Digestia Anaeroba Chimia Verde [PDF]

Zitiervorschau

DIGESTIA ANAEROBA

CUPRINS CAPITOLUL I 1. Digestia anaerobă (AD)……………………………………………….….3 1.1.MATERII PRIME………………………………………..………………3 1.2.ETAPELE DIGESTIEI ANAEROBE………………………………….5

CAPITOLUL II 2.1.BIOGAZUL………………………………………………………………..5 2.2.COMPOZITIA BIOGAZULUI…………………………………………..6 2.3.FERTILIZANT…………………………………………………………....6

CAPITOLUL III 3.DIGESTATUL……………………………………………………………….7 3.1.DIGESTATUL LICHID…………………………………………………..7 3.2.Metode de pretratament……………………………………………………7 3.3.UTILIZARE………………………………………………………………..8 3.4.DIGESTATUL SOLID…………………………………………………………….10

CAPITOLUL IV 4.METODE DE SEPARARE………………………………………………………….10 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………..11

SCHEMA PROIECT

FIG.1. SCHEMA DE FLUX DE OPERATII PENTRU PROCESUL DE DIGESTIE ANAEROBA.

1.Digestia anaerobă (AD) AD reprezintă un proces biochimic, prin care substraturi organice complexe (biomasă vegetală şi deşeuri, gunoi animal, deşeuri organice, ape reziduale, nămoluri provenite din sistemul de canalizare etc.) sunt descompuse, în absenţa oxigenului, până la stadiul de biogaz şi digestat, de către diverse tipuri de bacterii anaerobe. Procesul AD este întâlnit în numeroase medii naturale, precum sedimentele oceanice, stomacul rumegătoarelor sau turbării. Dacă substratul supus AD este constituit dintr-un amestec de două sau mai multe materii prime (de exemplu, gunoi animal şi reziduuri organice din industria alimentară), procesul poartă numele de co-digestie. Co-digestia este întâlnită în cazul celor mai multe aplicaţii pentru biogaz. [1]

FIG.2 SCHEMA PROCESULUI DE OBTINERE A BIOGAZULUI 1.1.Materii prime : Materia primă reprezintă factorul esenţial al procesului de fermentare anaerobă. Aceasta trebuie să asigure mediul prielnic dezvoltării bacteriilor responsabile de producerea biogazului. Astfel, condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească sunt următoarele: 

Să conţină materie organică biodegradabilă;



Să aibă o umiditate ridicată (peste 90%);



Să aibă o reacţie neutră sau aproape neutră;



Să conţină azot şi carbon în proporţie (C/N) cuprinsă între 15 şi 25;



Să nu conţină substanţe inhibitoare microorganismelor ca de exemplu, anumite metale grele, detergenţi, antibiotice, concentraţii mari de sulfaţi, formol, dezinfectanţi,fenoli şi polifenoli etc.

TABEL1. MATERII PRIME UTILIZATE PENTRU OBTINEREA BIOGAZULUI

Deşeuri organice domestice (comunal)

Deşeurile organice reprezinta deşeuri provenite din fructe şi produse vegetale colectate separat, , flori, coji de ouă, cafea şi filtre de ceai şi alte resturi organice. Procentajul de materie uscată variază intre 10 şi 30 %.

Deşeuri organice şi industriale

Nămol de canalizare comunal

Bălegar solid sau lichid

Deşeuri industrial alimentare

Resturi rezultate de la curăţarea grădinilor şi parcurilor care nu conţin materie lemnoasă Rezultatul de la tratarea apelor uzate comunale este nămolul de canalizare, care trebuie să fie decontaminat pentru a fi folosit pentru producerea biogazului. Acest nămol de canalizare poate conţine fosfor, nitraţi şi metale grele. Experienţa arată că nămolul rezultat de la tratarea apelor uzate poate fi folosit in centralele de biogaz, dar nu este considerat ca o sursă de o calitate foarte bună. Este ilegal să fie folosit nămol din alte surse decat cele publice din cauza conţinutului ridicat in metale grele sau organisme modificate genetic sau hormoni. Procentajul de materie uscată variază intre 20 şi 30 %. Bălegarul solid sau lichid de la fermele de creştere a animalelor reprezită una dintre principalele materii prime pentru procesul de fermentare. Bălegarul de vacă este foarte potrivit, pe cand găinaţul de pasăre, de exemplu, dă o cantitate mare de biogaz, dar poate conţine nisip. Materia uscată din bălegar solid variază intre 15 şi 30%, iar in cazul bălegarului lichid intre 5 şi 7%.

Resturile din procesarea cărnii, cum ar fi deşeurile de la abatoare, reprezintă bune surse de producere a biogazului, dar necesită tratare specială.

In proiectul complex „Creşterea eficienţei energetice a instalaţiilor de biogaz prin elaborarea sistemului integrat: biogaz-microalge-biocombustibili, în cadrul conceptului de biorafinare”, pentru alimentarea digestorului, s-a ales utilizarea urmatoarelor materii prime:

   

Cartof Sfecla Porumb Gunoi provenit de la grajd



Gunoi provenit de la pasari

S-a ales utilizarea acestor materii prime deoarece sunt usor disponibile Partenerului P3, INCDCSZ Brasov, la sediul caruia va fi amplasata instalatia integrata biogaz-microalge. Inainte de alimentarea in digestor materiile prime sunt analizate in ceea ce priveste continutul de C si N, umiditatea, etc. Acestea sunt macinate pentru a asigura o dimensiune a particulelor solide cat mai mica si sunt introduse in digestor impreuna cu o cantitate corespunzatoare pentru a asigura un raport de 10% solid in fluxul alimentat. TABELUL 2. FORMULARI DE MATERII PRIME UTILIZATE PENTRU DIGESTIA ANAEROBA

Intreg amestecul are o perioada de stationare de aproximativ 30 de zile, timp in care amestecul fermenteaza. Dupa aceasta perioada de 30 zile, se colecteaza zilnic 3% din substratul fermentat si se se inlocuieste cu substrat proaspat, pentru a mentine activ procesul de fermentatie in vederea obtinerii a biogazului.

