Ce este biogazul ?





Prin termenul de „biogaz", acceptat pe plan international, se întelege produsul gazos ce rezultă in cursul fermentarii anaerobe (în lipsa aerului) a materiilor organice de diferite proveniente.
Biogazul este un amestec de gaze. Principalele gaze care îl compun sunt metanul si dioxidul de carbon, ambele in proportii variabile. In cantitati foarte mici se mai găsesc în biogaz hidrogen sulfurat, azot, oxid de carbon, oxigen.
Valoarea energetica a biogazului este dată de continutul de metan al acestuia. In tabelul ce urmeaza sunt date valorile energetice pentru un metru cub de biogaz :


Pentru exprimarea in kJ, valorile din tabel se vor multiplica, desigur, cu 4,186 kJ/Kcal.
Se vede ca biogazul este un combustibil valoros. In comparatie cu alti purtatori de energie termica situatia lui se prezinta ca in tabelul urmator:





BAZELE METANOGENEZEI. ASPECTE MICROBIOLOGICE ALE METANOGENEZEI.




Prin metanogeneza se intelege procesul microbiologic complex prin care materiile prime diferite (substratul) sunt convertite in biogaz si in namol fertilizant. Rolul final al acestui proces il au bacteriile metanogene, reprezentate prin numeroase specii, dar ele nu sunt singurele care participa la producerea biogazului.
Bacteriile metanogene isi desfasoara activitatea in conditii strict anaerobe, adica in lipsa totala a aerului respectiv a oxigenului din aer. Ca reprezentanti ai viului, ele sunt, se pare, printre primele organisme care au populat biosfera cu miliarde de ani inainte si se considera ca nu au evoluat semnificativ in timp. Bacteriile metanogene se gasesc in natura, in mlastini, in adancurile oceanelor, si in sistemul digestiv al animalelor. Pentru dezvoltarea si inmultirea lor sunt necesare cateva conditii elementare si anume:
• Absenta oxigenului:
• Umiditatea, care trebuie sa fie peste 50%; peste aceasta valoare critica, creste mobilitatea bacteriilor si se accelereaza metabolismul celulelor;
• Un volum suficient de mare pentru desfasurarea activitatii;
• Prezenta a suficient azot pentru constructia celulei bacteriene;
• Mediu neutru sau slab alcalin, avand pH = 7,0 — 7,6;
• Temperatura de peste 3°C;
• Absenta luminii.
Desigur ca, in procesul de generare intensiva a biogazului, unele din conditiile elementare de mai sus vor trebui sa fie mai nuantate.
Biogazul se obtine in cadrul unei biotehnologii, prin fermentarea diferitelor materii prime cu continut de substante organice fundamentale ca protide, lipide, glucide.
In desenul de mai jos este prezentata schema complexa de transformare a biomasei, de diferite proveniente, in biogaz, trecand prin patru trepte caracteristice. Se observa ca intregul proces consta in fractionarea, de la o treapta la alta, a moleculelor complexe care exista in materiile prime utilizate la obtinerea biogazului, in molecule din ce in ce mai simple.
In treapta 1-a, enzimele secretate de grupe ale unor microorganisme aerobe sau facultativ anaerobe, numite si exofermenti, ataca macromoleculele ca celuloza, amidonul, pectina, hermicelulozele, grasimile, proteinele si acizii nucleici si le transforma in compusi cu molecule mai mici cum sunt diferitele tipuri de zaharuri ca celobioza, zaharoza, maltoza, xilobioza, apoi in acizi ca acid galacturonic, acizi grasi, aminoacizi respectiv in baze ca acidul fosfogliceric, purine, pirimidine.
In treapta a 2-a produsele treptei precedente sunt supuse fermentatiei in urma careia se vor obtine compusi cu molecule si mai simple. In acesti compusi se numara acizii carboxilici: formic, acetic, propionic, butiric, valerianic, lactic, malic etc. Din fermentatia acestei trepte rezulta si gaze si anume hidrogen, dioxid de carbon, amoniac, hidrogen sulfurat precum si diferiti alcooli ca metanic, etilic, propilic, butandiol etc.
In treapta a 3-a, strict anaeroba, se formeaza compusi metanogeni din moleculele mai mari ale treptei precedente. Rezulta, din nou, acid acetic, hidrogen, bicarbonati, acid formic si metanol.
In treapta a 4-a se formeaza metan si dioxid de carbon, componentii principali ai biogazului, in care se vor gasi, in proportie mica gazele rezultate in treapta a doua: hidrogenul sulfurat si amoniacul. Trebuie precizat ca mecanismul integral al metanogenezei este deosebit de complex si ca unele aspecte nu sunt elucidate nici pana in prezent, dar evidentierea acestora nu face obiectul prezentei expuneri pe care ar incarca-o in mod inutil.


