Tanea......docx

Obtinerea de biogaz din deseurile rezultate in industria alimentara

1

Una dintre principalele probleme de mediu ale societăţii de astăzi este creşterea continuă a cantităţii de deşeuri organice. În multe ţări, managementul durabil al deşeurilor, precum şi prevenirea acumulării şi reducerea cantităţii acestora au devenit priorităţi politice majore, aceasta reprezentând o contribuţie importantă la eforturile comune de reducere a poluării, a emisiilor de gaze cu efect de seră şi diminuării schimbărilor climatice la nivel global. Practicile din trecut ale evacuării necontrolate a deşeurilor nu mai sunt astăzi acceptabile. Chiar şi depozitarea pe platforme de gunoi sau incinerarea deşeurilor organice nu reprezintă cele mai bune practici, deoarece standardele de protejare a mediului au devenit mult mai stricte în prezent, iar recuperarea energiei şi reciclarea nutrienţilor şi a materiei organice un lucru necesar. Producerea biogazului prin digestie anaerobă (AD) este considerată a fi tratamentul optim în cazul gunoiului animal, precum şi în acela al unei largi varietăţi de deşeuri organice pretabile acestui scop, deoarece astfel respectivele substraturi sunt transformate în energie recuperabilă şi în îngrăşământ organic pentru agricultură. În acelaşi timp, eliminarea fracţiei organice din cantitatea totală de deşeuri creşte atât eficienţa conversiei energetice prin incinerarea deşeurilor rămase, cât şi stabilitatea haldelor.

AD reprezintă un proces microbiologic de descompunere a materiei organice, în lipsa oxigenului, întâlnit în multe medii naturale şi aplicat astăzi la scară mare pentru producerea de biogaz în reactoare-cisternă, etanşe împotriva pătrunderii aerului, în mod obişnuit denumite digestoare. O largă varietate de microorganisme sunt implicate în procesul anaerob, în urma căruia rezultă două produse finale: biogazul şi digestatul. Biogazul este un gaz combustibil, care constă din metan, dioxid de carbon, şi cantităţi mici de alte gaze şi microelemente. Digestatul reprezintă substratul descompus anaerob, bogat în macro- şi micronutrienţi şi care poate fi utilizat, prin urmare, drept îngrăşământ pentru plante.

Producerea şi colectarea biogazului rezultat în urma unui proces biologic a fost pentru prima dată documentat în Marea Britanie în anul 1895 (METCALF & EDDY, 1979). De atunci, acest proces a fost continuu dezvoltat şi aplicat pe scară largă, în scopul tratării apelor reziduale şi a stabilizării nămolurilor. Criza energetică de la începutul anilor ’70 a adus o nouă provocare cu privire la utilizarea combustibililor regenerabili, inclusiv a biogazului rezultat din procesele AD. Interesul pentru biogaz a crescut până astăzi, datorită eforturilor globale de înlocuire a combustibililor fosili utilizaţi pentru producerea energiei cu unii regenerabili, precum şi a necesităţii găsirii unor soluţii sustenabile pentru tratamentul şi reciclarea gunoiului de origine animală şi a deşeurilor organice.

