ASPETTI BIOTECNOLOGICI DELL AVVIAMENTO DI IMPIANTI DI BIOGAS
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- Costanza Motta
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1 Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria ASPETTI BIOTECNOLOGICI DELL AVVIAMENTO DI IMPIANTI DI BIOGAS Giacomo Bucchi Master in Gestione delle biomasse e dei processi per la produzione di energia
2 ASPETTI MICROBIOLOGICI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA Materie organiche complesse (carboidrati, proteine, grassi) Molecole organiche solubili (zuccheri, amminoacidi, acidi grassi) Idrolisi Acidogenesi Acetogenesi Metanogenesi 2 Acidi grassi volatili Acido acetico 3 H 2 + CO 2 CH 4 + CO 2 4 4
3 ASPETTI MICROBIOLOGICI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA IDROLISI ED ACIDOGENESI METANOGENESI
4 ACIDOGENESI ED ACETOGENESI Microorganismi del dominio Bacteria Phyla maggiormente rappresentati: Proteobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Spirochete e Bacteroidetes Alte velocità di duplicazione (<3 gg) Variabilità relativamente alta nei processi di digestione anaerobica Ampia variabilità di processi metabolici di degradazione di substrati complessi fino ad acidi organici volatili a catena corta e gas (H 2 e CO 2 ) Assenza di vie metaboliche di produzione del metano
5 METANOGENESI Microorganismi del dominio degli Archaea Phylum maggiormente rappresentato: Euryarchaeota Basse velocità di duplicazione (5 6 giorni) Minore variabilità nei processi di digestione anaerobica Minore variabilità di vie metaboliche Metanogenesi acetoclastica o idrogenotrofa Sintrofia con batteri acidogeni e acetogeni omoacetogeni
6 ARCHAEA METANOGENI Classe Ordine (Genere) Morfologia Cellulare Fisiologia Methanobacteria Methanobacteriales (Methanobacterium) Bastoncelli Filamenti Idrogenotrofi Mesofili o termofili Methanococci Methanococcales (Methanococcus) Cocci irregolari Idrogenotrofi Mesofili o termofili Methanomicrobiales (Methanoculleus) Cocci irregolari Bastoncelli Cell. ovali piatte Idrogenotrofi Mesofili Methanomicrobia Methanosarcinales (Methanosarcina, Methanosaeta) Filamenti Bastoncelli Cell. ovali piatte Acetoclasti ristretti (Methanosaeta)o facoltativi (Methanosarcina) Mesofili o termofili
7 VARIAZIONI COMUNITA MICROBICHE Archaea Bacteria
8 PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (1) Caso studio: Avviamento di un impianto alimentato a liquame suino + insilati da 635 kw, inoculo con liquame e digestato Miscelazione Temperatura Composizione del gas CH 4 CO 2 O 2 H 2 H 2 S Azoto ammoniacale Carico organico volumetrico ph Aumento iniziale e stabilizzazione Aumento iniziale e stabilizzazione Diminuzione e stabilizzazione Leggero aumento Aumento e stabilizzazione
9 PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (2) Acidità totale e alcalinità totale Rapporto acidità/alcalinità
10 Biogas prodotto (m3/d) PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (3) 6,0 T ( C); Energia prodotta (MWh/d) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 COV (kgsv/m3/d) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 VFA/ALK (adim.)
11 PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (4)
12 GRAZIE PER L ATTENZIONE Ringrazio: la Dott.ssa Castelli e il Dott. Sala e quanti hanno contribuito all organizzazione e allo svolgimento del Master in «Gestione delle biomasse e dei processi per la produzione di energia» Sebigas S.p.A. Ecomondo Consorzio Italiano Biogas
13 BIBLIOGRAFIA 1. Microbial communities evolution in thermophylic biogas plants Chachkiani Molecular microbial diversity of an anaerobic digestor as determined by small subunit rdna sequence analysis Godon Examination of two years of community dynamics in an anaerobic bioreactor using fluorescence PCR SSCP analysis Zumstein Influence of environmental condition on bacteria in anaerobic digester Karakashev Bacterial and archaeal 16S rdna and 16S rrna dynamics during an acetate crisis in an anaerobic digestor ecosystem Delbes Microbial communities in anaerobic digestion processes for waste and wastewater treatment a microbiological update Narihiro Bacteria in biogas plants Zakrzewski Methanosarcina The rediscovered methanogen for heavy duty biomethanation De Vrieze 2012
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