Din procesul de metanogeneza expus mai inainte se poate observa ca, in substratul supus fermentarii, se afla compusi din cei mai diferiti din punct de vedere chimic. Prezenta a numerosi acizi este rezultatul activitatii grupei bacteriilor acidogene, care lucreaza bine la un pH mai scazut. In treptele a treia si - mai ales - a patra, sarcina trece in seama bacteriilor metanogene, pentru care pH-ul optim este cuprins intre 7,0 — 7,6. Aceste populatii de microorganisme trebuie insa sa coexiste in acelasi spatiu de fermentare cu toate ca ele se deranjeaza reciproc sub raportul aciditatii optime de functionare. In majoritatea procedeelor clasice de obtinere a biogazului una din problemele delicate o reprezinta tocmai mentinerea unei aciditati controlate astfel incat sa permita ambelor populatii de microorganisme sa lucreze chiar daca nu la randamentele maxime.
Daca bacteriile acidogene nu sunt prea sensibile la variatii de temperatura, cele metanogene sunt foarte sensibile la aceste variatii, atat cele care lucreaza in regim mezofil, cu temperatura caracteristica de 35 grade C, cat - mai ales - cele care lucreaza in domeniul termofil, cu temperatura caracteristica 55°C




FACTORI CARE INFLUENTEAZA PRODUCTIA DE BIOGAZ




Pe baza experientei indelungate acumulate de catre cei care, in decursul timpului, au cercetat si urmarit producerea biogazului, urmatorii factori sunt determinanti in productia de biogaz:
- Materia prima
- Temperatura
- Presiunea
- Agitarea
- pH-ul

Materia prima
Materia prima trebuie sa asigure mediul prielnic dezvoltarii si activitatii microorganismelor ce concura la digestia substratului si, in final, la producerea biogazului. Acest mediu trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii:
- Sa contina materie organica biodegradabila
- Sa aiba o umiditate ridicata, peste 90%
- Sa aiba o reactie neutra sau aproape neutra (pH = 6.8 - 7,3)
- Sa contina carbon si azot intr-o anumita proportie (C/N = 15 - 25)
- Sa nu contina substante inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele, detergenti, antibiotice, concentratii mari de sulfati, formol, dezinfectanti, fenoli si polifenoli etc.

Pentru obtinerea biogazului se pot utiliza materii prime organice de provenienta foarte diferita: deseuri vegetale, deseuri menajere, fecale umane, dejectii animaliere, gunoiul de grajd, ape reziduale din industria alimentara si din zootehnie, etc.
Productia specifica, medie, de biogaz, ce se poate obtine din diverse materii prime, raportata la substanta uscata a lor, este cea din tabelul urmator:


Materiile prime de mai sus pot fi utilizate exclusiv sau in amestec. S-a constatat ca, prin amestecarea diferitelor materii prime, capacitatea metanogena a amestecului, exprimata in lkg substanta organica (S.O.), este mai mare decat media rezultata din calculul aritmetic. Acest aspect este redat in tabelul urmator:


