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Fermentazione anaerobica
Digestione anaerobica e produzione di Biogas
PROCESSI INDUSTRIALIPROF. F. Samperi
Scuola di Specializzazione per l’Istruzione Secondaria
• Il processo sfrutta la capacità di certi microorganismi di convertire le biomasse in metano CH4.
• La digestione anaerobica è uno dei più importanti metodi biologici utilizzati principalmente per processi di disinquinamento nella stabilizzazione di fanghi dei depuratori a fanghi attivi e adesso molto comune nel trattamento di reflui di bestiame e nel trattamento dei rifiuti urbani.
1-IDROLISI
2 -ACIDIFICAZIONE La digestione anaerobica
3-GASSIFICAZIONE metanogenesi
La digestione anaerobica decorre secondo tre fasi successive:
1-IDROLISI
• È una decomposizione anaerobica da parte di enzimi che effettuano una idrolisi del substrato ottenendo:
• Zuccheri dai carboidrati• Ammino acidi da proteine, • acidi grassi dai lipidi • Composti organici solubili quali:• Acetati, propionati, butirrati, lattati, succinati,
etanolo, anidride carbonica, idrogeno e altri gas
2-ACETOGENESI
• I prodotti dell’idrolisi sono degradati dai batteri acetogenici .
• I prodotti della fermentazione sono:– Acetati – CO2– H2
3-METANOGENESI
• i batteri producono metano dai prodotti delle due fasi precedenti
TIPI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
• Digestione mesofila:– Temperature tra 37-41 °C – Batteri mesofili
• Digestione termofila:– Temperature tra 50-52 °C– Batteri termofili
Condizioni di processo
Per l’ottimizzazione del processo è necessario controllare i seguenti parametri:– La temperatura;– Il pH;– I rapporti liquido/solido Carbonio/azoto
temperatura
– La temperatura deve essere mantenuta costante (compromesso tra la temperatura ottimale del processo biochimico e i costi energetici);
– la carica và introdotta alla temperatura di processo (funzione della quantità di acqua nel carica);
– Alle temperature più alte si ha una maggiore distruzione di microrganismi patogeni
pH
• Il pH ottimale per la fase di metanogenesi è 6.5-7.5
• Se prevale durante il processo di digestione l’acetogenesi rispetto la metanogenesi si può verificare un abbassamento del pH;
• Può essere addizionato bicarbonato di sodio (NaHCO3);
Rapporti solido/ liquido C:N
• Il rapporto C:N deve essere mantenuto 20:1 o 30:1
• Se la carica presenta un alto contenuto di azoto o troppo secca è necessario addizionare acqua
L’agitazione
• Il mantenimento della massa in movimento è importante in quanto evita la formazione di:
• Gradienti termici
• Gradienti di densità (solidi che sedimentano sul fondo del reattore – funzione della pezzatura)
• Rompe eventuali di sacche di gas
• Favorisce il contatto dei batteri con il substrato
Può essere condotta o attraverso pale meccaniche o attraverso il ricircolo di parte del gas prodotto
Fermentatore anaerobico
Tipi di reattore
• Esistono due tipi di reattore:– Continuo – Discontinuo (Batch)
• Il reattore in batch presenta soprattutto al momento carico il problema odori;
• Il reattore continuo il reattore viene costantemente caricato e scaricato con una produzione costante di biogas
Compost
Bilancio di un impianto Biogas
• In ingresso– 12.000 ton Umido– 2.500 ton Ramaglie
• In uscita– 5.000 ton compost– 1.200.000 metri cubi metano
• 1.140.000 kw di elettricità in rete• 1.100.000 kw elettricità autoconsumo• 3.200.000 kw termici (riscaldamento)