یا بجای کود گاوهای شیرده پروسس نماید.کود گاو, خوک و مرغ و خروس در هاضم ها مورد استفاده قرار می گیرد هر چند بررسی های بیشتری در مورد امکان استفاده از کود مرغ و خروس برای هاضم ها مورد نیاز است.بدون توجه به مواد مورد استفاده , تولید گاز وقتی که مواد خام مورد تغذیه هاضم پی اچ ویژه و نسبت کربن به ازت مشخصی داشته باشند بیشترین است.
باکتری ها در ماده ای آبگون که پی اچ حدود 7 داشته باشد رشد و نمو می کنند.در نتیجه اگر ماده آبگون ورودی پی اچ در این حدود داشته باشد,هضم به صورت یکنواختی جلو می رود. تحت شرایط معمول, فرآیند هضم , زیادی اسیدی یا قلیایی بودن خودش را متعادل می سازد.
کربن ماده شیمیایی عمده کود است و باکتری ها هضم کربن را با آزاد کردن بیوگاز انجام می دهند.هرچند باکتری ها برای اینکه انرژیشان را از کربن بگیرند,نیاز به نیتروژنی دارند که از طریق مواد خام در دسترسشان قرار می گیرد.نسبت کربن به نیتروژن مواد خام عاملی تعیین کننده در کارآمدی هضم است.یک نسبت کربن به نیتروژن بالا معنی می دهد که نیتروژن قبل از هضم کربن فرار خواهد کرد.برعکس, یک نسبت کربن به ازت پایین یا میزان بالای نیتروژن در قیاس با کربن منجر به غلظت های بالای آمونیم می شود که ممکن است برای باکتری های بی هوازی سمی باشد.
تنظیم نسبت کربن به ازت با اضافه کردن مواد تکمیلی به هاضم ممکن است.برای نمونه خاک اره که نسبت کربن به ازت بالایی دارد می تواند به کود مرغ و خروس که نسبت کربن به ازتشان پایین است اضافه شود.کود گاوهای شیری نسبت کربن به ازت تا اندازه ای پایینتر از مقدار مورد نیاز باکتری ها را دارد.
سیستم هضم بی هوازی
تصویر شماره دو-اثر حرارت روی میزان تولید گاز

figure2bio
طراحی سیستم هاضم با نیازمندی های ویژه مزرعه متفاوت است; پس این طرح باید با توپوگرافی مزرعه, تجهیزات موجود مزرعه, سیستم های مدیریت و جانمایی سازگار باشد.هرچند برخی از جنبه های طراحی سیستم هاضم در هر حالتی باید مد نظر قرار گیرد.
طراحی سیستم هاضم
اجزای اصلی سیستم هاضم در اندازه مزرعه عبارتند از:سیستم انتقال مواد آبگون مشتمل بر حوزه جداسازی مواد آبگون, پمپ کود یا دیگر روش بارگذاری و مخزن خروجی; یکی یا بیشتر اتاقک های هضم و جانمایی برای گرمایش,اختلاط و تجهیزات هیدرولیکی. برای بهترین اجرا,این اجزا باید:
برای به حداقل رسانیدن افت حرارتی مرتب شوند
مسیر جریان ساده ای را از مواد به سیستم فراهم سازند
تا جایی که ممکن است اتوماتیک باشند
برای نگهداری و تعمیرات قابل دسترس باشند
در هنگام طراحی هاضم باید مقررات ایالتی و محلی رعایت شوند.بیوگاز گازی قابل احتراق و بنابراین خطرناک می باشد.این گاز قابلیت خفه کردن را دارد و وقتی با هوا به نسبت 6 تا 15 درصد مخلوط شود انفجار ایجاد می کند.