Aceasta potentare sinergica se datoreaza faptului ca in amestecuri de materii prime se realizeaza raporturi mai bune intre continutul de carbon si cel de azot, raport foarte important in productia eficienta de biogaz si care, dupa cum s-a aratat, trebuie sa fie cuprins in intervalul 15-25. In tabelul urmator sunt trecute, pentru principalele materii prime:
- Continutul de carbon (C)
- Continutul de azot (N)
- Raportul C/N

Pentru a putea calcula corect o reteta de amestec de materii prime trebuie tinut seama de urmatoarele:
- Realizarea unui raport C/N cuprins intre 15 — 25
- Asigurarea unei umiditati de cel putin 90 % pentru amestec.
In vederea calcularii raportului corect C/N se procedeaza astfel:
Presupunand ca se dispune de dejectii de porc, de vita, frunze verzi si paie uscate de grau, din tabelul nr. 9 se scot valorile C/N pentru aceste materii prime
- Dejectii de porc, C/N..........................................13
- Dejectii de vita, C/N...........................................25
- Frunze verzi, C/N...............................................41
- Paie de grau, C/N...............................................87

Pentru ca amestecul sa aiba C/N cuprins in limitele 15 — 25, se observa ca dejectiile de porc sunt cele care pot corecta raportul C/N din frunze si paie deoarece dejectiile de vita au acest raport situat chiar la limita superioara a raportului optim. Se va incerca, deci, sa se puna mai multe parti, in greutate, de dejectii de porc decat frunze si paie, de exemplu:


Revenind la exemplul corect de calcul al compozitiei amestecului de mai inainte, pentru dejectii de porc (P), de vita (V), pentru frunze (F) si paie de grau (G), se poate deduce continutul mediu de substanta uscata prin urmatorul calcul:

Deci cele zece parti de amestec contin 20,75 % substanta uscata. Pentru a aduce acest amestec la un continut de apa de 92%, de exemplu, adica la un continut de substanta uscata de 8%, cantitatea de apa ce va trebui adaugata se va obtine din calculul urmator:
10 parti amestec x 20,75 / 8 = 25,93 rotund 26 parti amestec
Compozitia finala care va fi supusa fermentarii va cuprinde deci:
- 7 parti, in greutate, dejectii de porc
- 1 parte in greutate, dejectii de vita
- 1 parte in greutate, frunze verzi
- 1 parte in greutate, paie de grau
- 16 parti apa.
Total 26 parti amestec

Temperatura
Productia de biogaz este influentata puternic de temperatura.
Din punct de vedere al temperaturii la care isi desfasoara activitatea, microorganismele ce concura la producerea biogazului, indeosebi cele metanogene, se impart in trei mari categorii:
• Criofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse intre 12 — 24°C, zona caracteristica fermentarii in regim criofil ;
• Mezofile, caracterizate printr-o activitate care are loc la temperaturi cuprinse intre 25 — 40°C, zona caracteristica fermentarii in regim mezofil;
• TermofIle, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse intre 50 — 60 grade C, zona caracteristica fermentarii in regim termofil.
Ca intotdeauna in biologie, aceste limite nu reprezinta niste praguri de netrecut iar fermentatia metanogena, in cazuri mai rare, se intalneste si putin in afara acestor limite.
In diagrama de mai jos se pot vedea cele trei zone termice caracteristice regimurilor criofil, mezofil si termofil precum si modul in care temperatura influenteaza productia de biogaz.


Diagrama e facuta in raport cu productia de biogaz la 15 grade C care a fost considerata ca 100% si se prezinta cresterea productiei, in procente fata de cea de baza, din regimul criofil, odata cu cresterea temperaturii la care are loc fermentarea. Din diagrama se vede ca, la 10°C productia de biogaz scade la cca. 70% fata de cea de la 15°C, in schimb ajunge la cca. 250% in regimul mezofil si la peste 360% in cel termofil.

