Digestió anaeròbica
De Viquipèdia
La digestió anaeròbia és un procés biològic de fermentació en absència d’oxigen, mitjançant el qual la matèria orgànica es degrada degut a l’acció d’un conjunt de microorganismes i és transformada en biogàs.
En general, es tracta d’un procés complex en el qual intervenen diversos grups de microorganismes. De la descomposició de la matèria n’esdevenen els àcids grassos volàtils, que seran l’aliment dels microorganismes metanogènics. Aquests microorganismes són els que produeixen el biogàs dins del reactor.
El biogàs està format principalment per metà (CH4) i diòxid de carboni (CO2), a més d’altres components com l’àcid sulfhídric (H2S), hidrogen (H2), amoníac (NH3), nitrogen (N2), monòxid de carboni (CO) i oxigen (O2). Un dels objectius de la digestió anaeròbia és la producció d’aquest gas, ric en metà, que posteriorment pot ser utilitzat com a combustible.
L’obtenció de fertilitzant orgànic d’alta qualitat, que redueix la concentració de les substàncies orgàniques contaminants que van a parar al medi aquós o al sòl conreat, és un dels altres objectius d’aquest procés de fermentació.
Una fermentació controlada de la biomassa esdevé una reducció del 90% de l’efecte hivernacle provocat pels gasos de la biomassa sense tractament.
A la natura, el procés de digestió anaeròbia té lloc a tot arreu on s’acumula matèria orgànica i el subministrament d’oxigen és deficient. El millor exemple en són els gasos formats en la superfície de pantans, llacs i aigües estancades
Taula de continguts |
[edita] Etapes del procés de tractament
- Etapa 1: Hidròlisi
La hidròlisi és la primera fase de la descomposició de la matèria orgànica. En aquesta fase hi participen els bacteris hidrolítics. El procés d’aquesta etapa consisteix en el trencament de les membranes cel·lulars i la descomposició de les macromolècules orgàniques (glúcids, lípids, proteïnes) en molècules més simples (àcids orgànics, alcohols, cetones, hidrogen i diòxid de carboni), que poden ser fàcilment atacades pels microorganismes.
- Etapa 2: Acidogènesi
Els compostos solubles intermedis (àcids orgànics, alcohol...) són fermentats o oxidats anaeròbiament pels bacteris acidogènics i transformats a àcids grassos de cadena curta, alcohols, diòxid de carboni i hidrogen. Posteriorment, gràcies a la intervenció de bacteris acetogènics, els àcids grassos de cadena curta són transformats a àcid acètic, hidrogen i diòxid de carboni.
- Etapa 3: Metanogènesi
En la darrera fase o metanogènesi intervenen els bacteris metanogènics. Aquests utilitzen l’àcid acètic com a font de matèria i energia, i el diòxid de carboni i l’hidrogen per a la respiració. Com a subproducte de la respiració produeixen metà. Tot aquest procés de conversió de la matèria orgànica en biomassa bacteriana és un procés de transformació lent, això justifica que en línies generals, es necessiten vàries setmanes, inclús un o dos mesos de posada en marxa per aconseguir una producció contínua i estable de gas.
[edita] Paràmetres de treball
- Temperatura
La digestió anaeròbia es pot desenvolupar a tres rangs diferents de temperatura: Psicròfil (<20ºC), Mesòfil (30-35ºC) i Termòfil (50-70%).
- pH
Entre 6.8-7.6
- Temps de retenció hidràulic (TRH)
El temps òptim de fermentació oscil·larà entre 15 i 20 dies.
- Potencial redox
Entre -300mV i 300mV.
[edita] Residus aplicables al tractament
- Residus agrícoles
- Cultius energètics
- Residus industrials orgànics
- Aigües residuals
- Fracció orgànica dels Residus Sòlids Urbans
Algun dels exemples d'aquests residus són: palla, branques, herba, blat de moro, sang, purins i fems, intestins d’animals, orujo, llots de depuradores, etc
[edita] Història de la digestió anaeròbia
Les primeres observacions que es tenen d’aquest fenomen es poden atribuir al científic Volta(1776), el qual va relacionar la generació d’un gas combustible a la superfície dels pantans,llacs i aigües estancades, amb la quantitat de matèria orgànica que es trobava dipositada al fons dels mateixos. Estudis realitzats per Bechamp i Pasteur al segle XIX, van confirmar que aquesta reacció era duta a terme per la presència de microorganismes.
La primera instal·lació de la qual se’n té constància es va construir a Bombai (1859), des de llavors a l’Índia s’han promocionat i s’han construït plantes a nivell local o familiar, per tal d’obtenir gas per cuinar i un producte fertilitzant, a partir del tractament de fems boví. Es troben una gran quantitat d’aquest tipus de petites instal·lacions a nivell mundial, fins a 7 milions de digestors repartits a països com l’Índia, Taiwan, Corea, Tailàndia, Kenya, Sud-àfrica i Xina. És un sistema d’obtenció energètic bastant proliferat al món oriental.
Al 1890 Donald Cameron va dissenyar una gran fossa sèptica per la ciutat d’Exeter (Gran Bretanya), on s’alimentava la xarxa d’enllumenat públic amb el gas obtingut. Durant la primera meitat del segle XX, es van realitzar nombroses experiències de laboratori i proves pilot, que van experimentar un auge especial durant la segona guerra mundial, degut a l’escassetat energètica que van patir durant aquest període. Molts grangers d’Anglaterra, França i Alemanya, van construir digestors, que van durar fins als anys 50, per produir gas combustible i així poder alimentar tractors i produir electricitat.
Si es deixen endarrere els períodes de guerra al món contemporani occidental, el desenvolupament de les instal·lacions basades en aquest tipus de tecnologia creix durant les crisis energètiques sofertes al voltant dels anys 70 i 80. Durant aquest període de temps,Catalunya inverteix en recerca per investigar sobre el procés anaeròbic i es construeixen les primeres instal·lacions d’obtenció de biogàs al sector ramader. Es van arribar a comptabilitzar fins a 13 plantes d’obtenció de biogàs. Avui en dia es troben en desús per diversos motius. Tot i l’existència d’aquestes instal·lacions ramaderes, en el sector de les aigües residuals és on trobem més implementat aquest procés. A part de reduir l’impacte sobre l’entorn, l’objectiu del procés anaeròbic és estabilitzar i reduir el volum dels fangs, tant de les depuradores com de les indústries, i obtenir una font energètica gratuïta.
Actualment, la digestió anaeròbia, té un interès creixent en els països desenvolupats gràcies a les seves propietats ambientals i energètiques. En són exemple, països com Dinamarca, Estats Units, Alemanya, Lituània... Els plans de la Unió Europea en matèria d’energia tenen com a objectiu que l’any 2020, el 20% de l’energia total consumida provingui de fonts d’energia renovables. I per tant, el biogàs pot jugar una peça clau en el desenvolupament energètic dels propers anys.
Avui en dia, el tractament de la fermentació anaeròbia s’aplica principalment a plantes de tractaments de purins, plantes de tractaments d’aigües residuals d’alta càrrega o plantes de tractament de residus sòlids urbans.
