Digestie anaerobă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Această intrare va fi wikificată
Acest articol sau secțiune pe tema tehnologiilor de mediu nu este încă formatat conform standardelor .
Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia .
Digestive anaerobe UASB în două etape adaptate pentru tratarea apelor uzate și reziduale .

Prin digestie anaerobă înțelegem degradarea substanței organice de către microorganisme în condiții de anaerobioză . Acesta este un proces diferit de compostare , care este strict aerob .

Descrierea procesului

În mod convențional, în raport cu tipul de bacterii utilizate, există două domenii diferite de temperatură în care se efectuează digestia anaerobă:

  • cu bacterii mezofile lucrăm la temperaturi cuprinse între 20-45 ° C, cu un interval optim de 37-41 ° C;
  • cu bacterii termofile , condițiile optime de funcționare implică un interval de temperatură între 50-52 ° C, cu temperaturi care pot fi, de asemenea, relativ ridicate și depășesc 70 ° C.

Timpul de ședere într-un digestor variază în funcție de cantitatea de material de tratat, de tipul de material și de temperatura de funcționare. Un alt parametru deosebit de important este valoarea pH - ului . În cazul digestiei efectuate cu bacterii mezofile, timpul de ședere este între 15 și 30 de zile. În cazul digestiei UASB cu bacterii mezofile, care permite tratarea apelor reziduale , timpii de ședere diferă în raport cu partea lichidă și solidă, primele scadând respectiv într-o zi, în timp ce cele din urmă nu depășesc 90. zile. În cazul unui proces cu bacterii termofile, temperaturile mai ridicate permit o digestie mai rapidă, necesitând doar două săptămâni pentru finalizare. Pe de altă parte, digestia termofilă are un cost mai mare, necesită mai multă energie și este mai critică decât procesul mezofil analog. Acesta din urmă este, prin urmare, cel mai utilizat în prezent.

Cele mai comune digestoare sunt cele continue: au dispozitive mecanice sau hidraulice capabile să amestece materialul și să extragă în mod continuu excesele pentru a menține un volum rezonabil constant, în timpul adăugării continue de material organic. Celălalt tip de digestoare este lotul lot , care este mai simplu din punct de vedere tehnic, dar are dezavantajul de a emite mirosuri și de a avea cicluri de golire problematice: odată ce alimentarea inițială a avut loc, reactorul este închis și nu se iau nicio măsură pe întreaga masă tratată. dispozitiv de fel pe durata procesului.

Digestia materialelor organice biodegradabile implică utilizarea multor specii diferite de bacterii naturale, fiecare dintre acestea jucând un rol diferit într-un stadiu diferit al procesului de digestie. Controlul strict al condițiilor de funcționare ale unui digestor este esențial pentru a asigura creșterea bacteriană și apariția efectivă a biochimiei necesare digestiei cu succes.

Digestia anaerobă poate fi împărțită în patru etape:

  1. Hidroliza , în care moleculele organice se împart în compuși mai simpli, cum ar fi monozaharidele , aminoacizii și acizii grași .
  2. Acidogeneza , unde divizarea ulterioară are loc în molecule și mai simple, cum ar fi acizii grași volatili (de exemplu acid acetic , propionic , butiric și valeric ), cu producția de amoniac , dioxid de carbon și hidrogen sulfurat ca subproduse.
  3. Acetogeneza , unde moleculele simple produse în etapa anterioară sunt digerate în continuare producând dioxid de carbon, hidrogen și în principal acid acetic.
  4. Metanogeneză , cu producția de metan , dioxid de carbon și apă .

Digestia anaerobă poate fi efectuată atât umedă, cât și uscată . Digestia uscată se referă la amestecuri de materiale cu un conținut minim de solide de 30%, în timp ce digestia umedă se referă la amestecuri cu un conținut de solid de minimum 15%.

Conditii de operare

Procesele de digestie pot avea loc în condiții de operare foarte diferite, pe baza:

  • condiții de reacție termică
  • psihrofilie (20 ° C)
  • mezofilie (35-37 ° C)
  • termofilitate (> 55 ° C)
  • conținut solid
  • proces umed (fracție solidă: 5-8%)
  • demisec (FS: 8-20%)
  • uscat (FS> 20%)
  • faze biologice
  • singur (un singur reactor)
  • faze hidrolitice și metanogene separate, în reactoare separate.