Presiunea
Presiunea are o mare importanta in procesul de metanogeneza. S-a dovedit ca, atunci cand presiunea hidrostatica in care lucreaza bacteriile metanogene creste peste 4-5 metri coloana de apa, degajarea de metan, practic, inceteaza. Ea reincepe atunci cand presiunea hidrostatica scade la valori mai mici. Aceasta constatare este foarte importanta la proiectarea fermentatorului. La fermentatoare cu ax vertical, care pot atinge inaltimi de zeci de metri, degajarea de metan se produce numai in partea superioara, pana la o adancime de maximum cinci metri iar restul spatiului ocupat de substrat, nu produce biogaz. Acest „rest" de spatiu poate fi foarte mare uneori, in functie de dimensiunile fermentatorului, putand ajunge la 85-90% din volumul total. Prin recirculare permanenta, obligatorie la acest tip de fermentatoare, portiunile de substrat aflate sub limita de degajare a metanului, sunt aduse in zone superioare unde degajarea reincepe. Pentru inlaturarea acestui inconvenient major, au fost realizate fermentatoare in flux orizontal, la care inaltimea substratului nu depaseste 3.5 metri, degajarea de metan producandu-se in intreaga masa a materialului supus fermentarii.

Agitarea
In interiorul fermentatoarelor au loc nu numai procese biochimice despre care s-a scris mai inainte ci si unele procese fizice. Astfel se constata ca, in cursul fermentatiei are loc o segregare a materialului supus fermentarii. Microbulele de gaze care se degaja in masa substratului antreneaza, prin fenomenul de flotatie, particulele mai usoare de suspensii, spre suprafata lichidului. Se formeaza repede o crusta cu tendinta de intarire si deshidratare chiar daca materiile organice din ea nu au apucat sa fie degradate prin fermentatie. O alta parte a suspensiilor, mai grele prin natura lor, sau tractiuni care au fermentat si sunt partial sau total mineralizate, au tendinta sa se lase spre partea de jos a fermentatorului. Intre aceste doua straturi se gaseste un strat de lichid in care fermentarea si epuizarea materiei organice continua din ce in ce mai lent. Cele aratate mai sus constituie unul din motivele pentru care este necesara agitarea continutului fermentatorului.

Aciditatea
In primele etape de fermentare a materiilor organice, in vederea producerii biogazului, predomina microorganismele din grupa celor acidogene, pentru care aciditatea mediului, exprimata in pH, este cuprinsa in intervalul 5.5 - 7.0. In etapele finale de fermentare, bacteriile metanogene care consuma acizii cu molecule mici rezultati din etapele anterioare, lucreaza bine la o aciditate care corespunde unui interval de pH de 6.8 - 8.0. Se poate intampla ca, din diferite motive, activitatea bacteriilor acidogene sa fie mai intensa decat a celor metanogene, fapt care duce la o acumulare a acizilor organici ce determina o scadere a pH-ului inhiband si mai tare activitatea bacteriilor metanogene. In astfel de situatii se constata ca productia de biogaz scade pana la disparitie si este nevoie de interventia operatorilor pentru a redresa situatia. Corectia aciditatii excesive se face, de obicei, cu lapte de var, prin care pH-ul se readuce in limitele de echilibru dintre cele doua grupe de populatii, acidogene si metanogene, adica intre limitele 6.8 - 7.6.
S-a aratat deja ca aceste inconveniente apar in cazul fermentatoarelor cu amestecare totala a materialului continut, in care aciditatea trebuie mentinuta intr-un echilibru de compromis intre preferintele celor doua populatii de microorganisme. Evitarea problemelor legate de aciditatea substratului se poate face fie prin sistemul de fermentare in doua faze, cu recipienti separati, fie, mai bine, adoptand sistemul de fermentare in flux orizontal.




MATERII PRIME PENTRU OBTINEREA BIOGAZULUI




Ca principal factor care determina productia de biogaz, materia prima merita o atentie deosebita.