2

În prezent, cea mai importantă aplicaţie a proceselor AD o reprezintă producerea de biogaz în instalaţii speciale, prin procesarea substraturilor provenite din agricultură, precum gunoiul animal, reziduurile vegetale, culturile energetice sau deşeurile organice rezultate din activităţile agro-industriale şi din industria alimentară. Conform Agenţiei Internaţionale pentru Energie (IEA), un număr de câteva mii de fabrici agricole care utilizează procesul AD sunt funcţionale în Europa şi în America de Nord. Multe dintre acestea sunt reprezentate de instalaţii avansate din punct de vedere tehnologic, construite la scară mare, numărul lor cunoscând o creştere considerabilă în ultimii ani. Numai în Germania, mai mult de 3.700 de fabrici pentru biogaz funcţionau în anul 2007. În Asia, câteva milioane de digestoare mici, simple, pentru biogaz, sunt funcţionale în ţări precum China, India, Nepal şi Vietnam, acestea producând combustibil pentru gătit şi iluminat. Se estimează că la nivel european există un potenţial considerabil pentru creşterea producţiei actuale de biogaz, pe baza activităţilor din domeniul zootehnic. După lărgirea UE, noile ţări membre ale Europei de Est trebuie, de asemenea, să utilizeze aceste tehnologii şi să beneficieze de pe urma potenţialului lor ridicat pentru biogaz. Implementarea tehnologiilor AD în aceste ţări va contribui la reducerea unui număr mare de probleme de poluare a mediului, odată cu intensificarea dezvoltării durabile a comunităţilor rurale şi a sectorului agricol în ansamblu. Biogazul produs prin procesul AD este ieftin şi constituie o sursă de energie regenerabilă, acesta producând, în urma combustiei, CO2 neutru şi oferind posibilitatea tratării şi a reciclării unei întregi varietăţi de reziduuri şi produse agricole secundare, a diverselor bioreziduuri, a apelor reziduale organice provenite din industrie, a apelor menajere şi nămolurilor de canalizare, pe o cale sustenabilă şi “prietenoasă” cu mediul înconjurător. În acelaşi timp, biogazul aduce un mare număr de beneficii de natură socio-economică, atât pentru fermierii implicaţi în mod direct în producerea acestuia, cât şi la nivelul întregii societăţi. Din toate aceste motive, biogazul rezultat prin procesele AD constituie una dintre principalele priorităţi ale strategiei europene privitoare la biocombustibili şi energie regenerabilă. Valoarea energetica a acestuia este data de continutul de metan al acestuia.In tabelul urmator sunt date valorile energetice pentru 1 mᶾ de biogaz:

Metan %

Metan %

50

kcal/mᶾ la 0⁰ C la 20⁰ C 4275 3962

51 52 53

4360 4446 4531

4040 4120 4199

Metan %

60

kcal/mᶾ la 0⁰ C la 20⁰ C 5130 4754

70

kcal/mᶾ la 0⁰ C la 20⁰ C 5985 5546

61 62 63

5215 5301 5386

71 72 73

6070 6156 6241

3

4833 4912 4991

5625 5705 5784

54 55 56 57 58 59

4617 4702 4788 4873 4959 5044

4278 4357 4437 4516 4596 4674

64 65 66 67 68 69

5472 5557 5643 5728 5814 5900

5071 5150 5230 5308 5388 5468

74 75 76 77 78 79

6327 6412 6498 6583 6669 6754

5863 5942 6022 6101 6180 6259

Pentru exprimarea in kj,valorile din table se vor multiplica cu 4,186kJ/Kcal.

1. 1. Situaţia prezentă şi potenţialul pentru biogaz Situaţia biogazului la nivel european şi mondial În ultimii ani, piaţa mondială pentru biogaz a crescut cu 20% până la 30% pe an. În Europa, ţări precum Austria, Danemarca, Germania şi Suedia sunt printre cele mai experimentate în ceea ce priveşte tehnologiile pentru biogaz şi au reuşit să stabilească pieţe naţionale competitive în domeniu. Pe lângă tipurile de materii prime tradiţionale, în ţări precum Germania şi Austria a fost iniţiată şi cultivarea plantelor energetice pentru producerea biogazului. Au fost întreprinse eforturi de cercetare însemnate, în direcţia creşterii productivităţii şi a diversităţii plantelor energetice, precum şi pentru evaluarea potenţialului acestora pentru biogaz. Au fost definite noi practici agricole, noile sisteme de rotaţie a culturilor, de intercultură şi cultură combinată făcând obiectul unor cercetări şi al unei dezvoltări intensive. În ultimii ani, au fost efectuate importante cercetări cu privire la tehnologiile de conversie a materiilor prime în biogaz. Au fost introduse şi adaptate noi tipuri de digestoare, de sisteme de alimentare, de facilităţi pentru depozitare, precum şi o serie întreagă de alte echipamente. Atât sistemele de AD în mediu uscat, cât şi în cel umed sunt îmbunătăţite în mod continuu, prin activităţi de cercetare de înalt nivel, care se concentrează atât pe asigurarea stabilităţii operaţiilor şi a proceselor, pe performanţe, cât şi pe găsirea unor noi combinaţii de substraturi. Utilizarea biogazului pentru producţia combinată de căldură şi electricitate (CHP) a devenit aplicaţia standard pentru cea mai mare parte a proiectelor pentru biogaz din Europa. În ţări precum Suedia, Olanda şi Germania, biogazul îmbunătăţit a fost, de asemenea, utilizat şi ca biocombustibil pentru transport. În aceste ţări au fost stabilite reţele de distribuţie şi construite staţii de îmbunătăţire şi îmbuteliere. Îmbunătăţirea biogazului şi alimentarea reţelei de gaze naturale reprezintă o aplicaţie relativ recentă, iar primele instalaţii de alimentare a reţelei de gaze naturale cu biometan au fost realizate în Germania şi Austria. Cea mai nouă utilizare a biogazului este cea din domeniul pilelor electrice, care deja reprezintă o tehnologie evoluată şi disponibilă comercial, funcţionând în ţări precum Germania. 4