1.2.ETAPELE DIGESTIEI ANAEROBE HIDROLIZA – este prima etapa a procesului de AD, etapa in care substantele compuse se transforma in substante simple: proteinele in aminoacizi, polizaharidele in monozaharide, si lipidele in acizi grasi ACIDOGENEZA - Glucidele simple, aminoacizii şi acizii graşi sunt degradaţi până la acetat, dioxid de carbon şi hidrogen (70%) precum şi la acizi graşi volatili (VFA) şi alcooli (30%). ACETOGENEZA -În timpul acetogenezei, produşii rezultaţi din acidogeneză, care nu pot fi transformaţi direct în metan de către bacteriile metanogene, sunt transformaţi în substraturi metanogene. VFA şi alcoolii sunt oxidaţi la substraturi metanogene, precum: acetat, hidrogen şi dioxid de carbon. METANOGENEZA - Producerea metanului şi a dioxidului de carbon din produşii intermediari de reacţie este realizată de către bacteriile metanogene. 70% din metanul format îşi are originea în acetat, în timp ce restul de 30% este produs prin conversia hidrogenului şi a dioxidului de carbon 2.BIOGAZUL Biogazul este format dintr-un amestec de gaze de origine biogenă, care iau naștere prin procesele de fermentație sau gazeificare a diferite substanțe organice. Biogazul este considerat combustibil alternativ.

2.1.COMPOZITIA BIOGAZULUI • 50-75 % Metan, CH4 • 25-50 % Dioxid de carbon, CO2 • 0-10* % Nitrogen, N2 • 0-1 % Hidrogen, H2 • 0-3 % Hidrogen sulfurat, H2S • 0-2 % Oxigen, O2 deseori 5 %

Biogazul se obține prin fermentare biochimică, anaerobă a materiilor prime într-un fermentator. Procesul are loc în patru etape: hidroliza, acidogeneza, acetogenexa și metanogeneza. Glucidele, lipidele și protidele sunt transformate în metan (în proporție de 50% până la 70%) și dioxid de carbon (în proporție de 25% până la 40%). Procesul de fermentare este complet atunci când substratul a trecut prin toate etapele de proces. În fiecare dintre aceste etape în parte se formează populații specifice de bacterii. [2]. Digestia anaeroba trebuie dirijata spre obtinerea unui continut cat mai mare de CH4. Acest lucru se poate face adaugand substatului de fermentatie o anumita cantitate de fitocatalizator.

3.DIGESTATUL Digestatul este materialul rămas în urma fermentării anaerobe de materie organică pe parcursul producerii de biogaz, care este realizat din deșeurile biodegradabile.

4.Metode de separare a digestatului solid de cel lichid

Centrifugarea - este o metodă de separare care presupune aplicarea unei forțe centrifuge cu scopul de a separa particulele dintr-o soluție pe baza unor proprietăți precum mărimea, forma, densitatea și vâscozitatea. Acest procedeu este utilizat pentru separarea a două substanțe miscibile,

dar

își

regăsește

aplicații

și

în

analiza proprietăților

hidrodinamice a

unor macromolecule. Cu cât este mai dens un compus, cu atât va migra mai departe de axul centrifugei (adică spre margine), în timp ce compușii mai puțin denși vor rămâne mai aproape de ax. Astfel, în urma centrifugării se va obține un precipitat și un supernatant.

Filtrarea - este o operație mecanică sau fizică de separare din soluții sau gaze, printr-un filtru, a unor substanțe (particule) solide, insolubile, dar cu densitate apropiată de cea a lichidului sau gazului în care se găsesc. În general, operația se realizează prin trecerea amestecului printr-un corp poros, prin centrifugare sau prin forțe electrostatice. Are ca scop curățarea fluidului, recuperarea fazei

solide sau obținerea ambelor faze. Filtrarea apei are două scopuri: îndepărtarea materiilor în suspensie și eliminarea microorganismelor, a germenilor etc.

3.1.Digestatul lichid Digestatul lichid este digestatul generat ca rezultat al fermentării umede sau fracția de lichid generată prin separarea digestatului. Conținutul de materie uscată de digestat lichid este mai puțin de 15 %; 3.2.Metode de pretratament Purificare (ultrafiltrare și osmoză inversă) Purificarea fizică folosește o membrană ca o barieră care acționează precum o sită moleculară care păstrează contaminanții, permițând totuși să pătrundă apă. Sub rezerva selecției specifice a membranei, membrana permeabilă separă contaminanții de digestat, la un nivel molecular; aceasta produce un flux de permeat potențial adecvat pentru descărcarea directă în cursul apei și un concentrat care poate fi aplicat ca îngrășământ.(Chiumenti et al.). În funcție de tipul membranei selectate, pe membrană vor fi reținuți diferiți contaminanți. Membranele de ultrafiltrare (UF) sunt capabile să rețină macromolecule solubile și particule mai mari; Membranele cu osmoză inversă sunt capabile să rețină molecule mici și ioni. Datorită mărimii mici a porilor membranelor (