مقدمة

أدي التقدم الحضارى للإنسان واهتمامه بالمحافظة علي البيئة من التلوث وترشيد استخدام الأسمدة الكيماوية والبحث عن مصادر بديلة للطاقة البترولية الناضبة إلى العودة للزراعة العضوية واستغلال المصادر الطبيعية لإنتاج الطاقة والغذاء والعلف لإنتاج منتجات زراعية ذات قدرة تنافسية عالمية ، ويتم ذلك باتباع تكنولوجيات متطورة ونظيفة ورخيصة تحقق طموح المزارعين في استغلال المنتجات الزراعية الثانوية بطريقة اقتصادية وآمنة بيئياً لتحقيق دخل إضافي من وحدة المساحة الزراعية .

وتهدف تكنولوجيا البيوجاز إلى إعادة استخدام المخلفات العضوية كمخلفات المحاصيل وروث الماشية بطريقة اقتصادية وآمنة صحياً لإنتاج طاقة جديدة متجددة وكبديل للطاقة التقليدية مع إنتاج سماد عضوي جيد وحماية البيئة من التلوث .

البيوجاز :

تعد تكنولوجيا البيوجاز والتي تعتمد علي التخمر اللاهوائى للمخلفات الصلبة والسائلة من التكنولوجيات المنتشرة في العديد من دول العالم لمعالجة مخلفات الصرف الصحي ومخلفات المزرعة النباتية والحيوانية والقمامة بطريقة اقتصادية وآمنة صحياً لحماية البيئة من التلوث مع إنتاج غاز الميثان كمصدر جديد ومتجدد للطاقة يساهم إلى حد كبير في ترشيد استهلاك الطاقة التقليدية كالبترول وحماية البيوماس من الحرق المباشر.

والبيوجاز خليط من غازي الميثان (50-70٪) وثاني أكسيد الكربون (20-25٪) مع مجموعة غازات أخرى مثل كبريتيد الأيدروجين والنيتروجين والأيدروجين تتراوح نسبتها بين 5-10٪ والبيوجاز غاز غير سام عديم اللون وله رائحة وكبريتيد الأيدروجين أخف من الهواء وليس هناك مخاطر أمنية عند استخدامه . وتتراوح القيمة الحرارية للبيوجاز بين 3170-6625 كيلو كالوري / م3 تبعاً لمحتواه من غاز الميثان والذي تختلف نسبته بالمخلوط الغازي تبعاً لنوع المواد المتخمرة وكفاءة تشغيل وحدة البيوجاز .

يتخلف بعد إنتاج الغاز سماد عضوي جيد غني في محتواه من المادة العضوية والعناصر السمادية الكبري والصغري وبالكميات الملائمة للنبات فضلاً عن احتوائه علي الهرمونات النباتية والفيتامينات ومنظمات النمو ويكون خالياً من الميكروبات المرضية واليرقات والبويضات وبذور الحشائش حيث تهلك تماماً أثناء تخمر المخلفات العضوية مما يجعله سماداً نظيفاً لايلوث البيئة ولا خطورة من استخدامه في تسميد جميع المحاصيل .

كما يستخدم كمصدر لعلف الحيوان والطيور المنزلية لاحتوائه علي نسبة عالية من المواد البروتينية ولايحتوي علي مركبات ضارة بالكائنات الحية .

المخلفات العضوية المنتجة للبيوجاز :

مخلفات حيوانية :
روث الماشية ، سماد الدواجن ، سبلة الخيول ، روث الأغنام والماعز والجمال ، مخلفات الطيور المنزلية .... وغيرها .

مخلفات نباتية :
الأحطاب مثل (الأذرة ، القطن ) قش الأرز ، عروش الخضر ، مخلفات الصوب ، الثمار التالفة ...... وغيرها .

مخلفات آدمية :
الصرف الصحي ، خزانات التحليل ، حمأة المجاري ... وغيرها .

مخلفات منزلية :
القمامة ، مخلفات المطابخ ، بقايا الأطعمة ، بقايا تجهيز الخضر والفاكهة .... وغيرها .

مخلفات صناعية :
مخلفات صناعة الألبان ، والأغذية ، والمشروبات ، وتجهيز الخضر والفاكهة ، مخلفات المجازر بأنواعها .

الحشائش :
حشائش برية ، مائية ، ورد النيل ..... وغيرها .

وحدة البيوجاز :

تتكون وحدة البيوجاز من أربعة أجزاء رئيسية :

1. المخمر أو الهاضم .
2. خزان الغاز .
3. حوض التغذية بالروث والمواد الخام (حوض الدخول).
4. حوض خروج السماد العضوي (حوض الخروج ) .