Este vorba, desigur, de producerea biogazului cu un excedent energetic semnificativ fata de autoconsumul energetic, adica fata de biogazul necesar nevoilor termice proprii ale sistemului de producere a lui.
In ideea de mai inainte s-a constatat ca materia prima care poate produce un excedent de biogaz fata de autoconsum trebuie sa aiba o incarcare organica de cel putin 2000 mg/dm3 CBO5. Sub aceasta limita, instalatia de biogaz ramane o treapta de epurare anaeroba pentru apa reziduala cu care este alimentata si nu va produce un exces semnificativ de biogaz sau, in perioadele mai reci ale anului, va fi tributara unui alt purtator de energie termica pentru a mentine temperatura necesara procesului de fermentare si deci va avea un bilant energetic negativ.
Conditia energetica de mai sus o indeplinesc mai toate namolurile provenite din statiile de epurare a apelor reziduale orasenesti, namolurile din apele uzate din zootehnie, toate tipurile de dejectii, dar si unele ape reziduale. Pentru orientare generala, in tabelul urmator sunt date incarcarile uzuale ale unor ape reziduale din zootehnie si industria alimentara:



Resurse din agricultura
In acest subcapitol vor fi trecute in revista materiile prime provenite din agricultura. In aceeasi categorie se vor trece si alte resurse vegetale care pot proveni nu neaparat din agricultura ci, de exemplu, din mediul urban.
Urmatoarele deseuri agricole pot fi utilizate pentru producerea biogazului:
• Paie de grau, orz, ovaz, orez, secara, rapita
• Lujeri (vrejuri) de cartofi, soia, fasole, rosii, mac
• Coceni si tuleie de porumb
• Frunze de sfecla de zahar sau sfecla furajera, de floarea soarelui
• Frunze verzi sau uscate din copaci
• Iarba verde sau uscata
• Buruieni diferite, verzi sau uscate
• Lucerna verde sau uscata, tulpini de in
• Pleava de la diferite cereale si de orez
• Tescovina
• Puzderie de canepa
• Alge diferite
• Trestie si trestie de zahar, sorgul zaharat
• Zambila de apa, nufar
• Seminte diferite, coji de alune si de seminte
• Rumegus
In tabelul urmator sunt trecute cantitatile de biogaz ce se pot obtine din unele materii prime provenite din agricultura.

La intocmirea retetelor de alimentare care vor cuprinde si materii prime din tabelul de mai inainte se va tine seama de necesitatea respectarii raportului carbon azot asa cum s-a aratat in capitolul anterior. De asemenea este foarte important ca materiile prime de natura vegetala sa fie tocate cat mai marunt inainte de a fi introduse in fermentator. Acest lucru mareste randamentul in biogaz si permite o mai usoara amestecare a continutului fermentatorului.

Resurse din industria alimentara
Resursele de materii prime pentru obtinerea biogazului provenite din industria alimentara sunt extrem de diverse fiindca rezulta din diferite tehnologii alimentare sau chiar din anumite faze tehnologice. In continuare vor fi aratate principalele resurse de materii prime pentru producerea biogazului, structurate pe industrii alimentare.

industria laptelui
Deseurile din industria laptelui contin componentele caracteristice ale laptelui adica proteine, glucide (lactoza), lipide. Acestea apar sub forma relativ diluata in efluentul total uzat al fabricilor sau apar in diferite faze de fabricatie din care pot fi dirijate direct spre productia de biogaz. Astfel, de exemplu, zerul rezultat de la fabricarea branzeturilor, are un potential metanogen ridicat. Un litru de zer dulce, daca nu este valorificat ca atare, poate produce prin fermentare metanogena 22-23 1 de biogaz. O fabrica care prelucreaza in branzeturi 20.000 litri lapte, din care recupereaza cea. 15.0001 zer, poate produce 330 — 345 m3 biogaz din acest zer.
La fabricarea branzeturilor rezulta si deseuri tehnologice. De exemplu de la branzeturile fermentate sau de la cascavaluri rezulta sfaramaturi de la curatarea periodica a acestora in cursul fermentarii, pierderile in apa de oparire a cascavalurilor etc. , toate acestea putand fi adaugate la zerul supus fermentarii marind prin aceasta productia de biogaz.

