Digestia anaerobǎ

PARAMETRII FUNCŢIONALI AI PROCESULUI

Cei mai importanţi parametri care condiţionează procesul, care printre altele sunt monitorizaţi constant şi în continuu, pot fi sintetizaţi după cum urmează:

  • UNITATEA DE ÎNCĂRCARE (m3 o T);
  • SUBSTRATURI METABOLICE;
  • TEMPERATURA (°C);
  • ACIDITATE (Ph);
  • TIMPII DE REŢINRE (HRT);
  • FACTORI DE CONVERSIE;
  • CALITATEA BIOGAZULUI.

În contextul actual de extremă şi continuă necesitate energetică şi de un crescu risc asupra mediului, tratamentul anaerob cu recuperarea biogazului produs rezultă un sistem care prezintă un mare interes, şi care este în măsură să ofere multiple avantaje:

  • RECUPEREAREA ENERGETICĂdin Resurse Regenerabile: tratamentul anaerob în condiţii controlate duce la degradarea substanţei organice şi la producţia de biogaz, un amestec format în proporţie de 50-70% din metan şi, pentru partea rămasă, aproape în totalitate din anhidridă carbonică. Cogenerarea energiei electrice şi a căldurii prin intermediul combustibilului din biogaz rezultă mult mai avantajos din punct de vedere economic.

  • REDUCEREA GAZELOR DE SERĂ

  • FITOTOXICITATE REDUSĂ A DEJECŢIILOR

  • STABILIZAREA DEJECŢIILOR .Scăderea încărcăturii organice pe bază de carbon care se obţine din digestia anaerobă conferă dejecţiilor o stabilitate suficientă şi în perioadele de stocare; se obţine astfel o încetinire a proceselor de degradare şi de fermentaţie cu o implicită scădere a emanării de compuşi urât mirositor;

  • REDUCEREA ÎNCĂRCĂTURII PATOGENE DE INFECTANŢI : digestia anaerobă în mezofilie poate reduce apariţia un eventual potenţial patogen prezent în dejecţii. Operând astfel în termofilie este posibilă în schimb obţinerea unei complete igienizări a dejecţiilor cu o distrugere completă a factorilor patogeni;

  • SCĂDEREA IMPACTULUI OLFACTIV se obţine o eliminare a mirosurilor şi a emisiilor poluante (NH3 e CH4). Substanţele cu urât mirositoare care eventual se formează în timpul procesului (acid sulfhidric, mercaptani, amoniac) sunt folosite cu biogaz la combustie. O bună eliminare o mirosurilor se poate obţine cu instalaţiile în care procesul de digestie anaerobă este efectuat în condiţii mezofile (38-42°C) şi termofile (50-55°C). Se pot obţine bune rezultate şi cu o digestie la temperaturi mai scăzute, cuprinse între 10-25°C, cu condiţia să fie asigurate perioadele necesare de păstrare.;

  • NIVEL IGIENIC SANITAR MAI BUN ;

  • UTILIZARE CONVENABILA DOAR A UNOR PRODUSE

  • CREŞTEREA NIVELULUI ECONOMIC GENERAL

Perchè fare un impianto di biogas?

O reducere ulterioară a substanţei organice transformabile în biogaz decurge din operaţiunile de penetrare a dejecţiilor (examinare) necesare pentru îndepărtarea elementelor solide care pot provoca probleme de cruste la suprafaţă în reactoarele fără amestec.
În vederea calculării ulterioare a transformării în biogaz, este necesar să se recurgă la analiza stoechiometrică,din care se obţine că pentru fiecare g din COD distrus se produc 0.35l de metan în condiţii standard (volum calculat la 0°C şi la o presiune de 1 atmosfera absolută) şi readucerea reactorului la condiţiile standard.

În realitate această valoare va fi corectată deoarece o fracţiune calculată la 5% din COD distrus este folosită pentru creşterea celulară a biomasei anaerobe responsabilă de proces. Factorul de conversie se reduce astfel la 0.33.
Dat t fiind că biogazul se măsoară de obicei la temperaturi şi presiuni diferite de cele din condiţiile standard, această valoare se va înmulţi cu un factor egal cu (273 + T) /273 unde T este la temperatura de măsură în °C, şi împărţit la un factor (10.33 + P) /10.33 unde P este presiunea de măsurare în de coloană de apă (procedura inversă se va efectua dacă se doreşte prezentarea unei măsuri în condiţii de reactor la p măsură în condiţii standard.