Subproduse ale digestiei anaerobe

Principalele subproduse ale digestiei anaerobe sunt în esență trei: biogaz , un digestat acidogen și un digestat metanogen .

Biogazul este un amestec gazos format în principal din metan și dioxid de carbon, dar care conține, de asemenea, o cantitate mică de hidrogen și ocazional urme de hidrogen sulfurat. Biogazul poate fi ars pentru a produce electricitate , de obicei printr-un motor cu ardere internă sau microturbină . De asemenea, gazul este adesea folosit pentru cogenerare , generarea de energie electrică și exploatarea căldurii pentru încălzirea digestoarelor în sine sau pentru efectuarea încălzirii urbane . Energia electrică produsă de digestia anaerobă este considerată o formă de energie verde. Deoarece gazul nu este eliberat direct în atmosferă și dioxidul de carbon provine dintr-o sursă organică caracterizată printr-un ciclu scurt de carbon , biogazul cu arderea sa nu contribuie la creșterea concentrațiilor atmosferice de CO 2 și datorită acestuia este considerat un sursă de energie cu impact redus asupra mediului. Producția de biogaz nu are loc în mod constant, în timpul procesului de digestie anaerobă; nivelul maxim este atins în timpul fazei centrale a procesului. În primele etape ale digestiei, producția de biogaz este mai mică, deoarece bacteriile nu s-au reprodus încă suficient. Spre etapele finale, rămân doar cele mai dificil de digerate materiale, cu o scădere consecventă a cantității de biogaz produs.

Digestat anaerob acidogen.

Digestatul acidogen este un material organic stabil compus în principal din lignină și celuloză , dar și dintr-o varietate de componente minerale și o matrice de celule bacteriene moarte; pot fi prezente și unele materiale plastice . Acest digestat seamănă cu compostul de casă și poate fi folosit ca înlocuitor pentru acesta sau pentru a produce material de construcție derivat din fibre de lemn.

Digestatul poate conține spori de Salmonella și / sau tetanos Clostridium, prin urmare utilizarea sa în agricultură este extrem de controversată.

Digestatul metanogen este al treilea produs al digestiei anaerobe și, în raport cu calitatea materialului digerat, poate fi un îngrășământ excelent și bogat în nutrienți. Dacă materialul digerat conține cantități mici de substanțe toxice, cum ar fi metale grele sau compuși organici sintetici, cum ar fi pesticide sau bifenili policlorurați , digestia este capabilă să concentreze semnificativ aceste substanțe în faza lichidă. În aceste cazuri, este necesar un tratament adecvat suplimentar. În cazuri extreme, și în special în ceea ce privește apele uzate industriale, costurile reducerii substanțelor toxice și riscurile de mediu pot depăși avantajul producerii de biogaz.

Instalațiile de digestie exploatează convenabil procesele auxiliare pentru tratarea și gestionarea tuturor subproduselor. Umezeala este îndepărtată din biogaz și uneori gazul este, de asemenea, pretratat înainte de a fi depozitat și utilizat. Amestecul lichid noroios este rezolvat în componentele solide și lichide folosind în mod obișnuit filtrarea .

Digestia fracției umede a RSM

Schema procesului de digestie anaerobă a RSM

Digestia anaerobă permite îmbunătățirea fracției umede a deșeurilor solide municipale, care trebuie tratate împreună cu deșeurile de animale (care pot fi tratate și singure) la ferme.

Este posibil să se obțină biogaz care poate fi utilizat pentru a produce energie electrică și termică și pentru a sechestra o mare parte din azotul conținut în digestat, care poate fi utilizat pentru a produce îngrășăminte chimice ușor de transportat la un cost redus. Problema gravă a exceselor de azot în fermele zootehnice (o problemă foarte actuală datorită dificultății de punere în aplicare a directivei privind nitrații ) și, de asemenea, reduce puternic mirosurile enervante, cu costuri foarte mici sau negative.