رسم تخطيطى لوحدة البيوجاز

وحدة بيوجاز طراز هندى

ولضمان الاستفادة القصوي من منتجات وحدة البيوجاز يجب أن تزود الوحدة بالآتي :

• حوض لفصل الجزء الصلب من السماد وتجفيفه هوائياً وتعبئته وتحزينه لحين الاستخدام. - شبكة توصيل الغاز من المواسير الحديد المجلفن أو من خراطيم البولي إثيلين . - معدات استخدام الغاز التي تعمل علي البيوجاز مثل المواقد والكلوبات والدفايات وماكينات الري ومولدات الكهرباء - مانوميتر بسيط من خراطيم البولي إثيلين ومملوءة بالماء الملون . - مصيدة بخار الماء والتي تركب علي خط الغاز قبل توصيله إلي معدات الاستهلاك .

ونجاح تكنولوجيا البيوجاز يتطلب ضبط مكونات النظام لتتكامل مع بعضها محققة الهدف من إنشاء وحدة البيوجاز وهو إنتاج كمية ملائمة من الغاز وإنتاج سماد عضوي جيد ونظيف خال من الملوثات وبأقل تكلفة ممكنة مع تحقيق حماية البيئة من التلوث .

حجم وحدة البيوجاز :

يرتبط حجم وحدة البيوجاز بعوامل عديدة هي :

1. كمية ونوع المخلفات العضوية بالموقع حيث التعرف علي نوع الماشية واعدادها ونظام الاسطبلات يعطي فكرة عن كمية ونوع المخلفات المستهدف إدخالها دورة البيوجاز .
2. الهدف من معالجة المخلفات العضوية هو إنتاج الطاقة أو السماد العضوي أو إنتاج الإثنان معاً .
3. حجم الطلب علي الغاز الناتج ونمط الاستهلاك المطلوب .
4. طبيعة التربة بالموقع ومستوي الماء الأرضي .
5. درجة حرارة الجو بالمنطقة وإتجاه الرياح علي مدار العام .
6. درجة تدريب العاملين بالمزرعة والمنزل علي تشغيل واستخدامات وحدة البيوجاز .

حجم المخمر :

حجم التغذية اليومية :
هو حجم مخلوط الروث مع الماء التي تضاف للمخمر يومياً مرة واحدة أو علي عدة مرات ويكون متوسط تركيز المواد الصلبة الكلية 10٪ ويتوقف خلط المخلفات العضوية بالماء علي محتواها من الرطوبة ففي حالة المخلفات الحيوانية الرطبة مثل الروث يكون نسبة الخلط 1:1 .

زمن البقاء في المخمر :

• نوع وطبيعة المخلفات العضوية المغذاة : حيث تكون المخلفات الحيوانية والأدمية أسرع تحللا من المخلفات النباتية ، والمخلفات الناعمة أسرع تحللا من غيرها وبالتالي يكون زمن بقاء الأولي أقل من الثانية .
• درجة حرارة التخمر : درجة الحرارة المثلي للتخمير تتراوح بين 25-30ْم وانخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة زمن مكوثها بالمخمر.
• الهدف من أنشاء وحدة البيوجاز : في حالة زيادة الطلب علي الغاز يمكن زيادة فترة البقاء إلا أن السماد العضوي الناتج سيكون أقل كفاءة وانخفاض محتواه من المادة العضوية والعناصر السمادية .

ولتوضيح ذلك فإن حساب وحدة البيوجاز لمزرعة مزودة بحظيرة تحتوي علي 15 رأس ماشية يكون كالآتي :

• كمية المخلفات الحيوانية = 15 * 20كجم = 300 كجم رطب .
• مخلوط التغذية اليومية = 300كجم روث + 300 لتر ماء = 0.6 م3 / يوم .
• زمن البقاء = 40 يوم .
• حجم التخمر = 0.6 * 40 = 24م3 .

خطوات انشاء وحدة البيوجاز:

يجب اتباع المتطلبات الأساسية لانشاء وحدة البيوجاز بحيث تتيح الاستخدام الأمثل للموقع الذي تم اختياره دون أى تأثير ضار علي المنشآت القائمة .

صورة الحفر

القاعدة الخرسانية :
يتم تنظيف الحفرة ويضاف الدقشوم وكسر الطوب ويدك قاع الحفرة جيداً بالمندلة مع المحافظة علي تشكيل التقعير ثم تصب الخلطة الخرسانية من الأسمنت والرمل والزلط بنسبة 1 : 2 :4 ، يتراوح سمك القاعدة الخرسانية 10-25 سم تبعاً لنوع التربة ومستوي الماء الأرضي .