تمام مواد در تماس با کود یا بیوگاز باید مقاوم در برابرخوردگی باشند.برای نمونه لوله های پلاستیکی پی وی سی برای جابجایی مواد آبگون هاضم های ایالت پن به کار گرفته شده اند.طرح باید رویه های گوناگونی را بکار بگیرد تا مواد آبگون و بیوگاز را در سیستم جابجا نماید.یک لوله گرفته شده می تواند باعث پس زدگی ماده آبگونی که از هاضم می ریزد شود.تمام لوله ها و خطوط گاز باید به اندازه کافی بزرگ بوده و اجازه دسترسی وسایل تمیز کننده را بدهند.
هزینه های سیستم هضم
جدول شماره یک اجزای اصلی و هزینه های تقریبی سیستم هاضم ایالت پن را فهرست می کند.این قیمت ها بر پایه قیمت های 1975 بوده و از رویه های ساخت و ساز کشاورزی استفاده می نمایند.
جدول شماره یک-هزینه های تقریبی اجزای اساسی هاضم بی هوازی صد متر مکعبی ایالت پن
table1bio

سیستم هاضم ایالت پن طرحی اولیه بود که نیازی به آزمایش تجهیزات یک کشاورز نداشت.وابسته به قیمت های محلی, سهم کارگران مزرعه در عملیات ساخت و ساز و انتخاب اجزای سیستم, ساخت هاضم با این اندازه چیزی در حدود 18000 تا 30000 دلار برای کشاورز آب خواهد خورد.
هاضم
انواع هاضم ها
هاضم ها می توانند توسط مواد آبگون یا بصورت مستمر و یا با پر و خالی شدن بارگذاری شوند.یک هاضم با بارگذاری پر و خالی, تا ظرفیتش پر می شود و تا زمانی که تمامی بیوگازی که می تواند را تولید نماید,پوشیده بوده و پس از طی این زمان خالی می شود و مجددا پر می گردد.به خاطر اینکه هضم باکتریایی به آرامی آغاز می شود,به اوج می رسد و سپس با مصرف جامدات فرار متوقف می گردد, تولید گاز متغیر است.این مشکل می تواند توسط اتصال یک سری از هاضم های پر و خالی که در زمان های مختلف بار گذاری می شوند حل شود زیرا در این صورت مقدار قابل اعتمادی از بیوگاز روزانه در دسترس خواهد بود.این روش بصورت کارآمد از کود استفاده می کند ولی از لحاظ فضای مورد نیاز کارآمدی خوبی ندارد.
هاضم ایالت پن به طور مستمر بارگذاری می شود به این معنی که مواد آبگون تازه بطور روزانه به هاضم اضافه می شوند.تولید گاز پایدار است زیرا باکتری ها همیشه منبع تازه ای از جامدات فرار را برای هضم در اختیار دارند.هاضم با بارگذاری مستمر از فضای هضم گران به گونه ای کارآمد استفاده می کند هر چند ممکن است به ازای هر کیلوگرم کود ,تولید گاز به آن زیادی که ممکن است نباشد.
طراحی هاضم
تصویر سه-طراحی هاضم های با بارگذاری مستمر

figure3bio
دو طرح اساسی هاضم های با بارگذاری مستمر در تصویر سه نشان داده شده اند.هاضم با جریان افقی یک استوانه افقی است که در یک ترانشه قرار گرفته است.ماده آبگون در سیستم در مسیری مستقیم حرکت می کند و مواد آبگون ورودی مواد را در هاضم هل می دهد.این طرح معمولا از مواد قابل انعطاف که زیاد گران نیستند ساخته می شود ولی تا زمانی که در برابر شرایط آب و هوایی بخوبی حفاظت نشود با دوام نیست.
هاضم ایالت پن یک حوضچه مضاعف عمودی است که در تصویر شماره 4 نشان داده شده است.هاضم دارای دیواره های سخت, تجهیزات همزن و حداقل سطح برای افت حرارتی است.