Industria carnii
Materia prima pentru obtinerea biogazului rezulta in primul rand din activitatea de abatorizare prin sangele nevalorificat ca atare sau in alte preparate, prin continutul stomacal al animalelor sacrificate, apoi din alte sectii, prin deseurile grase de la topitorii de grasime, deseurile de la preparatele din carne, eviscerarile de la abatoarele de pasari, prelucrarea intestinelor. Se estimeaza ca de la fermentarea metanogena a deseurilor care rezulta de la sacrificarea si prelucrarea carnii provenite de la un cap de animal se pot obtine:
- 0,8 m3 biogaz de la un porc de 65 kg
- 2,4 m3 biogaz de la o vita de 300 kg
- 0,05 m3 biogaz de la o gaina medie
Pentru ca obtinerea de biogaz sa fie cat mai eficienta este indicat ca deseurile de abator si de la prelucrarea carnii sa fie recoltate separat de apele de spalare, cu care nu trebuie sa se amestece. In acest fel pentru fermentatia metanogena se va dispune de material concentrat sub raportul potentialului, iar apele reziduale nu vor mai avea o incarcare atat de mare, fiind mai usor de epurat.

Industria pestelui
Din tabelul anterior se poate vedea ca apele reziduale din industria pestelui au o incarcare organica, exprimata in CBO5, foarte mare. Aceste ape pot constitui ca atare o materie prima buna pentru producerea biogazului, putandu-se conta pe o productie de biogaz de 10-12 m3 de biogaz pentru fiecare metru cub de apa prelucrata, avand incarcarile din tabel. in schimb, apele reziduale provenite de la fermele piscicole sau de la intreprinderile piscicole au incarcari mici care se situeaza sub baremul economic (energetic) de prelucrare in biogaz.

Fabrici de drojdie
Apele uzate rezultate de la fabricarea drojdiei sunt foarte incarcate cu substante organice care se gasesc, in cea mai mare parte, in stare dizolvata, sub forma de dextrine, zaharuri, rasini, acizi organici si, in mai mica masura, suspensii reprezentate de resturi de drojdii. Un studiu de caz, efectuat asupra fabricii de drojdie „Seineana" din Seini — Maramures, arata ca apele recoltate direct de la anumite faze de productie au avut urmatoarele incarcari organice exprimate in CBO5: - Spalarea rezervoarelor de fierbere si limpezire a melasei 24.552 mg/dm3
- Spalarea linurilor de fermentare 8.575 mg/dm3
- Filtrare prin filtre presa 4.863 mg/dm3
in comparatie cu incarcarile de mai sus, efluentul total al apelor uzate de la aceeasi fabrica in care apele de mai sus sunt amestecate si cu alte ape mai putin poluate, a avut o incarcare de 3900 mg/dm3. Este evident ca separand, la sursa, apele foarte incarcate de celelalte se va obtine o materie prima buna pentru instalatia de biogaz si niste ape reziduale mult mai putin incarcate, a caror epurare nu va mai ridica probleme prea grele. In domeniul managementului apelor reziduale, acest procedeu este cunoscut sub denumirea de ,,epurare secventiala".

Fabrici de zahar
O situatie similara se regaseste si la fabricile de zahar. Daca la apele reziduale provenite din circuitul de transport-spalare sfecla, incarcarile in CBO5 sunt de ordinul 200 - 650 mg/dm3, apele care se scurg din campurile de depozitare a namolului de la purificarea zemurilor au 16-20.000 mg dm3 , iar cele de pe platformele de depozitare a borhotului cca. 10.000 mg/dm3. In situatia in care este organizata colectarea separata a acestor scurgeri trebuie tinut seama de faptul ca apele reziduale provenite de la prelucrarea sfeclei de zahar sunt relativ sarace in azot. Acest lucru se poate corecta fie prin combinarea acestor ape cu altele care contin mai mult azot, fie introducand nutrienti cu azot in alimentarea zilnica a fermentatorului instalatiei de biogaz.

