La digestione anaerobica

Descrizione del processo e

Bilancio di massa

La riforma della politica energetica dell’Unione Europea e le conseguenti legislazioni e regolamentazioni a livello nazionale,hanno dato un forte incentivo allo sviluppo di tecnologie di produzione di energia da fonti rinnovabili sempre più competitive.

con produzione di energia: biogas

BiogasPotere calorifico:

4500 kcal/m3

Matrici utilizzabili nella digestione

anaerobica

- biomasse agro-industriali- reflui zootecnici- fanghi di depurazione- frazione organica dei rifiuti urbani da raccolta differenziata

La scelta di una matrice rispetto ad un’altra dipende da differenti fattori. I principali:- Resa potenziale di produzione di biogas- Reperibilità della matrice rispetto alla localizzazione geografica dell’impianto- Valore economico della matrice (concorrenza con altri mercati di collocazione)- Lavorabilità e facilità di gestione della matrice (necessità di pretrattamenti, potenziali produzioni di composti tossici o schiume in fase di digestione, …) Segue un’analisi delle caratteristiche generali delle matrici finalizzata ad una più consapevole analisi dei delle opportunità e problematiche relative all’uso di questebiomasse.

Digestore Anaerobico

Le fasi della digestione anaerobica

Sintrofia

� Tutti i microrganismi coinvolti della digestione anaerobica cooperano tra di loro.

� SINTROFIA: cooperazione di microrganismi che dipendono l’un con l’altro

Composizione del biogas

Efficienza di rimozione del substrato

Esistono diversi modi di esprimere l’efficienza di rimozione del substrato nel corso del processo di digestione anaerobica non solo legati ai diversi parametri utilizzati per esprimere la sua concentrazione (sostanza solida totale, sostanza solida volatile, COD o BOD).In generale, la più semplice relazione per la conversione del substrato in biogas, viene espressa in termini percentuali tramite la:

dove:η, percentuale di TVS rimossi, [%];Q, portata influente ed effluente, [m3/giorno];S, concentrazione di TVS nella portata influente, [kg/m3];Se, concentrazione di TVS nella portata effluente [kg/m3]

η = (Q•S - Q•Se) / (Q•S)

Digestore anaerobico

Qin = 145 m3/day

TVS = 5 g/l

Qout = 145 m3/day

TVS = 3 g/l

Biogas

Calcola l’efficienza di rimozione del substrato (in questo caso TVS)

Bilancio di massa digestore anaerobicoATTENZIONE, I BILANCI DI MASSA SI FANNO APPUNTO SULLA MASSA [Kg/day] E NON SULLE CONCENTRAZIONI!!!

Digestore anaerobico

Qin =…. m3/day

δFORSU ~ 1000 Kg/m3

Qout = …..m3/day

δDIGESTATO = 1000 Kg/m3

Biogas

δBIOGAS = 1,2 Kg/m3

m3/day • Kg/m3 = KgCAMPIONE/day

m3/day • Kg/m3 = KgCAMPIONE/day

KgTS/day ?

In laboratorio misurerete il contenuto di TS e TVS

In laboratorio misurerete il contenuto di TS e TVS

KgCAMPIONE/day •KgTS/Kgcampione = KgTS/day

KgCAMPIONE/day •KgTS/Kgcampione = KgTS/day

Composizione biogas: 60% CH4 e 40% CO2

PM metano =16,04 uma

PM anidride carbonica = 44,01 uma

Trova il peso molecolare medio del biogas

Bilancio di massa digestore anaerobico

Bilancio di massa digestore anaerobico

Composizione biogas: 60% CH4 e 40% CO2

PM metano =16,04 uma

PM anidride carbonica = 44,01 uma

Trova il peso molecolare medio del biogas

PM medio biogas = (16,01*0,6)+(44,01*0,4) = 9,6 + 17,6 = 27,2 uma

Massa Molare media biogas = 27,2 g/mol

Bilancio sui TS e TVS – BIOGAS-Per quanto riguarda il biogas, i TS e i TVS sono calcolati secondo la relazione:

g TS Biogas /d = litri •[( PMmetano • %metano)+(PMCO2 • %CO2)]

litri occupati da 1mol gas a 25°C1 litro = 1 dm3

litri occupati da 1mol gas a 25°C:PV=nRTV = (1mol •0,082 [atm l mol-1 K-1] • 298,15 [K]) / 1 [atm]V = 24,4483 [l]

g TS Biogas/d = [l] • [(16,04 [g/mol] • 0,6)+ (44,01 [g/mol] • 0,4)]

24,45 [l]

g TS Biogas /day = g TVS Biogas /day = …….

Bilancio di massa digestore anaerobico

IN = OUT

Kg TS FORSU/day = Kg TS biogas/day + Kg TS digestato/day

IN = OUTKg TVS FORSU/day = Kg TVS biogas/day + Kg TVS digestato/day

IL BILANCIO SICHIUDE? (esempio con i TVS)

SI CALCOLA LA % DI ERRORE TRA I Kg TVS/day IN INGRESSO E IN USCITA

Errore % = (Kg TVS/day INGRESSO - Kg TVS/day USCITA) * 100

Kg TVS/day INGRESSO

Bilancio di massa digestore anaerobico

TS E TVS

Se l’errore % non supera il 10%, il bilancio si chiude

La produzione specifica di biogas (SGP) del rifiuto solido urbano è 0,8 m3 biogas/Kg TVS alimentati.

All’interno di un digestore anaerobico inserisco 100 Kg di questo substrato avente 25% TS e il rapporto TVS/TS è 0,9.

Calcola i m3 di biogas derivanti da questo substrato.

Esercizio

La produzione specifica di biogas (SGP) del rifiuto solido urbano è 0,8 m3 biogas/Kg TVS alimentati.

All’interno di un digestore anaerobico inserisco 100 Kg di questo substrato avente 25% TS e il rapporto TVS/TS è 0,9.

Calcola i m3 di biogas derivanti da questo substrato.

100 kg substrato * 0,25 = 25 Kg TS

25 Kg TS * 0,9 = 22,5 Kg TVS

m3 biogas =22,5Kg TVS*0,8 m3 biogas/Kg TVS alimentati = 18 m3

Esercizio