تصویر 4-مقطع عرضی هاضم ایالت پن

figure4bio
ساخت هاضم
هاضم ایالت پن با پنل های سیلوی بتنی ساخته شد تا مخزنی به ارتفاع 4.8 متر و 6 متر قطر را تشکیل دهد.حلقه های مسلح فولادی واقع در قطر بیرونی حفاظت را تامین نمودند.یک دیلم برداشت لجن داخل فونداسیون و کف بتن مسلح ساخته شد.برای سیستم گرمایشی, 57 متر لوله فولادی 2 سانتیمتری داخل پنل های تشکیل دهنده دیواره میانی قالب گیری شد تا سطح تبادل حرارتی 6.5 متر مکعبی را فراهم نماید.
سقف هاضم به عنوان جمع کننده گاز و سطح ذخیره عمل می کند و می تواند بیوگاز تولیدی را برای 6 ساعت ذخیره نماید.سقف شناور مستقل از مخزن است; لبه تحتانی آن در ماده آبگون مستغرق است و وزن آن بوسیله فشار گاز داخل حفاظت می شود.این امر ضمن تامین شرایط بی هوازی در مخزن, به سقف اجازه بالا و پایین شدن را متناسب با تامین و مصرف گاز می دهد.سقف شناور از مونتاژ یک فولاد گالوانیزه به قطر 5.4 متر و یک بخش دیواره با ارتفاع یک متر درست شده است.
برای کاهش افت حرارتی دو سوم هاضم زیر زمین ساخته شده است.داخل هاضم با 10 سانتیمتر استایرو فوم و 2.5 سانتیمتر سیمان آبکی اندود شده است.سقف با 7.5 سانتیمتر فوم اورتان و ورقه هایپالون آستر نایلونی برای جلوگیری از فرار گاز عایق شده است.
اندازه هاضم
کشاورزی که ساخت سیستم هاضمی مشابه سیستم ایالت پن را طراحی می کند که 14 روز زمان ماند دارد, باید برای هر 680 کیلوگرم گاو لبنی شیرده معادل 0.9 متر مکعب حجم در نظر بگیرد.اگر کشاورز کود گاوهای تازه زایمان کرده موجود در قرنطینه را جایگزین نماید, به ازای هر 455 کیلوگرم وزن حیوان 0.45 متر مکعب باید اضافه شود.
سیستم تامین مواد آبگون
برای عملکرد یکنواخت سیستم هاضم ,یک سیستم تامین کارآمد مواد آبگون اهمیت دارد.کود ماده ای مشکل برای جریان یافتن است و هاضم 100 گاو 6.25 تن کود را در هر روز فرآیند می کند.مسیر جریان آبگون در هاضم ایالت پن در تصویر 5 نشان داده شده است.
سیستم بارگذاری مواد آبگون
پاک کننده های فاضلاب کود را از طویله به سطح جداسازی مواد آبگون توزیع می نمایند.کود به داخل قیف پمپ می افتد و با آب کافی مخلوط می شود تا محتویات جامدش از 15 درصد به 13 درصد برسد.کود برای جلوگیری از گرفتگی در لوله ها و پمپ ها و برای راحتی اختلاط در هاضم باید رقیق شود.هرچند بهترین سیستم آنی است که نیاز به حداقل رقت را دارد زیرا آب مازاد اضافه شده به هاضم , فضا و گرما می گیرد.
در 1975 سیستم بارگذاری مواد آبگون شامل پمپ کود سانتریفوژ با موتور الکتریکی بود که مواد آبگون را به یک مخزن مرتفع پمپ می کرد و در آنجا این مواد توسط ثقل به داخل هاضم تخلیه می شدند.این سیستم با یک پمپ پیستونی هیدرولیکی جایگزین شد که کود را مستقیما به داخل هاضم هل می دهد.این سیستم قابلیت انتقال جامدات بیش از 13 درصد, ذرات بزرگ و الیاف طویل را بدون گرفتگی دارد.آزمایش ها یک روش ثقلی تغذیه مستقیم را راهبری می کنند که نیاز به پمپ را مرتفع خواهد نمود.
