>>”معالجة مخلفات الدواجن والحيوانات والمحاصيل الزراعية”

رئيس بحوث – معهد بحوث الأراضى والمياة والبيئة – مصر

مدير عام مصنع الإمارات للأسمدة البيولوجية

 

البيوجاز: عبارة عن 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٪ وذلك بعمليات التخمر اللاهوائى للمخلفات العضوية المختلفة ويعتبر غاز الميثان مصدر عالى للطاقة علي حالته الغازية أو بتحويله إلى كهرباء.

ولقد  إنتبه المصريون منذ أكثر من مائة عام لإنتاج الطاقة والسماد العضوى بمعالجة المخلفات العضوية فتم إنشاء أول وحدة بيوجاز كبيرة الحجم فى أفريقيا والشرق الأوسط (كان حجمها 750 متر مكعب) فى محطة معالجة حمأة المجارى فى الجبل الأصفر فى محافظة القليوبية  لإنتاج البيوجاز والسماد العضوى. والأن وقد تطورت التكنولوجيا على نطاق واسع مم جعلها منتشرة على نطاق تجارى فى بلدان كثيرة وذلك بعد التعرف على الميكروبات المسؤلة عن عملية التخمر اللاهوائى لإنتاج البيوجاز والتعرف على الظروف المثلى لتشغيل مخمرات البيوجاز مما يساعد على رفع كفاءة إستخلاص الطاقة من المخلفات وزيادة كفاءة التشغيل وزيادة نسبة غاز الميثان مم يعمل على رفع كفاءة الطاقة وتعظيم العائد من تشغيلها وذلك لمعالجة كميات كبيرة من المخلفات فى وقت أقل. والأن وبع أن أصبحت تكنولوجيا البيوجاز متاحة مم ساعد على إنتشار محطات البيوجاز كبيرة الحجم على نطاق تجارى فى جميع دول العالم. وكذلك نظرا لأهمية البيوجاز فى خفض معدلات التلوث فقد سنت عديد من الدول فرض قوانين البيئة التى تلزم أن يكون نسبة الطاقة الجديدة والمتجددة بنسبة لا تقل عن 40 % من سلة مصادر الطاقة.

• وحدات البيوجاز المنزلية:

إن وحدات البيوجاز المنزلية هي الوحدات التى تبنى لخد مة منزل واحد أو مزرعة صغيرة بحجوم لا تتعدى 50 متر مكعب لحجم المخمر. ونظرا لسياسة الدولة لدعم الطاقة والأسمدة الكيماوية والتى إستمرت لسنوات عديدة فى جمهورية مصر العربية فكان هناك عزوف من أهل الريف المصرى عن بناء وحدات البيوجازز رغم أن برنامج البيوجاز المصرى بدأ مع برنامج البيوجاز فى الصين فى نهاية السبعينات من القرن الماضى. ولكن المحصلة أننا فى مصر لم يتجاوز عدد وحدات البيوجاز المائة وحدة فى مدة أربعين عام. بينما قامت الصين بدعم البرنامج لبناء وحدات البيوجاز وقد ساعد ذلك على أن وصلت عدد وحدات البيوجاز المنزلية خمسة ملايين وحدة عام 1986 وقد تزايد عدد وحدات البيوجاز فى الصين العام السابق لسجل سبعة وعشرون مليون وحدة منزلية.

• وحدات البيوجاز كبيرة الحجم:

يتواجد العديد من وحدات البيوجاز كبيرة الحجم فى كل عواصم دول أوربا والولايات المتحدة الأمريكية والصين واليابان وذلك لمعالجة حمأة المجارى والمخلفات العضوية الصلبة والسائلة للمشاريع الكبرى. وغالبا ما يتم إستعمال الغاز وتحويل الجزء الأعظم منه إلى طاقة كهربية.

