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
Biogas Potere calorifico: 4500 kcal/m 3
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 queste biomasse.
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: η = (Q S - Q Se) / (Q S) 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]
Biogas Qin = 145 m 3 /day TVS = 5 g/l Digestore anaerobico Qout = 145 m 3 /day TVS = 3 g/l Calcola l efficienza di rimozione del substrato (in questo caso TVS)
Bilancio di massa digestore anaerobico ATTENZIONE, I BILANCI DI MASSA SI FANNO APPUNTO SULLA MASSA [Kg/day] E NON SULLE CONCENTRAZIONI!!! Kg TS /day? Biogas δ BIOGAS = 1,2 Kg/m3 Qin =. m3/day δ FORSU ~ 1000 Kg/m3 m3/day Kg/m3 = Kg CAMPIONE /day In laboratorio misurerete il contenuto di TS e TVS Kg CAMPIONE /day Kg TS /Kg campione = Kg TS /day Digestore anaerobico Qout =..m3/day δ DIGESTATO = 1000 Kg/m3 m3/day Kg/m3 = Kg CAMPIONE /day In laboratorio misurerete il contenuto di TS e TVS Kg CAMPIONE /day Kg TS /Kg campione = Kg TS /day
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
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 di massa digestore anaerobico 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)] 1 litro = 1 dm3 litri occupati da 1mol gas a 25 C litri occupati da 1mol gas a 25 C: PV=nRT V = (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 TS E TVS IN = OUT Kg TS FORSU/day = Kg TS biogas/day + Kg TS digestato/day IN = OUT Kg 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 Se l errore % non supera il 10%, il bilancio si chiude
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.
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