Structura plantei

O instalație de digestie a deșeurilor anaerobe se caracterizează prin trei secțiuni principale:

Secția de recepție și pretratare

Deșeurile trebuie depozitate inițial, în așteptarea tratamentului, în groapă sau în curte (în funcție de natura deșeurilor). Prezența unei anumite cantități de deșeuri garantează continuitatea procesului de digestie anaerobă chiar și în cazul unei întreruperi ocazionale a fluxului de intrare a deșeurilor. Pre-tratarea implică în primul rând spargerea, prin intermediul unor mori speciale, a containerelor utilizate pentru colectarea și livrarea deșeurilor. Urmează operațiuni de pregătire, cum ar fi eliminarea fracției nedegradabile (metale, agregate, materiale plastice) și omogenizarea granulometriei, cu posibilă mărunțire dacă dimensiunea inițială este excesivă.

Secțiunea de pregătire a substratului, digestia anaerobă, producerea de energie

Pregătirea substratului constă în obținerea caracteristicilor fizico-chimice optime pentru plasarea în digestor. Reglarea conținutului de umiditate se realizează prin intermediul agitatorelor și al mixerelor; se poate efectua și o posibilă diluare cu nămol și apă, pe baza conținutului de solide așteptat pentru proces (umed, demisec, uscat). Temperatura poate fi reglată în exteriorul sau în interiorul digestorului, în conformitate cu regimul termic prevăzut pentru instalație. În reactoarele mezofile durata procesului (timpul de ședere) este de 14-30 de zile; la termofili timpul este de aproximativ 14-16 zile.

Digestia are loc în reactoare, alimentate continuu sau în loturi, echipate cu sisteme de captare a biogazului.

Materialul trebuie amestecat, pentru a favoriza contactul dintre bacterii și substrat, evitând prezența zonelor moarte, pentru a omogeniza temperatura și eliberarea de biogaz și pentru a evita sedimentarea noroiului și formarea filmelor de suprafață.

Unele tehnologii populare de amestecare sunt:

  • injecție de gaz - lănci montate în partea de sus
  • difuzoare de fund
  • "ridicator de gaze"
  • agitatoare mecanice - turbine cu viteză redusă
  • mixere cu viteză redusă
  • pompare mecanică internă / externă
  • insuflarea biogazului de jos.

Biogazul obținut în acest proces poate fi utilizat pentru producerea de energie termică, prin combustie în cazan, sau, de asemenea, pentru producerea de energie electrică, prin grupuri de cogenerare.

Indiferent de utilizare, acesta trebuie supus purificării:

  • pentru a crește puterea calorică a amestecului gazos, trebuie redusă prezența dioxidului de carbon, a azotului și a apei;
  • pentru a evita coroziunea sistemelor, trebuie limitată posibila prezență a hidrogenului sulfurat și a compușilor organici halogenați.

O parte din energia produsă poate fi utilizată pentru nevoile de energie ale centralei în sine și orice energie rămasă poate fi vândută sub formă de combustibil sau electricitate.

Secțiune de deshidratare, biooxidare accelerată, post-maturare, rafinare, depozitare de produse și deșeuri

Materialul care iese din digestor este un nămol lichid (fracție solidă: 5-25%) care nu este complet stabilizat (materia organică nu este complet degradată). Trebuie să fie supus stabilizării aerobe și pentru aceasta trebuie să fie deshidratat (este nevoie de un FS de aproximativ 45%) prin intermediul tehnologiilor precum presă cu șurub, presă cu centură, centrifugă. Fracția lichidă poate fi supusă unui tratament de purificare sau poate fi recirculată în procesul de digestie. Stabilizarea noroiului presat are loc prin cele două etape de biooxidare accelerată și post-coacere. Materialul bio-stabilizat poate fi rafinat în continuare, de exemplu pentru utilizare în agricultură (orice materiale inerte, metalele sunt îndepărtate ...) și depozitat special.

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității GND ( DE ) 4155803-0
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Anaerobic_Digestion&oldid=118068040 ”