Pentru o mai mare simplitate a nivelului orientativ, prezentăm mai jos valorile şi randamentul câtorva dintre principale matrice şi biomase organice utilizabile ca substraturi alimentare pentru instalaţiile de Biogaz
.

INFLUENŢA CALITĂŢII DEJECŢIILOR ÎN TRANSFORMAREA ÎN BIOGAZ

Biodegrabilitatea complexivă a dejecţiilor analizată la nivelul bazinului de colectare sau a canalizărilor poate varia destul de mult între 60 e l'80%, atât în funcţie de vechimea dejecţiilor cât şi a tipului de alimentaţie. O clasificare ulterioară a fracţiunilor biodegradabile, permite efectuare distincţiei în interiorul fracţiunii solubile între o fracţiune dizolvată rapid biodegradabilă (aproximativ 20% din SSV) şi una mai lent degradabilă, iar în interiorul fracţiunii suspendate între o fracţiune uşor suspendată hidroizolabilă şi una lent hidroizolabilă. Datele obţinute din probele de laborator pe termen lung, cu condiţii normale ale reactorului anaerob, cu timpi limitaţi de conservare hidraulică, ajung la nivele de transformare a substantei organice în gaz biologic variabil între 70 şi 90% din biodegrabilitatea maximă a stării dejecţiilor. Nivelurile scăzute de transformare în biogaz pot fi imputabile temperaturilor scăzute, a perioadelor de retenţie hidraulică prea scurte (sau sarcinilor organice prea mari)în funcţie de temperatura procesului, comportamentului hidrodinamic greşit a reactorului cu formarea de zone moarte şi fluxuri de by-pass între intrare şi ieşire.

2. ACIDIFICARE:
pe parcursul acestei faze, plecând de la produsele hidrolizei se produc acizi organici volatili. De fapt bacteriile anaerobe facultative, lăsând loc formării acidului acetic, propionic şu butiric. De la aceşti premergători se obţin aldehidele, alcooli, anhidrida carbonică şi hidrogen.


3. GAZIFICARE:
faza de gazificare poate fi considerată ca şi compusă din două subfaze principale:
- prima reprezintă transformarea produselor acidificării în amine, amoniac, carbonaţi acizi, anhidridă carbonică, metan, hidrogen, azot, mercaptani, benzopirol, escatol şi hidrogen sulfuros.
- a doua fază este caracterizată de transformarea produselor chimice obţinute din prima fază în metan şi anhidridă carbonică.

N.B:PRIN PROCESUL ÎN REGIM CELE TREI FAZE 1 – 2 – 3 SUNT LEGATE ÎN ACELAŞI TIMP ÎNTRE ELE ÎNTR-UN FEL DE ECHILIBRU DINAMIC.

HIDROLIZA

Fazele procesului biologic

Principalele faze ale procesului biologic se pot sintetiza în:

1. Hidroliza:
Faza hidrolizei este faza care influenţează cel mai mult viteza globală a sistemului. Acest prim pas metabolic este gestionat de bacterii atât anaerobe cât şi de bacterii facultative. Hidroliza macromoleculelor organice este efectuată de enzime extracelulare produse chiar de bacterii.

Procesul de descompunere a substanţei organice care duce la formarea biogazului se poate sintetiza pe scurt în relaţia

Gazul care se obţine din descompunerea biologică a substanţei organice, prin activitatea grupului de bacterii care acţionează în mediul anaerob, este un amestec gazos compus în principal din metan şi anhidridă carbonică, cu urme de alte gaze.