• مشكلة تراكم المخلفات العضوية:

يحدث تكدس في بعض مزارع الدواجن والإنتاج الحيوانى للمخلفات وتكوين كميات كبيرة منها تؤدى لمشاكل بيئية ضخمة ولذلك يجب التخلص من هذه المخلفات المتكدسة و التى ينتج عنها روائح كريهة وتراكم الحشرات والقوارض الضارة عليها.  وأيضا فإن تراكم مخلفات المحاصيل بعض الحصاد كالقش والأحطاب والعروش وغيرها والتى يتم حرقها وتسبب مشاكل كثيرة لتلوث البيئة.

وتهدف تكنولوجيا البيوجاز إلى إعادة إستخدام 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 .

• طريقه إنتاج البيوجاز :

تعد تكنولوجيا إنتاج 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 بطريقةإاقتصادية 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.

ما هو غاز البيوجاز:

هو غاز غير سام وليس له رائحة نفاذة وعديم اللون وأخف من الهواء الجوي ولا ينتج عنه أي عادم بعد الحرق

وهو 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٪

البيوجاز غاز غير سام عديم اللون وله رائحة مميزه لوجود غازكبريتيد الأيدروجين وكذلك فهو أخف من الهواء وليس هناك مخاطر أمنية عند إستخدامه . 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 .

المخلفات العضوية المنتجة للبيوجاز :

مخلفات حيوانية :
روث الماشية ، سبلة الدواجن ، سبلة الخيول ، روث الأغنام والماعز والجمال ، مخلفات الطيور المنزلية …. وغيرها .
مخلفات نباتية :
الأحطاب مثل (حطب الذرة و حطب القطن ) و 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 بالمواد الخام (حوض الدخول).
4. حوض خروج السماد العضوي (حوض الخروج ) ..

 كيف ينتج غاز البيوجاز؟

ينتج غاز البيوجاز من التخمرات اللاهوائية للمخلفات (مزارع دواجن – مخلفاتحيوانات – مخلفات محاصيل زراعية كقش الأرز وتبن القمح وحطب الذرة وغيرها ) وذلك نتيجة لنشاط الكائنات الحية الدقيقة (البكتريا) التي تحلل المخلفات العضوية في ظروف لاهوائية ويزداد نشاط البكتريا علي حسب ظروف التخمر مثل التحكم في درجة الحرارة والحموضة وإجراء عمليات التقليب للمخلفات داخل المخمر، زرق الدواجن بالفرشة ( قش أرز – تبن قمح – نشارة خشب وغيرها) يفضل استخدامه لأنه يعطى نسبة عالية من غاز البيوجاز، بينما زرق الدواجن الخالي من الفرشة لا يفضل استخدامه وذلك بسبب ارتفاع نسبة الأمونيا الناتجة منه وتعتبر هذه الأمونيا سامة بالنسبة للبكتريا التي تقوم بتحليل المخلفات وإنتاج البيوجاز وبالتالي يقل إنتاجه ولكن يفضل خلط روث الحيوانات مع زرق الدواجن وأن يكون زرق الدواجن مخلوط بالفرشة.

الفكرة الأساسية لوحدة إنتاج غاز البيوجاز:

وحدة البيوجاز عبارة عن مبني من الطوب أو الخرسانة المسلحة تحت سطح الأرض يعرف بالمخمر ويعلو هذا المبني خزان الغاز الذي يتجمع به الغاز الخارج من المخمر والناتج من التخمر اللاهوائي للمخلفات ( سواء مخلفات مزارع دواجن – مخلفات حيوانات – مخلفات محاصيل زراعية كقش الأرز وتبن القمح وحطب الذرة وغيرها ) ويجب خلط المخلفات بالماء قبل وضعها في المخمر وتختلف نسبة الماء المضاف للمخلفات حسب نوع المخلف فزرق الدواجن يخلط بنسبة 1 : 2 ماء أما روث الحيوانات يخلط بنسبة 1:1 ماء
الشروط الواجب توافرها في موقع التخمر:
1- أن يكون المخمر في مكان مشمس ولا يتعرض للرياح.
2- لا يبعد أكثر من 30 م عن مكان الاستهلاك للغاز.
3- يبني في الجهة القبلية من المنزل أو المزرعة حتى لا تنتقل الروائح الكريهة أثناء وضع أو خروج المخلفات.
4- يجب أن يبعد عن أي مصدر لمياه الشرب مسافة لاتقل عن 20م حتي إذا حدث أي كسر فلا يحدث تلوث للمياه.

