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)