Procentaj mediu de metan în biogazul produs plecând de la dejecţiile animale şi alte biomase:

  CH4 (% in vol.)
Dejecţii bovine 50-60
Dejecţii porcine 65-75
Dejecţii avicole 65-75
Gropile de gunoi 30-40

 

 

CEPPO BATTERICO
SUBSTRATO ATTACCABILE
Methanobacterium
Formicicum acid formic, oxid de carbon, hidrogen
Soehngenii acid acetic, acid butiric
Ruminantium hidrogen, anhidridă carbonică, acid formic
Mobile hidrogen, anhidridă carbonică, acid formic
Methanococcus
Mazei acid acetic, acid butiric, ammin metilate
Vannielil acid formic, hidrogen
Methanosarcina
Methanica acid acetic, acido butiric
Barkerii metanol, acid acetic, hidrogen
  ossido di carbonio, ammin metilate
Ceppo TM metanol, acid acetic, ammin metilate

 

La proces participă următoarele grupuri de bacterii:

  • bacterii hidrolitice care descompun macromoleculele biodegradabile în substanţe mai simple
  • bacterii acidogene care folosesc ca şi substrat compuşii organici simpli liberi de la bacteriile hidrolitice şi produc acizi organici în proces scurt, care la rândul lor reprezintă substratul pentru grupurile bacteriene succesive
  • bacterii acetogene producătoare obligatoriu de hidrogen (OPHA: Obbligate Hydrogen Producing Acetogens) care folosesc ca şi substrat produsele bacteriilor acidogene formând astfel acetatul, hidrogenul şi anhidrida carbonică
  • bacterii homoacetogene care sintetizează acetatul plecând de la anhidrida carbonică şi hidrogen
  • bacterii metanigene împărţite în două grupuri:
  1. acetoclastice: produc metan şi anhidridă carbonică din acid acetic, numite acetoclastice
  2. hidrogenotrofe: produc metan plecând de la anhidridă carbonică şi hidrogen, numire hidrogenotrofe


În timp ce metanul este eliberat aproape în totalitate în fază de gaz, dată fiind scăzuta sa solubilitate în apă, anhidrida carbonică participă la echilibrul carbonaţilor prezenţi în biomasa în reacţie. Interacţiunile între diferitele specii bacteriene sunt foarte restrânse şi produsele metabolismului unor specii pot fi utilizate de alte specii ca şi substrat sau ca şi factor de creştere.

COMPOZIŢIA MEDIE A BIOGAZULUI

Digestia anaerobă este un proces biologic complex prin intermediul căruia în lipsa oxigenului, substanţa organică este transformată în biogaz sau în gaz biologic, compus în principal din metan şi anhidridă carbonică. Procentul de metan în biogaz variază în funcţie de tipul substanţei organice şi de condiţiile de procesare, de la un minim de 50% până la aproximativ 70%. Pentru ca procesul să aibă loc este necesară acţiunea diferitelor grupuri de micro organisme care sunt în măsură să transforme substanţa organică în compuşi intermediari, în principal acid acetic, anhidridă carbonică şi hidrogen, ce pot fi folosite de micro organismele pe bază de metan care încheie procesul prin producerea metanului. Mico-organismele anaerobe au o scăzută viteză de creştere şi o scăzută viteză de reacţie şi prin urmare este necesar să fie păstrate condiţiile optime, pe cât este posibil, condiţiile din mediul de reacţie. Chiar dacă se iau toate aceste măsuri, durata procesului este destul de lungă în comparaţie cu celelalte procese biologice; în orice caz avantajul procesului este că materia organică complexă este convertită în metan şi anhidridă carbonică şi prin urmare duce la producerea finală a unei surse regenerabile de energie sub formă de gaz combustibil cu o mare putere de căldură.
Mediul de reacţie, definit simplu ca digestor (sau reactor anaerob), pentru a facilita creşterea contemporană a tuturor micro organismelor implicate, va trebui să provină dintr-un compromis între exigenţele singurelor grupuri microbiene. PH-ul ideal, de exemplu, în jur de 7/7.5, temperatura ideală a procesului este în jur de 40° C, dacă se operează cu bacterii mezofile, sau în jur de 55°C, dacă se folosesc bacterii termofile.

BIOGAZUL: ce este?

Biogazul provine din descompunerea substanţei organice prin intermediul unui proces de digestie anaerobă care are loc în lipsa oxigenului.
Temperatura ideală pentru acest proces este de aproximativ 35 - 42 ° C (în câmp mezofil).

