1

TETEHNHNOLOGIAOLOGIAMETANIZMETANIZĂĂRIIRIIIstoric și generalitățiProcesul biologic de digestie anaerobăCalitatea substratului și randamentulbiogazuluiTipologia și funcționarea instalațiilor de biogazParametrii funcţionării şi ai controluluiTratamente și utilizări ale biogazuluiSituația în Europa

2

ISTORICISTORIC

�� 17761776: A: A. V. VOLTAOLTA -- descoperdescoperăă degajarea de gazdegajarea de gazdintrdintr--o mlao mlaşştintinăă;;

�� 17871787: A. L. LAVOISIER: A. L. LAVOISIER –– denumedenumeşşte gazul dete gazul demlamlaşştintinăă:: ““gazgaz hidrogeniumhidrogenium carbonatumcarbonatum””;;

�� 18651865 ++ 18921892: congresul interna: congresul internaţţional alional alnomenclaturii chimicenomenclaturii chimice �� ““metanmetan””;;

�� ÎÎnceputul secolului XXnceputul secolului XX: prima instala: prima instalaţţie deie deproducere a gazului metan:producere a gazului metan: ExeterExeter (MB);(MB);

�� Epoca modernEpoca modernăă:: metanizareametanizarea nnăămolurilormolurilorurbane (epurarea apelor uzate)urbane (epurarea apelor uzate) şşi a dejeci a dejecţţiilor deiilor dela crescla crescăătoriile de animale.toriile de animale.

3

GENERALITGENERALITĂĂȚȚII

1 m3 degaz

metan =8570 kcal

1,15 lbenzină

1,7 L alcool

1 Lmotorină

1,3 kgcărbune

0,94 m3 gaznatural

9,7 kW/helectricitate

4

PROCESUL BIOLOGIC DEDIGESTIE ENAEROBĂ

�� Digestia anaerobDigestia anaerobăă este un proceseste un procesbiologic realizat de o comunitate debiologic realizat de o comunitate demicroorganisme anaerobe, care permitemicroorganisme anaerobe, care permitetransformarea materiei organicetransformarea materiei organice îînnbiogaz (gaz biologic), constituitbiogaz (gaz biologic), constituit îînnprincipal din metanprincipal din metan șși anhidridi anhidridăăcarboniccarbonicăă (CO(CO22).).

� Procentul de metan variază de la unminimul de 50% până la 80%.

5

MICROORGANISME ACTIVEMICROORGANISME ACTIVE ÎÎNNPROCESUL DE METANIZAREPROCESUL DE METANIZARE�� Bacterii hidrolitice:Bacterii hidrolitice:

�� descompun macromoleculele biodegradabiledescompun macromoleculele biodegradabile îîn substann substanțțe maie maisimple;simple;

�� Bacterii acidogene:Bacterii acidogene:�� utilizeazutilizeazăă ca substrat compuca substrat compușșii organici simpli eliberaii organici simpli eliberațți dei de

bacteriile hidrolitice;bacteriile hidrolitice;�� Bacterii acetogene:Bacterii acetogene:

�� utilizeazutilizeazăă substraturile rezultate din activitatea precedentelorsubstraturile rezultate din activitatea precedentelordând nadând nașștere la acetat, hidrogentere la acetat, hidrogen șși anhidride carbonice;i anhidride carbonice;

�� Bacterii omoacetogene:Bacterii omoacetogene:�� sintetizeazsintetizeazăă acetat plecând de la anhidride carboniceacetat plecând de la anhidride carbonice șșii

hidrogen;hidrogen;�� Bacterii metanogene:Bacterii metanogene:

�� produc metanproduc metan șși anhidride carbonice din acid acetic, numitei anhidride carbonice din acid acetic, numiteacetoclastici;acetoclastici;

�� produc metan plecând de la anhidride carboniceproduc metan plecând de la anhidride carbonice șși hidrogen.i hidrogen.

6

ETAPELE PROCESULUIETAPELE PROCESULUIANAEROBANAEROB

�� HidrolizaHidroliza

Materiaorganicăcomplexă

ProteineProteine

GrGrăăsimisimi

CelulozCelulozăă

AmidonAmidon

7

�� AcidogenezaAcidogeneza

ProteineProteine

GrGrăăsimisimi

CelulozCelulozăă

AmidonAmidon

Acid lacticAcid lactic

Acid butiricAcid butiric

CompuCompușși neutrii neutri(etanol)(etanol)

ETAPELE PROCESULUIETAPELE PROCESULUIANAEROBANAEROB

8

�� AcetogenezaAcetogeneza

Acizii organiciAcizii organicicu lancu lanțț scurtscurt

PrecursoriPrecursori

aiai

metanului:metanului:

acetat,acetat,

(acid acetic:(acid acetic:

CH3COOH),CH3COOH),

CO2CO2 șși H2i H2

ETAPELE PROCESULUIETAPELE PROCESULUIANAEROBANAEROB

9

� De la acidul acetic:

CH3COOH � CH4 + CO2

� De la etanol:

2CH3CH2OH + CO2� CH4 + 2CH3COOH

� De la bioxidul de carbon:

CO2 + 4H2 � CH4 + 2H2O

MetanogenezaMetanogeneza

10

Macro-molecule

Monomeri

Acizi organici, alcooli, …

Acetat CO2 + H2

CO2 + CH4 CH4

Hidroliza

Acidogeneza

Acetogeneza

Metanogeneza

Principalele căi metabolice şi natura populaţiilormicrobiene ce intervin în fermentarea anaerobă

Bacterii hidrolitice

Bacterii acidogene

Bacterii acetogene

Bacterii homoacetogene

Bacterii metanogeneacetolactaze

Bacterii metanogenehidrogenofile

11

SPECII DE MICROORGANISME ACTIVESPECII DE MICROORGANISME ACTIVEÎÎN PROCESUL DE METANIZAREN PROCESUL DE METANIZARE

� Bacterii hidrolitice şi fermentative(hidroliză şi acidogeneză):� Eubacterii strict anaerobe şi facultative: Clostridium,

Bacillus, Ruminococcus, Enterobateroïdes,Propionibacterium, Butivibrio.

