LABORATORIO FONDAMENTI DI PROCESSI ED IMPIANTI

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/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 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 m3/day
TVS = 5 g/l
Digestore
anaerobico
Qout = 145 m3/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!!!
KgTS/day ?
Biogas
δBIOGAS = 1,2 Kg/m3
Qin =…. m3/day
δFORSU ~ 1000 Kg/m3
m3/day • Kg/m3 =
KgCAMPIONE/day
In laboratorio misurerete il
contenuto di TS e TVS
KgCAMPIONE/day •
KgTS/Kgcampione = KgTS/day
Qout = …..m3/day
Digestore
anaerobico
δDIGESTATO = 1000 Kg/m3
m3/day • Kg/m3 =
KgCAMPIONE/day
In laboratorio misurerete il
contenuto di TS e TVS
KgCAMPIONE/day •
KgTS/Kgcampione = KgTS/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 – BIOGASPer 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°C
1 litro = 1 dm3
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)
Kg TVS/day INGRESSO
Se l’errore % non supera il 10%, il bilancio si chiude
* 100
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