وينتج البيوجاز بمعدلات تختلف حسب التكنولوجيا المتاحة وحجم المخمر المطلوب ونوع المخلفات ومدة بقاء المخلفات بالمخمر. ويمكن الحصول على واحد متر مكعب من البيوجاز (5513 كيلوكالوري) من تخمير   5.3 كجم روث ماشية جاف أو 7.7 كجم زرق دواجن جاف فى وحدات البيوجاز المنزلية. وطبعا يمكن رفع كمية البيوجاز الناتج و نسبة غاز الميثان  فى مخلوط البيوجاز وذلك برفع حرارة المخمر أو إضافة مقلبات ميكانيكية أو فصل مراحل التخمير على مرحلتين أو إضافة فلاتر داخل المخمرات مم يقلل من فقد الميكروبات مع عمليات التغذية بالمخلفات.

حجم التغذية اليومية :

هو حجم مخلوط الروث مع الماء التي تضاف للمخمر يومياً مرة واحدة أو علي عدة مرات ويتوقف خلط المخلفات العضوية بالماء علي محتواها من الرطوبة

تحديد حجم وحدة البيوجاز وكفاءة تشغيلها  :
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 .

زمن البقاء للمواد العضوية في المخمر :

هو زمن الذي تمكثة المخلفات العضوية المغذاة قبل أن تخرج كسماد عضوي وتختلف هذه الفترة الزمنية علي عوامل عديدة منها :
– 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- 35 درجة مئوية وهو مايسمى بالنطاق الميزوفيليك  وإنخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة زمن مكوثها بالمخمر.

أهم فوائد إنشاء وحدات البيوجاز :

1 – إنتاج الغاز كبديل لمصادر الطاقة التقليدية:
يتميز البيوجاز بأنة يحترق تماما بدون دخان بعكس ما يحدث في حرق المخلفات و بذلك تتلافي أمراض العيون و الجهاز التنفسي ، وكذلك يقل قطع الأشجار لاستخدامها كوقود ، و من المعروف أهمية الأشجار في مكافحة التلوث البيئي .
2- إنتاج السماد العضوي (سماد البيوجاز) :
هذه الرواسب المتخمرة تكون خالية من الكائنات الحية الممرضة سواء بكتيرية أو طفيلية ، بالإضافة إلي أن هذه الرواسب عديمة الرائحة تقريبا مما يقلل من إجتذاب الحشرات و خاصة الذباب ، بعكس المخلفات الحيوانية الطازجة ( الغير متخمرة ) و بذلك يقل انتقال عدوي الأمراض بين سكان المنطقة ، وقد وجد أن الأراضي المسمدة برواسب المخمر تكون أقل إصابة بالقواقع و بالتالي الطفيليات ، هذا بالإضافة إلي زيادة الإنتاج الزراعي ، و هذا معناه وفرة في المواد الغذائية مما ينعكس علي صحة الفرد .
3- استخدام سماد البيوجاز كإضافات للأعلاف حيث تحتوي هذه علي غالبية العناصر المعدنية التي تحتاجها الحيوانات.
4 – فوائد غير مباشرة :
1- رفع المستوى الصحي بمكافحة التلوث البيئي.
2- زيادة الإنتاج الزراعي .
3- النظافة.
4- المحافظة علي  خصوبة التربة .
5- فتح مجال عمل جديد بالقرى .
يعتقد البعض أن وحدات البيوجاز بصفة عامة لا تعطي عائد يوازي تكاليفها إلا أن هذه النظرية أغفلت فوائد أخري أهمها ما يلي :-
1- أهمية الأفراد الأصحاء و الأطفال الأصحاء للمجتمع .
2- المحافظة علي خصوبة و بناء الأرض الزراعية .
3- المحافظة علي الأشجار .
4- إيجاد مستوي جيد لتشغيل العمالة .
5- اعتماد أهل القري و خاصة أصحاب مزارع الإنتاج الحيواني علي أنفسهم في توفير مصادر الطاقة و عدم الحاجة إلي مصادر خارجية سواء للطاقة أو للتسميد.
6-  حق الإنسان المصري أن يعيش في بيئة خالية من التلوث .
الفوائد الحقيقية للدولة لن تظهر بوضوح إلا بتشغيل عدد كبير من وحدات البيوجاز ، و لهذا فإن كل وحدة جديدة تنشأ فهي علي الطريق الصحيح .
¨المزرعة سعة 60000 طائر يمكنها أن تغطى جميع احتياجاها تماما من الطاقة عن طريق وحدة إنتاج غاز البيوجاز تستخدم كمصدر للكهرباء والتدفئة .