1. 2. Potenţialul energetic al biogazului în Europa şi în lume Potenţialul mondial al producţiei de energie pe bază de biomasă se estimează a fi la un nivel foarte ridicat. Evaluarea potenţialului energetic al biomasei se bazează pe numeroase studii, scenarii şi simulări, care demonstrează faptul că numai o mică parte a acestuia este folosită în prezent. Potrivit aceloraşi cercetări, gradul de utilizare a biomasei ar putea fi crescut semnificativ în viitorul apropiat. Asociaţia Europeană pentru Biomasă (AEBIOM) estimează că producţia europeană de energie, având ca bază biomasa, poate fi crescută de la 72 Mtoe în 2004 la 220 Mtoe în 2020. Cel mai mare potenţial de creştere corespunde biomasei de origine agricolă. Conform AEBIOM, în ţările UE27 pot fi utilizate între 20 şi 40 de milioane de hectare (Mha) de teren pentru producţia agricolă de energie, fără a fi afectată producţia alimentară a Uniunii. În această privinţă, biogazul joacă un rol important, având un potenţial pentru dezvoltare foarte ridicat. Pentru conversia biomasei în biogaz prin procesul AD pot fi folosite diferite tipuri de reziduuri: deşeuri şi produse secundare provenite din agricultură, din agro-industrii şi industria alimentară, din gospodării şi, în general, deşeuri rezultate dintr-o multitudine de activităţi cotidiene ale societăţii. La nivel european, estimarea potenţialului energetic al biogazului este destul de dificil de realizat, din cauza numărului mare de variabile care trebuie luate în calcul. Spre exemplu, potenţialul energetic al biogazului depinde de disponibilitatea terenurilor care să fie dedicate culturilor agricole energetice, fără a fi afectată producţia alimentară, de productivitatea acestor culturi, de randamentul diferitelor substraturi de generare a metanului, precum şi de eficienţa energetică totală a utilizării biogazului. Institutul German pentru Energie şi Mediu a stabilit că, în Europa, potenţialul energetic al biogazului este suficient de mare pentru a putea biogazul înlocui consumul total de gaze naturale, prin injecţia de biogaz îmbunătăţit (biometan) în reţea. În prezent, Germania, Austria, Danemarca şi Suedia se numără printre cele mai avansate ţări din Europa în domeniul tehnologiilor pentru biogaz, având cel mai mare număr de fabrici de acest fel, de ultimă generaţie. Un număr important de instalaţii de biogaz funcţionează şi în alte părţi ale lumii. În China, de exemplu, în anul 2006, au fost identificate mai mult de 18 milioane de digestoare domestice pentru biogaz, potenţialul total pentru biogaz chinezesc fiind estimat la 145 bilioane de metri cubi. De asemenea, în India există astăzi în funcţiune aproximativ 5 milioane de fabrici pentru biogaz mici. Alte ţări, precum Nepalul şi Vietnamul, posedă şi ele un număr considerabil de instalaţii pentru biogaz. Cele mai multe fabrici de biogaz din Asia utilizează tehnologii simple şi sunt, prin urmare, uşor de proiectat şi de reprodus. De cealaltă parte a Atlanticului, SUA, Canada şi multe ţări ale Americii Latine sunt pe cale de a dezvolta sectoare moderne pentru biogaz, în această direcţie fiind implementat, în fiecare dintre acestea, un cadru politic favorabil, pentru a veni în sprijinul acestui domeniu de activitate. Numărul mare de instalaţii de biogaz existente, care funcţionează în diferite ţări, dovedeşte faptul că, în prezent, tehnologiile pentru biogaz sunt evoluate, sustenabile şi oferă garanţii economice solide. 5