میزان بارگذاری
میزان بارگذاری وزن جامدات فراری است که روزانه به هاضم ریخته می شود.غلظت جامدات فرار در هاضم میزان تولید گاز را تعیین می کند.برای نمونه, هاضم بارگذاری شده با 4 واحد وزنی جامدات فرار دوبرابر همان هاضم با دو واحد بارگذاری شده گاز تولید می کند.
تصویر پنج-مسیر مواد آبگون در هاضم ایالتی پن

figure5bio
نتایج آزمایش با سه نرخ بارگذاری مختلف در جدول دو نشان داده شده است.این نتایج بر نرخ های بارگذاری بالایی دلالت دارند که خروجی گاز بالا را به ازای هر واحد حجمی هاضم به همراه دارند.منطبق با این نتایج در یک نرخ بالاتر, هزینه سرمایه گذاری ساخت بر می گردد.با دسترسی به هزینه سرمایه گذاری مرتبط با اندازه, با یک گروه هاضم با اندازه داده شده,نرخ بارگذاری بالا اجازه استفاده از هاضم کوچکتر و هزینه های بهره برداری پایینتر را می دهد.یک نرخ بارگذاری بالا به معنی یک کاهش پایین جامدات فرار است که منجر به تولید گاز پایین به ازای هر واحد جامدات فرار می شود .نرخ های بارگذاری و زمان های ماند مربوطه نشان داده شده اجازه می دهد که زمان ماند کافی برای تثبیت خروجی فراهم گردد.
جدول 2-خلاصه آزمایشات ظرفیت هاضم صد متر مکعبی ایالت پن

table2bio

زمان ماند
حجم ماده آبگون هاضم ثابت باقی می ماند; هر زمان که هاضم بارگذاری می شود, ماده آبگون ورودی جایگزین مقدار معادل ماده آبگون فرآیند شده از هاضم می گردد.از آنجا که حجم ثابت است, کسر حجم مایع هاضمی که در هر روز جایگزین می شود زمان ماند را تعیین می کند.به عنوان مثال اگر مایعی معادل با یک دهم حجم مایع هاضم در هر روز جایگزین شود, مایع هاضم زمان ماند متوسط ده روز را دارد.
یک زمان ماند مختصر زمان کافی را در اختیار باکتری ها نمی گذارد تا کود را هضم نمایند و یک زمان ماند طولانی ماده آبگون تازه کافی در اختیار باکتری ها نمی گذارد تا به اندازه زیاد رشد و نمو کنند و میزان تولید گاز بالایی داشته باشند.
خروجی
خروجی از طریق یک لوله سر ریز به داخل یک چاهک سر پوشیده کود وارد می شود.محتویات آلی کود فرآیند شده کاهش می یابد و به گونه ای تثبیت می شود که تقریبا بی بو بوده و مایعی همگن باشد که جذابیتی برای مگس و جوندگان ندارد.
تنها درصد کوچکی از کود حقیقتا به بیوگاز تبدیل می شود.کود گاو شیری شامل حدود 85 درصد آب و 15 درصد جامدات است.از این جامدات حدود 91 درصد فرار هستند و هاضم ایالت پن از 20 تا 30 درصد جامدات فرار را به بیوگاز تبدیل می کند.یک گاو شیری تقریبا 7.7 کیلوگرم جامدات فرار در روز تولید می کند که یک چهارم آن به بیوگاز تبدیل می شود.در نتیجه هاضم بی هوازی سیستمی برای تصفیه کود و نه دفع آن است.
خروجی هاضم یک منبع ارزشمند گیاهی است است زیرا تقریبا شامل تمامی نیتروژنی است که در کود خام موجود است.خروجی یک بارور کننده فوق العاده است زیرا نیتروژن موجود در آن راحت تر از نیتروژن موجود در کود خام جذب گیاهان می شود.خروجی روزانه از یک هاضم 100 گاوی تقریبا شامل 24 کیلوگرم نیتروژن است.
