مُفاعِل الغاز الحيوي (Biogas Reactor) لدية القدرة على معالجة أنواع عديدة من مياه الصرف الصحي. وهو عبارة عن تقنية تعتمد علي المُعالجة اللاهوائية لإنتاج الحمأة المهضومة (المواد المهضومة أو سماد الغاز الحيوي) والتي يمكن استخدامها كمُخصب للتربة، وكذلك إنتاج الغاز الحيوي الذي يمكن استخدامه كمصدر للطاقة. و الغاز الحيوي هو خليط من غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى -محدودة الكمية- يمكن تحويلها إلى حرارة أو كهرباء أو ضوء (س.7).هــو الاســم الشــائع لمزيــج مــن الغــازات المُنبعثــة من عمليــة الهضم اللاهوائيّ للمواد العضوية Anaerobic digestion ، ويتكــوّن الغــاز الحيــوي مــن الميثــان بنســبة تترواح بين 50-75%، وثانــي أكســيد الكربون بنســبة (25-50%)، بالإضافة إلــى كميــات متفاوتــة مــن النيتروجيــن وكبريتيــد الهيدروجيــن وبُخــار المــاء وغيرهــم مــن المكونات، تختلف نسبتها باختلاف المادة المهضومة. ويُمكن تجميع الغــاز الحيــوي وإحراقــه كوقــود (مثــل البروبان).هـي خليط مـن المواد الصلبة والسـائلة التي تحتوي في الغالب على فضلات الجسـم والمياه، بالإضافة إلى الرمـل والحصى، والمعادن، والقمامة، والمركبات الكيميائيــة المختلفة. ويمكــن تمييز حمأة مياه المجــاري (Faecal sludge) عن حمــأة محطــة الصرف الصحــي (Wastewater sludge) بـأن حمأة ميــاه المجاري تأتي مــن تقنيــات الصرف الصحــي في الموقــع، أي أنها لم تُنقَل عبر شــبكات الصرف الصحــي، ويمكن أن تكــون على حالتها الأصلية أو تم هضمها جزئيًا، أو شــبه ســائلة ، أو شــبه صلبة، وهــي تنتج عن عمليات الجمع والتخزين/المعالجة لفضلات الجســم أو المياه الســوداء، التي قد تشــمل علي المياه الرمادية. اما حمــأة محطــة الصــرف الصحي (ويشار إليها أيضًا بحمأة المجاري) هــي الحمأة التــي تنتج عن تجميــع مياه الصــرف من شــبكات الصــرف الصحـي وعمليات المُعالجــة (شــبه) المركزية، ويتـحدد نوع المعالجـة المطلوبة للحمـأة وإمكانيـات الاســتخدام النهائـي لهــا بناءً على تحليلها والتعرف على مكوناتها الأساســية.
هو غاز هيدروكربوني قابل للاشتعال،
عديم اللون والرائحة، وصيغته الكيميائية هي CH4، ويوجد الميثان في الغاز الطبيعي، كما يوجد في الغاز الحيوي الذي ينتج عن التحلل اللاهوائي للمواد العضوية، وهو المُكوّن الرئيس للغاز الحيوي (بنسبة 50–70 % من مكوناته).
المُخلفات المنقولة عبر قنوات المجاري (شبكة الصرف الصحي).
المياه المُستعملة والمُصرَّفةمن أي مجموعة من الأنشطة المنزلية، أو الصناعية، أو التجارية، أو الزراعية، وكذلك مياه الأمطار، وأي تدفقات داخلة إلى قنوات المجاري.

يتكون مُفاعل الغاز الحيوي من غُرفة مُحكمة الغلق لتسهيل عملية التحلّل اللاهوائي للمياه السوداء والحمأة والمخلّفات القابلة للتحلل الحيوي، تجري معالجة مياه الصرف عندما تدخل إلى  المفاعل. وتتحلل المُدخلات حيويًا في طبقة الحمأة النشطة الموجودة داخل الهاضم، ويتم تُفرّيغ الحمأة المهضومة من فتحة البلاعه عند  مستوي سطح الأرض. وتُسهّل الغرفة أيضًا تجميع الغاز الحيوي الناتج عن عمليات التخمّر في المُفاعل. المواد المهضومة او ما عرف بسماد الغاز الحيوي الغني  بالمواد العضوية والمُغذيات، ومن السهل نسبيًا نزع الماء منه وإدارته.