2. Bazele metanogenezei.Aspecte microbiologice ale metanogenezei. Prin metanogeneza se intelege procesul microbiologic complex prin care materiile prime diferite (substratul) sunt convertite in biogaz si 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 de 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 3⁰ 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 4 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 ,enzimele secretate de grupe ale unor microorganisme aerobe sau facultative anaerobe,numite si exofermenti,ataca macromoleculele ca celuloza,amidonul,pectina,hemicelulozele,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 acidul galacturonic,acizi grasi,aminoacizi respective in baze ca purine,piramidine. In treapta a 2-a produsele treptei precedente sunt supuse fermentatiei in urma careia se vor obtine compusi cu molecule si mai simple.Printre acesti compusi se numara 6

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 2a:hidrogenul sulfurat si amoniacul.Trebuie precizat ca,mecanismul integral am metanogenezei este deosebit de complex si ca unele aspecte nu sunt elucidate nici pana in prezent. 1 Deseuri organice,dejectii,gunoi de grajd,fecal,resturi menajere,vegetale,etc.

Substante organice cu molecule mai mici,NH3,H2S

Substante minerale

Substante organice nebiodegradabile Namol fermentat

2 Substante organice macromoleculare

Acizi organici,H2,alcooli,CO2

Bacterii enzime

3 Bacterii acidogene

4

Bacterii metanogene

Substante organice care nu s-au degradat Biogaz

Din procesul de metanogeneza expus anterior 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 3-a si mai ales a 4-a 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 dintre problemele delicate o reprezinta tocmai mentinerea unei aciditati controlate astfel incat sa permita ambelor populatii de microorganisme sa lucreze chiar daca nu la randamente maxime. Daca bacteriile acidogene nu sunt foarte sensibile la variatiile de temperatura,cele metanogene sunt foarte sensibile la aceste variatii,atat cele care lucreaza in regim mezofil,cu temperature caracteristica de 35⁰ C,cat mai ales cele care lucreaza in regimul termofil,cu temperatura caracteristica de 55⁰ C. 7

3. Factorii care influenteaza productia de biogaz Pe baza experientei indelungate acumulate de cei care,in decursul timpului,au cercetat si urmarit producerea biogazului,urmatorii factori sunt determinant in productia de biogaz:

-Materia prima -Temperatura -Presiunea -Agitarea -pH-ul Materia prima-trebuie sa asigure mediul prielnic dezvoltarii si activitatii microorganismelor ce contribuie 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 aiba 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 diferita:deseuri vegetale,deseuri menajere,fecale umane,dejectii animaliere,gunoiul de grajd,ape reziduale din industria alimentara si din zootehnie,etc. 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 3 mari categorii: -Criofile- caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse intre 12-24 ⁰ C,zona caracteristica fermentarii in regim criofil;

8

-Mezofile- caracterizate printr-o activitate care are loc la temperaturi cuprinse intre 2540 ⁰ C,zona caracteristica fermentarii in regim mezofil; -Termofile-caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse intre 50-60 ⁰ C,zona caracteristica fermentarii in regim termofil. Ca intotdeauna in biologie aceste caracteristici nu reprezinta niste praguri de neintrecut iar fermentatia metanogena,in cazuri mai rare,se intalneste putin si in afara acestor limite.

Presiunea Presiunea are o mare importanta in procesul de metanogeneza.S-a dovedit ca,atunci cand presiunea hidrostatica la 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 fermentarea cu ax vertical,care poate atinge inaltimi de zeci de metri,degajarea de metan se produce numai in partea superioara,pana la o adancime de maximum 5 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 pana 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 am mentionat anterior 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 natural sau fractiuni care au fermentat si sunt total sau partial mineralizate,au tendinta sa se lase pe partea de jos a fermentatorului. Intre aceste doua straturi se gaseste un strat lichid in care fermentarea si epuizarea materiei organice continua din ce in ce mai lent. Cele mentionate mai sus constituie unul din motivele pentru care este necesara agitarea continutului fermentatorului.