صورة بناء الوحدة

في وحدات البيوجاز الهندية الطراز ذات خزان الغاز الطافي فوق سطح المواد المتخمرة بقسم المخمر إلى حجرتين بحائط نصفي حتي حوالي نصف ارتفاع المخمر تتصل إحدى الحجرتين بحوض الدخول والأخرى بحوض الخروج ، يثبت في جسم المخمر وفوق الحائط النصفي محور توجيه خزان الغاز ويكون الأكس في مركز المخمر تمام ثم يكمل البناء حتي نهاية الارتفاع المطلوب .

عزل المخمر :

حوض الدخول :
يبني بالطوب وتكون قاعدته أعلي من نهاية ارتفاع المخمر ويتصل بالمخمر بواسطة ماسورة ذات قطر ملائم ومزود بسدادة للتحكم في عملية الخلط فعندما تفتح السدادة يندفع مخلوط التغذية مسبباً ازاحة المواد السابقة التغذية بالمخمر للخروج من حوض الخروج . ويتحدد حجمه طبقاً لمعدل التغذية اليومية للمخمر .

حوض الخروج :
حوض صغير يبني بالطوب وتكون قاعدته أقل من نهاية ارتفاع المخمر بحوالي 10سم ويتصل بالمخمر بماسورة ذات قطر ملائم يقوم باستقبال المواد المتخمرة وتوزيعها علي أحواض السماد .

حوض السماد :
مساحة سطحية غير عميقة يزود في نهايته بطبقة من الزلط الخشن التي تعمل كفلتر عندما يمرر عليها محلول التخمر يترسب الجزء الصلب ويمر الجزء السائل إلى قناة الري بحوض السماد منشر لتجفيف السماد هوائياً تحت مظلة مسقوفة لحماية السماد من التعرض المباشر لأشعة الشمس

خزان الغاز :
يرتبط حجم خزان الغاز بحجم المخمر ، وكمية الغاز الناتجة يومياً ، ومعدلات استهلاك الغاز وفترات الاستخدام حيث يتولد الغاز بصفة مستمرة وبمعدل بطئ في حين أن الـاستهلاك يكون بمعدل عال ولفترات محددة من اليوم وتتراوح السعة التخزينية للغاز ما بين 30-50٪ من حجم المواد المتخمرة .

يصنع خزان الغاز من الصاج سمك 3مم ومزوداً بأزرع داخلية لتقطيع المواد التي تطفو فوق سطح المواد المتخمرة والتي تعوق تجميع الغاز بالخزان ويجب أن يقل قطر الخزان عن قطر المخمر بحوالي 5سم لتسهيل حركته إلى أعلي وأسفل وكذلك الدوران حول محورة ، يركب خزان الغاز بعد الانتهاء من التغذية الأولي للمخمر .

تشغيل وحدة البيوجاز :

تغذي وحدات البيوجاز بمخلوط المخلفات العضوية والماء بحيث يتراوح تركيز المادة الصلبة الكلية 10٪ تقريباً وتختلف كمية المياه اللازم إضافتها للمخلفات العضوية طبقاً لمحتواها من الرطوبة .

1. بعد الانتهاء من إنشاء الوحدة واختبارها تملأ بمخلوط المخلفات العضوية والماء ويركب خزان الغاز أو تقفل جميع الفتحات بالمخمر وتترك لفترة 2-3 أسابيع دون تغذية يومية مع مراعاة تنظيف المخلوط من القش والمواد كبيرة الحجم .
2. يتم اختبار المخمر لإنتاج الغاز خلال مرحلة التغذية الأولي وتركب مصايد المياه والمانومتر بخط الغاز .
3. تتم التغذية اليومية بإغلاق ماسورة حوض الدخول وخلط المخلفات بالماء وتركها إلي مابعد منتصف النهار ليمكن للمحلول امتصاص أكبر قدر ممكن من حرارة الشمس .
4. تفتح ماسورة الدخول فتندفع المخلفات بقوة داخل المخمر ويقابلها في نفس الوقت خروج السماد إلي حوض الخروج
5. يخزن السماد في أحواض مكشوفة أو مغطاة أو يمرر علي فلتر زلطي لفصل الجزء الصلب عن السائل ، ثم يجفف الجزء الصلب في مكان مظلل ويعبأ لحين استخدامه .
6. يستخدم الغاز في أي وقت من خلال أجهزة استخدام الغاز .

البيوجاز كمصدر للطاقة :

ويستخدم الغاز استخداما مباشراً في أعمال الطهي والإضاءة والتسخين والتبريد وتشغيل آلات الاحتراق الداخلي مثل ماكينات الري والطواحين والآلات الزراعية كما يمكن إنتاج الطاقة الكهربائية بمولدات تعمل بالبيوجاز .