اعتبارات التصميم

يُمكن إنشاء مُفاعلات الغاز الحيوي على شكل هاضمات ذات قُبة ثابتة أو قُبة طافية وقابلة للتمدد. في حالة القباب الثابتة يكون حجم المُفاعل ثابتًا، عندما يُنتَج الغاز فإنه يضغط مخلوط المخلفات العضوية والماء (الردغة/المُعلَّق) ويزيحه لأعلى ليدخله إلى غُرفة التمدّد، وبعد خروج الغاز يتدفّق المخلوط/المُعلّق مرة أخرى داخل المُفاعل، ويمكن استخدام الضغط المُتوّلد لنقل الغاز الحيوي عبر الأنابيب. أما في حالة المُفاعل ذي القبة الطافية والقابلة للتمدد فإن القبة ترتفع وتنخفض مع إنتاج الغاز وخروجه، أو بديلًا عن ذلك، من الممكن استخدام قبة مثل البالون. ويجب أن يكون زمن البقاء (الاحتفاظ) الهيدروليكي في المُفاعل 15 يومًا على الأقل في الأجواء المناخية الحارة، و(12) يومًا في الأجواء المناخية المعتدلة. وفي حالة إمداد المُفاعل بحمل كبير من مسببات الأمراض فينبغي حساب 60 يومًا كزمن بقاء هيدروليكي. تتراوح أحجام المُفاعلات بين الف  لتر للأسرة الواحدة وحتى مائة الف لتر لمراحيض المنشآت أو المراحيض العامة. وبما أن عملية إنتاج المواد المهضومة (سماد الغاز الحيوي) عملية مستمرة، فلا بُد من عمل الاستعدادات المسبقة وتجهيز أماكن لتخزينها واستخدامها أو نقلها بعيدًا عن الموقع.

المواد والمستلزمات

ويمكن صنع مُفاعل الغاز الحيوي من الطوب أو الإسمنت أو الفولاذ أو الرمال أو من الأسلاك لدعم الهيكل (على سبيل المثال سياج الأسلاك المُشبَّكة)، والإضافات الإسمنتية المُحسِّنة المضادة للرطوبة (من أجل العزل)، مواسير المياه والوصلات، وصمام وأنبوب سابق التجهيز لإخراج الغاز. ومن الحلول سابقة التجهيز: أكياس الرمال الأرضية (Geotextile)، وكذلك الوحدات سابقة التجهيز المصنوع من الألياف البلاستيكية  المقوي، والوحدات المستقلة المصنعة خصيصا لهذا الغرض ، وجميعها متوفرة لدى المورّدين المتخصِّصين.

القابلية للتطبيق

يصلح تطبيق هذه التقنية لمعالجة مياه الصرف المنزلية وكذلك مياه الصرف على مستوى المنشآت كالمستشفيات والمدارس. المُرشِّحات اللاهوائية ليست مناسبة لمرحلة الاستجابة الحادة في حالة الطوارئ لأن البيئة البيولوجية داخل المُرشِّح اللاهوائي تستغرق وقتًا حتى تتأسس. وهي مناسبة للتطبيق -على وجه الخصوص- في المناطق الريفية حيث يتاح روث الحيوانات الذي يمكن إضافته، وحيث توجد الحاجة لسماد الغاز الحيوي كمُخصّب، وللغاز الحيوي لاستخدامه في الطهو. وكما يمكن استخدام مفاعلات الغاز الحيوي لتثبيت الحمأة الناتجة عن مراحيض الحفرة (ج.3، ج.4). وعادةً ما يُستخدَم مُفاعل الغاز الحيوي كبديل عن خزَّان التحليل (التخمير) (ج.13) حيث إنه يُوفّر مستوى مشابه من المعالجة ولكنه يتميز بإنتاج الغاز الحيوي كقيمة مضافة. غير أنه لا يمكن إنتاج كميات كبيرة من الغاز الحيوي إذا كانت المياه السوداء هي المُدخَل الوحيد، أو إذا قلت درجة الحرارة المحيطة عن (15) درجة مئوية، ولا يُمكِن إضافة المياه الرمادية حيث أنها تقلل من زمن البقاء (الاحتفاظ) الهيدروليكي (HRT) بدرجةٍ كبيرة. وتقل درجة ملاءمة مُفاعلات الغاز الحيوي في الأجواء المناخية الباردة، حيث يقِل جدًا مُعدّل تحوّل المواد العضوية إلى غاز حيوي، وبالتالي لا بُد أن يكون زمن البقاء الهيدروليكي أطول وأن يزداد حجم التصميم بدرجةٍ كبيرة. وعلى الرغم من أن مُفاعل الغاز الحيوي معزول -غير مُنفذة للمياه - فإنه لا يوصَى بإنشائها في المناطق التي يرتفع بها منسوب المياه الجوفية أو المناطق التي تتكرر بها  السيول.