خروجی بیشترین سازگاری را با سیستم انتقال کود مایع دارد.هر چند آب می تواند از خروجی حذف شده و به عنوان آب رقیق سازی هاضم بازگشت داده شود.لجن می تواند به عنوان مالچ یا بستر مورد استفاده قرار گیرد اما برای مصرف به عنوان ماده غذایی حیوانات اهلی باید آزمایش شود.
برداشت لجن
لجنی که در کف مخزن هضم جمع می شود باید طبق برنامه زمانی منظمی برداشت شود زیرا تجمع لجن فضای فعال هضم را کم می کند.لجن از هاضم ایالت پن از طریق دریچه های لجن ساخته شده در کف هاضم برداشت می شود.این دریچه ها در هر دو پایه هاضم قرار گرفته اند و بوسیله شیرهای هیدرولیکی عمل می کنند.وقتی که دریچه ها باز می شوند ,لجن به داخل کانال دیلم جریان می یابد و دیلم لجن را به چاهک ذخیره منتقل می نماید.
سیستم گرمایش ماده آبگون
سیستم گرمایشی باید برای مقابله با سردترین شرایط آب و هوایی مورد توقع در منطقه داده شده طراحی شود.یک دیگ بخار گازی استاندارد که با سوخت بیوگاز کار می کند درجه حرارت هاضم ایالت پن را در طول سال در 35 درجه سانتیگراد نگه می دارد.یک پمپ الکتریکی , آب داغ را از طریق لوله های واقع در دقیقا زیر سطح دیواره میانی اولین پایه هاضم به گردش در می آورد.این سیستم گرمایشی به نحو رضایت بخشی کار می کند.اگر درجه حرارت سطح گرمایش خیلی بالا باشد, بیش از 77 درجه سانتیگراد, مایع روی سطح گرمایش پخته خواهد شد.این اتفاق در مورد هاضم ایالت پن نیفتاد.
آنچه که در راه اندازی مورد توقع است این است که تقریبا 30 درصد بیوگاز تولیدی در هر سال به عنوان سوخت سیستم گرمایشی هاضم مصرف شود.
سیستم اختلاط ماده آبگون
اختلاط ماده آبگون در هاضم با نگهداری توزیع یکنواخت درجه حرارت و باکتری و جامدات فرار در سرتاسر ماده آبگون به فرآیند هضم کمک می کند.این امر تولید لجن را کم کرده و از تشکیل پوسته ای در روی ماده آبگون که در رها شدن بیوگاز تداخل ایجاد می نماید ممانعت به عمل می آورد.یک پمپ خلا الکتریکی; همانند آنهایی که در دستگاههای شیر دوشی استفاده می شوند; بیوگاز را از ذخیره زیر سقف کشیده و آن را در کف هر دو پایه بیوگاز تزریق می کنند.بنابراین گردش بیوگاز اختلاط ایجاد می کند.
دیگر روش های اختلاط شامل پمپ های گردشی ماده آبگون و ماشین های پدالی هستند.هرچند اجزای مکانیکی در معرض ماده آبگون می توانند خورده شوند و سرویس یا تعمیر آنها بدون بازکردن و گسیختگی هاضم بسیار مشکل است.
بیوگاز
بیوگاز تولیدی توسط هاضم ایالت پن تقریبا 60 درصد متان و 40 درصد دی اکسید کربن دارد.این بدین معناست که بیوگاز تولیدی 60 درصد انرژی گاز طبیعی یا تقریبا 22 مگاژول بر متر مکعب دارد.محتویات متان بیوگاز متناسب با شرایط هضم نوسان می یابد.بیوگاز شامل مقادیر جزیی هیدروژن سولفوره است که فوق العاده خورنده است اما می تواند با براده های آن و فولاد جداسازی گردد.از آنجا که بیوگاز در هنگام ترک هاضم گرم است, شامل بخار آب است که در مجاورت با محیط خارجی سردتر متراکم می شود.تله های تراکمی خطوط گاز برای ممانعت آب از بلوکه شدن در نقاط پایینی خطوط مورد نیازند.بعد از متراکم کردن بخار آب در بیوگاز, گاز می تواند به عنوان سوخت در اجاق ها,آبگرمکن های گازی و دیگ های بخار استفاده شود.هرچند نازل مشعل گاز باید برای تنظیم شدن با گاز با بی تی یو پایین بزرگ شود.