ويمكن للمتر المكعب من البيوجاز أن يغطي إحدى الاحتياجات الآتية :

• تشغيل موقد متوسط الشعلة لمدة 2-3 ساعات .
• تشغيل كلوب برتينة قوة 100 شمعة لمدة 8-10 ساعات .
• تشغيل آلة احتراق داخلي قدرتها 1حصان لمدة 2 ساعة .
• تشغيل جرار زراعي وزنه 3 طن لمسافة 2.8كجم .
• تشغيل ثلاجة 10 قدم لمدة 1-2 ساعة .
• تشغيل دفاية مزرعة دواجن طول 60سم لمدة ساعتين .
• توليد طاقة كهربائية 1.3 - 1.5 ك . و . س .
• تشغيل فرن متوسط الحجم لمدة 2 ساعة .
• تشغيل مكواة ملابس متوسطة الحجم لمدة 3 ساعات .

سماد البيوجاز :

يطلق علي المخلوط المتبقي من عملية تخمر المخلفات العضوية والخارج من المخمر اسم سماد البيوجاز ويتميز هذا المحلول بأن رائحته مقبولة ولا تجذب اليه الحشرات والذباب والبعوض ويخلو من الميكروبات والطفيليات المرضية مما يجعل تداولها أكثر أمنا من الناحية الصحية عن التعامل مع المخلفات العضوية الأصلية قبل عملية التخمر .

كذلك تشير تحاليل سماد البيوجاز إلي احتوائه علي بعض الفيتامينات ولا سيما فيتامين ب 12 حيث إن نمو البكتيريا بالمخمر يتطلب تواجد هذا الفيتامين ، كما يحتوي السماد علي منظمات النمو والهرمونات النباتية الطبيعية .

ويتكون سماد البيوجاز الناتج بعد إنتاج الغاز من طبقتين الأولي هي سائلة وتحتوي علي المركبات والأملاح الذائبة ، أما الطبقة الثانية فهي صلبة وتتكون من مركبات غير ذائبة بعضها مركبات عضوية والبعض الآخر أملاح غير عضوية مترسبة ، ويحتوي الجزء السائل علي قدر من العناصر الغذائىة أقل بكثير عن تلك الموجودة في الجزء الصلب .

وفي حالة استخدام السماد في صورته المختلطة فهناك عدة وسائل للاستخدام هي :

• استخدام مخلوط السماد في صورته السائلة مباشرة .
• التجفيف المباشر تحت الظروف الجوية العادية .
• تحميله علي كمية من التربة (بنسبة 1:1 تقريباً ).
• خلطة مع كمية من التربة وكمية من بعض المخلفات النباتية بنسبة (2:1:1) وتركه لعملية الكمر الهوائى لفترة ولحين الاستخدام .

وقد أوضحت التجارب الحقلية زيادة في إنتاجية المحاصيل المسمدة بسماد البيوجاز عن تلك المسمدة بالأسمدة البلدية والكيماوية حيث بلغت الزيادة في محصول الذرة الشامية 35.7٪،القمح 12.5٪ للحبوب ، التبن 20٪ ، وزيادة محصول الأرز بنسبة 5.9٪ ، والفول البلدي بنسبة 6.6٪ ، القطن 27.5٪ والخضر مابين 14.1 - 20.6٪ .

وكان للأثر المتبقي لسماد البيوجاز بعد جني المحصول الأول دوراً في زيادة إنتاجية المحصول التالي في الدورة الزراعية حيث بلغت الزيادة في محصول القمح غير المسمد بعد الأرز الذي تم تسميده بسماد البيوجاز 11.4٪ وكانت الزيادة للفول البلدي بعد القطن 22.7٪ .

معدلات إضافة سماد البيوجاز للمحاصيل المختلفة :

يحتوي سماد البيوجاز علي مادة عضوية تماثل 5-7 أضعاف مايحتويه السماد البلدي العادي لذلك يجب الأخذ في الاعتبار هذا التفوق عند استخدام سماد البيوجاز للمحاصيل المختلفة ، مع مراعاة أن المحاصيل ذات المعدلات العالية من التسميد الآزوتي يجب تعويض كميات الآزوت التي تحتاجها بإضافة أسمدة معدنية لاستكمال احتياجات النبات .

عوامل الأمان بوحدات البيوجاز :

1. عدم التدخين أو إشعال لهب فوق الأجزاء المكشوفة من وحدة البيوجاز .
2. عدم الطرق بأجسام صلبة فوق خزان الغاز أو علي الوصلات المعدنية .
3. عدم الكشف عن تسرب الغاز باستخدام اللهب .
4. التأكد من غلق المحابس عند عدم استخدام الغاز .
5. يكون مستوي السائل بالمانومتر عند الصفر عند غلق محبس الغاز بالوحدة .