9

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 acizi 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 prin sistemul de fermentare in doua faze,cu recipienti separati sau,mai bine,adoptand sistemul de fermentare in flux orizontal. 3. 1. 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/dmᶾ CBO5.Sub aceasta limita,instalatia de biogaz ramane o treapta de epurare anaeroba pentru apa reziduala cu care este alimentata si nu va produce in 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 loc un bilant energetic negativ.

Pentru o orientare generala,in tabelul urmator sunt date incarcarile uzuale ale unor ape reziduale din industria alimentara: Provenienta materiei prime Fabrici orasenesti de prelucrare a

U.M. Incarcare organica,in CBO5 3 mg/dm 800-1000 10

laptelui Fabrici de branzeturi(telemea+produse proaspete) Fabrici de lapte si unt Carne(abatorizare) Carne(abatorizare+preparate din carne) Sectii de prelucrare a pestelui Sardele preparate pentru impachetare Fabrici de ulei comestibil Fabrici de zahar(din sfecla de zahar) Fabrici de conserve de legume Fabrici de conserve din fructe Fabrici de bere si malt Industria vinului

mg/dm3 3000-4000 mg/dm3 1000-1200 mg/dm3 5000-6000 mg/dm3 1500-2000 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3 mg/dm3

14000-15000 1800-2100 1800-2200 4000-5000 600-700 700-800 800-1200 8000-10000

Resurse din industria alimentara Resursele de materii prime pentru obtinerea biogazului provenite din industria alimentara sunt extreme 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 catre 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 l de biogaz. O fabrica care prelucreaza in branzeturi 20.000 litri de lapte,din care recupereaza cca 15.000 l 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,pierdere in apa de oparire a cascavalurilor,etc.,toate acestea putand fi adaugate la zerul supus fermentarii marind prin aceasta productia de biogaz.

11

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 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 m3biogaz 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 materiale concentrate 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 in 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 prelucare de 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

12

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 mai putin incarcate,a caror epurare nu va 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 gaseste 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 in apele reziduale provenite de la prelucrarea sfeclei de zahar sunt relative sarace in azot.Acest lucru de 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/dm 3) o au apele de la scinderea Soapstock-ului,adica a sapunurilor rezultate de la neutralizarea uleiului cu hidroxid de sodiu.Scinderea,in vederea obtinerii acizilor grasi,se face cu ajutorul acidului sulfuric si,in consecinta,apele rezultate vor fi foarte bogate in sulfat de sodiu.Ori 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 punctual 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 separate si prelucrate prin fermentatie metanogena desi,in literatura de specialitate,acest demers este destul de rar. 13

Fabricarea maltului nu genereaza ape cu incarcari care sa justifice fermentatia metanogena (600-900 mg/dm3 CBO5). 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 fie in tartrat de calciu(ce poate fi depozitat si livrat fabricilor 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 unor instalatii de biogaz. Un caz aparte il reprezinta borhotul rezultat de la fabricarea spirtului din melasa rezultata la fabricarea zaharului din sfecla.Acest borhot are o incarcare organica foarte mare,de ordinal 35.000-50.000 mg/dm3CBO5,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.

4. Criterii de alegere si dimensionare a instalatiilor de biogaz. La realizarea unei instalatii de biogaz trebuie sa se tina cont de urmatoarele: -Trebuie sa satisfaca energetic utilizatorul; -Trebuie sa asigure prelucrarea integrala a materiilor prime disponibile local; -Trebuie sa asigure prelucrarea materiilor prime intr-o zona a carei intindere se stabileste pe criterii tehnico-economice. Primul criteriu este caracteristic instalatiior de producere a biogazului care urmeaza sa deserveasca din punct de vedere energetic un anumit sau mai multi utilizatori.

14

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.

5. Variante tehnologice

15

16

17