التشغيل والصيانة

ولبدء تشغيل المُفاعل يجب تزويدة بمصدر غني بالبكتيريا اللاهوائية، على سبيل المثال: بإضافة روث الأبقار أو حمأة خزَّان التحليل (التخمير). ولا بُد من تكرار إزالة السماد ويعتمد معدل الإزالة على حجم الخزَّان بالنسبة للمُدخلات من المواد الصلبة، ومقدار المواد غير المهضومة، ودرجة الحرارة المحيطة، والاستخدام، وسمات النظام، ولا بُد من متابعة الغاز ومعدل استخدامه على نحوٍ منتظم. ويجب تفقُّد محابس المياه وفحصها بانتظام، كما يجب تنظيف الصمامات وأنابيب الغاز لتفادي التآكل والتسريب. وعلى حسب تصميم المُفاعل والمُدخلات، ينبغي تفريغ المُفاعل وتنظيفه كل (5 إلى 10) سنوات.

الصحة والسلامة

يُعقَّم سماد الغاز الحيوي تعقيمًا جزئيًا، ولكنه -على الرغم من ذلك- لا يزال يحمل مخاطر الإصابة بالعدوى، ولذلك، لا بُد أن يزوّد العمال بمعدات الحماية الشخصية اللائقة أثناء إزالة السماد. واعتمادًا على الاستخدام النهائي قد يحتاج كل من السائل والحمأة المُفرَّغَين من المُفاعل إلى الخضوع لمعالجة إضافية قبل استخدامهما في الزراعة. وقد يُشكِّل تنظيف المُفاعل خطرًا صحيًا، ويجب اتخاذ احتياطات السلامة المناسبة (ارتداء معدات الحماية الشخصية اللائقة). وهناك أيضًا الأخطار المرتبطة بالغازات القابلة للاشتعال، إلَّا أن المخاطر المحتملة منها فهي المخاطر ذاتها المرتبطة بالغاز الطبيعي. ولا يوجد غير ذلك من المخاطر الإضافية ناتجة عن مصدر الغاز.

التكاليف

هذه التقنية  تكلفته منخفضة إلى متوسطة، بالنظر إلى كلٍ من تكاليف رأس المال وتكاليف التشغيل. إلّا أنه يجب أن توضع في الحسبان التكاليف الإضافية المرتبطة بعمليات التشغيل اليومية التي يحتاج إليها المُفاعل. غالبًا ما تكون الانشاءات التى يتبنها  المجتمع  أكثر جدوى وعملية من الناحية الاقتصادية، طالما أن التقنية حظيت بالقبول الاجتماعي. أما تكاليف تطوير قدرات المُشغّلين والمستخدمين وتدريبهم فيجب أن تُدرج في الميزانية إلى أن تترسخ المعرفة والمعلومات لديهم.

الاعتبارات الاجتماعية

قد يُمثِّل القبول الاجتماعي تحديًا للمجتمعات التي لم تعتد على استخدام الغاز الحيوي وسماد الغاز الحيوي. ويمكن زيادة القبول الاجتماعي من خلال الإدارة المشتركة لمفاعلات الغاز الحيوي وكذلك من خلال الاشتراك في منافعه (أي الغاز والمُخصِّب)، ولكن لا تزال هناك احتمالات عدم توزيع المنافع بالتساوي بين المستخدمين والذي قد يؤدي إلى النزاع.