UNITATEA DE ÎNCĂRCARE
Este un complex de materiale individuale măsurate în tone şi /sau m3 în funcţie de caracteristicile specifice care în fiecare zi sunt introduse în digestor.
Este definită ca şi încărcătură specifică şi reprezintă totalul substanţei organice alimentată în fiecare zi.
Este foarte important să nu se depăşească nivelul cu încărcături pentru a se evita ca în proces să rămână prevalentă faza acidă faţă de cea metanică.
Este foarte important să se poată distribui o încărcătură uniformă pe parcursul unei zile

SUBSTRATURI METABOLICE
Cu niveluri de procente de substanţă uscată foarte scăzute se poate ajunge la riscul de a nu avea la dispoziţie substraturi metabolice suficiente pentru o corectă dezvoltare a populaţiilor microbiene.
Invers, dacă există un conţinut foarte mare de solide se creează probleme de mişcare a biomasei în special în faza de încărcare.

3 < S.S. < 18%

TEMPERATURA
Câmpul de activitate al diferitelor categorii de bacterii este foarte amplu, dar bineînţeles pentru fiecare dintre acestea există condiţii metabolice ideale exprimate în regimuri termice bine stabilite în limitele cărora se obţine un potenţial maxim.
Se poate păstra activ procesul în limitele a trei regimuri termice predefinite:

  • PSICROFILIA : 1 0 ÷ 25 °C
  • MESOFILIA : 30 ÷ 42 ° C
  • TERMOFILIA : 48 ÷ 58 °C

ACIDITATE
pH-ul este un element foarte important în condiţionarea desfăşurării procesului, şi care ar trebuie să fie menţinut la valori de neutralitate
pH în limitele 6,5 ÷ 7,5 permite considerarea procesului ca fiind stabil.
Alţi parametri care vor fi monitorizaţi sunt potenţialul de oxid – reducerea (rH) care controlează condiţiile corecte de anaerobicitate şi concentraţiile de amoniac care dacă depăşesc anumite niveluri pot duce la inhibarea procesului.

TIMPII DE REŢINERE (HRT)
Perioada de reţinere hidraulică (HRT) (Hydraulic Retention Time) este un timp mediu de păstrare a amestecului în unitatea de încărcare din interiorul digestoarelor. Acest timp trebuie să fie suficient pentru ca să se obţină o distrugere şi o degradare a substanţei organice în biogaz. Variaţia timpului de păstrare este legată de mai mulţi factori printre care cei mai importanţi sunt caracteristicile intrinseci ale amestecului încărcăturii şi regimul în care se dezvoltă procesul. În condiţii de mezofilie se poate considera:

  • Dejecţii porcine (2-4 % s.s) : 20/25 zile;
  • Dejecţii bovine (6-8 % s.s.) : 25/35 zile;
  • Dejecţii şi Biomase (12-14 % s.s.) : 50/60 zile;
  • Dejecţii şi Biomase (15 - 18 % s.s.) : 60/70 zile

FACTORI DE CONVERSIE
Sunt acele valori care indică producţiile exprimate în Nm3 de biogaz per kg de S.V.
La nivel indicativ se pot considera atât pentru dejecţii zootehnice cât şi pentru unele biomase valorile de referinţă prezentate în tabelul ce urmează.

CALITATEA BIOGAZULUI
Amestecul de biogaz este compus din mai multe elemente cum ar fi metan, anhidridă carbonică şi alte gaze. Calitatea biogazului este cu atât mai bună cu cât mai mare este procentul de metan.
Se poate prevedea o variaţie a conţinutului de metan cuprins între 50 ÷ 70 % şi se poate considera un biogaz de bună calitate când se măsoară valori de metan de 60 %.

GARANTĂM REZULTATUL
Pentru toate instalaţiile este prevăzut un sistem computerizat care controlează calitatea procesului atât din punct de vedere a cantităţii, calităţii şi a timpilor de introducere a produselor individuale cu o monitorizare constantă, chiar şi de la distanţă, a performanţelor procesului. Se monitorizează în mod constant nivelurile de producţie ţi calitate a gazului pe lângă eficacitatea fiecăror elemente în parte, parametri optimali şi randamentele de cogenerare. 

it en ru ro