Industria uleiurilor vegetale
Desi foarte poluante, apele reziduale de la fabricarea uleiului nu sunt utilizate curent la producerea biogazului si iata de ce: Cea mai mare incarcare organica (62.000 mg/dm3) o au apele de la scindarea Soapstock-ului, adica a sapunurilor rezultate de la neutralizarea uleiului cu hidroxid de sodiu. Scindarea, in vederea obtinerii acizilor grasi, se face cu ajutorul acidului sulfuric si, in consecinta, apele rezultate vor fi foarte bogate in sulfat de sodiu. Or o concentratie ridicata de sulfati, are o actiune inhibitoare asupra bacteriilor metanogene si deci acestea nu se pot dezvolta.

Industria conservelor de legume si fructe
Apele provenite din aceasta industrie sunt, in general, putin incarcate organic (CBO5). Ele nu prezinta, deci, interes din punctul de vedere al obtinerii biogazului.

Industria berii si a maltului
Un studiu de caz, efectuat la fabrica de bere Grivita, a aratat ca efluentul total al apelor uzate nu prezinta incarcari exagerat de mari, fiind de 1500 — 1600 mg/dm3 CBO5. Exista insa sectii din care rezulta ape mai incarcate cum ar fi:
- Fierberea 2604 mg/dm3
- Fermentatia I si II 2200 mg/dm3
Acestea ar putea fi colectate separat si prelucrate prin fermentatie metanogena desi, in literatura de specialitate, acest demers este destul de rar.
Fabricarea maltului nu genereaza ape cu incarcari care sa justifice fermentatia metanogena (600 - 900 mg/dm 3CB05).

Industria vinului, a spirtului si bauturilor spirtoase
Deseurile din industria vinului sunt, in principal, doua: tescovina, de la presarea strugurilor si drojdia de vin, depusa in recipientii in care are loc fermentarea alcoolica a vinului. In ambele cazuri este rational ca, din aceste deseuri, sa se extraga pretiosii tartrati aflati, mai ales sub forma de bitartrat de potasiu (destul de perisabil) care se proceseaza fíe in tartrat de calciu ( ce poate fí depozitat si livrat miei fabrici zonale de acid tartric), fie in acid tartric daca se justifica sub raportul capacitatii.
Dupa recuperarea tartratilor, apele reziduale cu incarcari organice mari, pot constitui materia prima pentru obtinerea biogazului. Pentru dimensionarea corecta a instalatiilor de producere a biogazului din aceste materii prime este foarte important sa se determine in prealabil compozitia si potentialul metanogen al acestora deoarece, desi ridicat, el poate varia in limite largi in functie de tehnologia de procesare din amonte.
Cele de mai sus sunt valabile si pentru deseurile din industria produselor spirtoase, cum sunt marcurile de fructe ( prune, mere etc.) care au de asemenea un potential metanogen ridicat dar care trebuie bine cunoscute sub raportul compozitiei in vederea dimensionarii si proiectarii corecte a unei instalatii de biogaz.
Un caz aparte il prezinta borhotul rezultat de la fabricarea spirtului din melasa rezultata la fabricarea zaharului din sfecla. Acest borhot are o incarcare organica foarte mare, de ordinul 35.000-50.000 mg/dm 3 CBO5, si poate constitui un bun substrat pentru obtinerea de biogaz. Cum apele reziduale, provenite din aceste fabrici, constituie o problema grea sub raportul epurarii lor in vederea conformarii cu actele normative de protectie a mediului, tratarea lor anaeroba intr-o instalatie de producere a biogazului poate constitui o prima treapta din fluxul de epurare, mult mai avantajoasa decat procedeele de epurare aerobe.