آزمایش هایی که در آن ها بیوگاز به عنوان تنها سوخت موتور بنزینی استفاده شده نشان داده است که انرژی 5.7 متر مکعب بیوگاز معادل انرژی یک گالن بنزین است.هاضم ایالت پن انرژی معادل 76 لیتر بنزین در روز تولید می کرد.در موتورهای دیزلی که درآنها بیوگاز جایگزین اغلب سوخت های مایع شد, بعضی از دیزل ها نیاز به جرقه زنی پیدا کردند.تنطیمات موتور و کیت تبدیل بیوگاز هم مورد نیاز شدند.
بیوگاز به سختی ذخیره, فشرده یا مایع می شود.متان برای مایع شده نیاز به درجه حرارت منفی 83 درجه سانتیگراد و فشار 35 مگا پاسکال می باشد.یک درجه حرارت منفی 162 درجه سانتیگراد برای مایع کردن متان در فشار اتمسفر مورد نیاز است.اگر بیوگاز به عنوان سوخت موتور استفاده شود , موتور باید ساکن و نزدیک به هاضم بوده و بطور مکرر کار کند.در این روش آب خنک کننده موتور می تواند برای گرمایش هاضم استفاده شده و بنابراین کارآمدی سیستم را افزایش دهد.
پیشنهاد می شود که بیوگاز به عنوان سوخت برای پخت و پز, گرمایش فضا و آب, خشک کردن دانه ها, خنک سازی, آبیاری و تولید الکتریسیته استفاده شود.
مقدار بیوگاز
علاوه بر مزایا,معایب و فناوری مورد استفاده,نیاز است که امکان سنجی تولید بیوگاز در مزرعه با اصطلاحات صرف اقتصادی مورد ارزیابی قرار گیرد.هزینه سالانه تخمینی تولید بیوگاز در ایالت پن در جدول شماره سه نشان داده شده است.
جدول شماره 3-کل هزینه سالانه سیستم هاضم ایالت پن

table3bio
با مد نظر قرار دادن هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری نگهداری هاضم ایالت پن, هزینه انرژی بیوگاز معادل با سوخت های متعارف در قیمت هایی است که در جدول 4 نشان داده شده است.
مقایسه های جدول 4 ایده هایی را در باره هزینه های انرژِی سوخت های مختلف در مقایسه با هزینه بیوگاز می دهد.این ایده ها می گویند بیوگاز ممکن است راحت تر باشد وقتی که:
بتواند حقیقتا جایگزین سوخت متعارف شود
قیمت سوخت متعارف بالاتر از بیوگاز باشد و
تمامی بیوگاز استفاده شود
جدول 4-هم ارزی هزینه انرژی بیوگاز با سوخت های مختلف
مثال:فرض کنید که آبگرمکن بیوگاز 70 درصد کارآیی داشته باشد و بنابراین گرم کردن آب با بیوگاز ارزانتر از گرمایش آب با برقی تمام بشود که قیمتش بیش از 3.2 سنت به ازای هر کیلو وات ساعت است. این در حالی است که فرض کنیم گرمایش آب تمام بیوگاز را مصرف می کند.
هزینه سالانه هاضم ایالت پن 5557 دلار است که مقدار خالص 42000 متر مکعب بیوگاز را از کود 100 گاو تولید می کند.این بیوگاز انرژِی معادل 924000 مگاژول دارد.
اگر ما میزان انرژی سوخت های متعارف را بدانیم, ما می توانیم قیمت سوخت های متعارف معادل با بیوگاز را بوسیله تقسیم هزینه های سالیانه بر مقدار سوخت معادل با انرژِی بیوگاز تولیدی بدست بیاوریم:
table5bio

*مطالعه این مقاله به صاحبان دامداری ها اکیدا توصیه می شود