أولا : استخدام غاز البيوجاز :
1- لأغراض الطهي ( موقد البوتاجاز ) .
2- الإضاءة ( مصباح البيوجاز ).
3- التبريد ( تشغيل بعض أنواع الثلاجات ).
4- التدفئة ( يستخدم في تدفئة مزارع الدواجن و غيرها ).

وحدات البيوجاز المنزلية:
يوجد نظامان أساسيان لوحدة البيوجاز المنزلية :
1- النظام الهندي:

– الفكرة الأساسية:
الوحدة عبارة عن مبني تحت سطح الأرض من الطوب أو الخرسانة وله فتحتين إحداهما لدخول المخلفات والأخرى لخروج المخلفات ويوجد حوض لخلط المخلفات بالماء يلاحظ أن فتحة دخول المخلفات أعلي من فتحة الخروج 50 سم حتى لا ترجع المخلفات للخارج يمكن أن يوجد جدار في المخمر لقسمته إلي غرفتين حتى نزيد المسافة التي يسير فيها المخلف فتزيد عملية التحلل اللاهوائي، ويوجد الخزان أعلي سطح الأرض ويصنع الخزان من الصاج أو البلاستسك المقوى أو الفيبر جلاس، ويظهر الخزان عائم علي المبني وذلك حسب نسبة تواجد الغاز.
2- النظام الصيني :
هذا النظام يكاد يتشابه مع النظام الهندي في الفكرة الأساسية فالوحدة عبارة عن مبني تحت سطح الأرض من الطوب أو الخرسانة وله فتحتين إحداهما لدخول المخلفات والأخرى لخروج المخلفات ولكن لا يوجد خزان للغاز وإنما يتجمع الغاز في جزء خاص به وله غطاء لإجراء عملية التنظيف الدوري، ويمكن إجراء التقليب الميكانيكي عن طريق عمود عليه ريش للتقليب كل 4 ساعات يقلب 15 دقيقة ويمكن إعادة حقن الغاز البيوجاز مرة ثانية في الوحدة حتى تنشط البكتريا وفي هذا النظام يعاب عليه أنه لايمكن التحكم في ضغط الغاز كما في النظام الهندي.

تشغيل وحدة البيوجاز :
تغذي وحدات البيوجاز بمخلوط المخلفات العضوية والماء بحيث يتراوح تركيز المادة الصلبة الكلية 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 وترتفع درجة حرارة مواد التغذية.
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 . أما الجزء السائل يعاد تدويره
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 2.8كم .
– تشغيل ثلاجة 10 قدم لمدة 1-2 ساعة .
– تشغيل دفاية مزرعة دواجن طول 60سم لمدة ساعتين .
– تشغيل فرن متوسط الحجم لمدة 2 ساعة .
– تشغيل مكواة ملابس متوسطة الحجم لمدة 3 ساعات .

– توليد طاقة كهربائية 1.3 – 1.5 ك . و . س .

• سماد 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

يتميز هذا المحلول (سماد البيوجاز) 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 الغذائية أقل بكثير عن تلك الموجودة في الجزء الصلب .
وفي حالة استخدام السماد في صورته المختلطة فهناك عدة وسائل للإستخدام هي :
خلطة مع كمية من التربة وكمية من بعض المخلفات 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٪ .

حرق المخلفات بطرق بدائية وملوثة للبيئة