� Bacterii acetogene (acetogeneză):� Clostridium, Acetobacterium, Sporomusa,

Acetogenium, Acetoanaerobicum, Pelobacter,Butyribacterium, Eubacterium, Syintrophobacter,Syntrophomonas, Desulfovibrio, Desulfobacter,Desulfotomaculum, Desulfomonas…

� Bacterii metanogene (metanogeneză):� Methanobacterium, Methanococcus,

Methanobrevibacter…

12

CALITATEA SUBSTRATULUICALITATEA SUBSTRATULUI ȘȘIIRANDAMENTUL BIOGAZULUIRANDAMENTUL BIOGAZULUI

33094-952,0-3,7Rebuturi distilație mere

180-60085-8985-90Paie

350-3908634Siloz porumb

40070-8032,0-32,5Dejecții solide păsări

200-40075-7710-29Dejecții lichide păsări

45075-9020-25Dejecții solide porcine

260-45060-852,5-9,7Dejecții lichide porcine

200-30065-8511-25Dejecții solide bovine

200-26068-856-11Dejecții lichide bovine

RandamentRandamentde biogazde biogaz

(m(m33/t S.O.)/t S.O.)

SubstanSubstanțțăăorganicorganicăă(% S.U.)(% S.U.)

ConConțținutinutde S.U.de S.U.

(%)(%)

Tipul de materialTipul de material

13

Bazin nămol porc racordatla bioreactoare

Bazine pentru stocarenămol după epurareaapelor uzate

14

AVANTAJELE MATANIZAVANTAJELE MATANIZĂĂRIIRII�� Posibilitatea utilizPosibilitatea utilizăării metanului ca sursrii metanului ca sursăă

de energie;de energie;�� Metanul este inodorMetanul este inodor îîn raport cu aln raport cu alţţii

combustibili (motorina);combustibili (motorina);�� Biogazul conBiogazul conţţine 55ine 55 pâpânnăă la 85% metanla 85% metan şşii

poate fi debarasat de hidrogenul sulfurat;poate fi debarasat de hidrogenul sulfurat;�� CantitCantităăţţile de nile de năămol obmol obţţinute sunt maiinute sunt mai

scscăăzute (5 pzute (5 pâânnăă la 10 ori mai pula 10 ori mai puţţin fain faţţăă dedeprocedeele aerobe);procedeele aerobe);

�� Biomasa activBiomasa activăă are nevoi limitate pentruare nevoi limitate pentruefluenefluenţţi foarte diveri foarte diverşşi;i;

�� Procedeul nu este consumator de energie;Procedeul nu este consumator de energie;�� BilanBilanţţul carbonului este neutru...ul carbonului este neutru...

15

TIPOLOGIATIPOLOGIA ȘȘI FUNCI FUNCȚȚIONAREAIONAREAINSTALAINSTALAȚȚIILOR DE BIOGAZIILOR DE BIOGAZ

�� InstalaInstalațțee cu canal tip plugcu canal tip plug--flowflowsausau flux cu pistonflux cu piston;;

�� InstalaInstalațțieie cilindriccilindricăă tip uptip up--flowflowamestecatamestecat;;

�� InstalaInstalațțieie tip supertip super ––flowflow pentrupentrubiomasbiomasăă superdenssuperdensăă;;

16

InstalaInstalațțee cu canal tip plugcu canal tip plug--flowflow sausau flux cu pistonflux cu piston

17

InstalaInstalațțieie cilindriccilindricăă tip uptip up--flowflow amestecatamestecat

18

InstalaInstalațțieie cilindriccilindricăă tip uptip up--flowflow amestecatamestecat

19

InstalaInstalațțieie tip supertip super ––flowflow pentrupentru biomasbiomasăă superdenssuperdensăă

20

� Producerea metanului pornind de lagunoiul de grajd:

� 1 t gunoi de grajd proaspăt � 50 – 60 m3

gaze, din care:� 50 – 55 % CH4� 40 % CO2� 2% N2� 1 % O2� +H2S.

� După fermentare rezultă un produs carea pierdut 25 – 30 % din materiaorganică iniţială.

Exemplu:

21

PARAMETRI DE FUNCŢIONARE ŞICONTROL

� Valoarea pH: valorile optime ale materialuluiintrodus în reactor trebuie să se situeze între 6 şi 7;

� Temperatura: bacteriile metanogene sunt inactivela temperaturi ridicate sau joase;

� Doza de aport: cantitatea de material rezidualproaspăt la unitatea de volum de reactor pe zi;

� Timpul de sejur/şedere/reţinere: timpul mediuîn care o anumită cantitate de material rezidualrămâne în reactor pentru a fi supus acţiuniibacteriilor metanogene;

22

PARAMETRI DE FUNCŢIONARE ŞICONTROL

� Toxicitatea:

Concentraţii inhibitoareInhibitori5000 ppmSulfat (SO4

¯¯)40000 ppmNitrat (calculat ca N)0,05 mg/mlClorura de sodiu (NaCl)100 mg/lCupru (Cu++)200 mg/lCrom (Cr+++)200-500 mg/lNichel (Ni+++)3500 – 5500 mg/lSodiu (Na+)2500 – 4500 mg/lPotasiu (K+)

Circa 1500 mg/lMangan (Mn++)1000 – 1500 mg/lMagneziu (Mg++)2500 – 4500 mg/lCalciu (Ca++)