Resurse din asezari umane
In practica gospodariei comunale, din care deriva si resursele de biogaz tratate in acest subcapitol, este incetatenita notiunea de locuitor echivalent. Asezarile umane se trateaza deci, din punctul de vedere al apelor reziduale, care sunt purtatoare ale potentialului metanogen al asezarii, prin aceasta notiune, de locuitor echivalent, notat prescurtat prin Le.
Prin numeroase studii si statistici a fost stabilit ca un Le elimina zilnic o cantitate de poluant de 54 g CBO5. Cum acesta este un indicator de incarcare organica indirecta si biodegradabila, exista o relatie directa intre cantitatea de CBO5 evacuata dintr-o localitate si potentialul metanogen total al efluentului sub forma de ape reziduale ale localitatii.
Se mai cunoaste ca apele uzate orasenesti nu trebuie sa aiba o incarcare organica mai mare de 300 mg/dm3 CBO5, in conditiile in care se respecta actul normativ NTPA 002/2002 care reglementeaza limitele de incarcari ale acestor ape. Din bilantul energetic al instalatiilor de biogaz rezulta ca incarcarea minima in CBO5 - a substratului supus fermentarii trebuie sa fíe de 2000 mg/dm3. Din aceasta cauza apele uzate orasenesti sunt supuse initial unei decantari fizice prin care se separa namolul ce va fi introdus in fermentatoarele de biogaz. In acest fel se pierde o parte din potentialul initial al apelor reziduale astfel incat din cele 54 g/Le-zi mai raman cca. 18 g/Le-zi. Restul potentialului se regaseste in supernatantul decantorului (apa decantata) care urmeaza un tratament de epurare biologica aeroba.
Pentru exemplificare se considera o localitate cu 50.000 Le. Incarcarea organica echivalenta va fi de 50.000 Le x 0,054 kg/Le-zi = 2700 kg/zi CB05. Incarcarea utilizabila pentru producerea biogazului va fi de numai 50.000 Le x 0,018 kg/LE-zi = 900 kg/zi CB05.
Cum din fiecare kilogram de CBO5 introdus la fermentare metanogena rezulta cca. 0,6 m3 biogaz, se va putea conta pe o resursa de 2700 kg/zi x 0,6 m3/kg = 1620 m3/zi biogaz.




CRITERII DE ALEGERE SI DIMENSIONARE A INSTALATIILOR DE BIOGAZ




Cand cineva isi propune sa realizeze o instalatie de producere a biogazului, probabil ca prima intrebare pe care si-o pune este: „Cat de mare trebuie sa fie ea?" La aceasta intrebare pot exista mai multe raspunsuri. De pilda :
-Trebuie sa satisfaca energetic utilizatorul;
- Trebuie sa asigure prelucrarea integrala a materiilor prime disponibile local;
- Trebuie sa asigure prelucrarea materiilor prime dintr-o zona a carei intindere se stabileste pe criterii tehnico-economice.
Primul criteriu este caracteristic instalatiilor de producere a biogazului care urmeaza sa deserveasca din punct de vedere energetic un anumit sau mai multi utilizatori.
Cel de al doilea reprezinta un punct de vedere ecologic cand instalatia de producere a biogazului este chemata sa sanitarizeze un anumit loc prin distrugerea, pe calea fermentarii anaerobe, a reziduurilor organice poluante pentru indepartarea carora nu exista alternative mai economice.
Cel de al treilea criteriu indeplineste cerintele primelor doua criterii, in sensul ca indeparteaza reziduurile organice si prin aceasta sanitarizeaza o zona mai intinsa, instalatia de biogaz fiind amplasata in centrul strategic al resurselor tinand seama si de potentialii utilizatori. In general vorbind, aceasta este situatia instalatiilor centralizate de producere a biogazului care, in prezent, au tendinta de aplicare extensiva in tarile Europei.



Sursa : Nikolici Vasile – curs
footer"> Biogaz-instalatii © 2010