DEBICOMB - Program 4 Proiect 31-041/14.09.2007

Noi tehnologii ecologice de valorificare energetic a deeurilor biodegradabile sub form de gaze combustibile cu aplicare la staii de epurare mici

Acronim: DEBICOMB Contract: 31-041/14.09.2007 Autoritate Contractant: Centrul National de Management Programe Program: 4 - Parteneriate in domeniile prioritare Directia de cercetare: 3 - Mediu Tipul proiectuluI: PC Perioada de derulare: 14.09.2007 14.09.2010 Contractor: INCDIE ICPE-CA Director de proiect: Prof. Dr. Ing. Mat. Gheorghe Bran Parteneri:

Universitatea Politehnica Bucureti Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Ecologie Industriala INCD-ECOIND Institutul de Biologie Bucuresti

Cofinantator: S.C. AGRONAD PRODIMPEX 2000 SRL Obiectivele generale ale proiectului

Realizarea unei tehnologii noi de valorificare a deeurilor lichide, cu producere de biogaz i utilizarea acestuia pentru producerea de energie electric /termic, la ageni economici de capacitate mic i mijlocie.

Valorificarea complet i ecologic a deeurilor biodegradabile existente la agenii economici Schema de realizare a proiectului: 2007 Etapa I - Studiu documentar pentru identificarea/evaluarea tehnologiilor existente

Perioada: 14.09.2007 14.12.2007; 2008 Etapa II - Cercetri teoretice i experimentale de laborator perioada: 15.12.2007 30.11.2008 2009 Etapa III - Experimentare model funcional/Demonstrare funcionalitate

Perioada: 01.12.2008 15.11.2009; 2010 Etapa IV - Conversia biogazului n energie Perioada: 16.11.2009 14.09.2010; Potentiali utilizatori: ferme agrozootehnice mici si mijlocii, fabrici de produse alimentare, statii de epurare a apelor menajere sau industriale Impactul economic al proiectului crearea premiselor dezvoltrii unor capaciti noi de producie care s realizeze instalaii de

valorificare a deeurilor biodegradabile n energie electric /termic dezvoltarea sectorului energetic naional prin diversificarea surselor de energie regenerabila astfel

nct s existe n afar dezvoltrii sale poteniale i un aport la reducerea emisiei de CO2 Impactul social Dezvoltarea unor tehnologii de tratare ecologic a deeurilor, ca i a posibilitilor de valorificare eficient din punct de vedere energetic a acestora, va produce noi locuri de munca la ageni economici, productori de echipamente i la beneficiari. Posibilitatea tratrii ecologice a deeurilor (pentru zonele rurale) va contribui la dezvoltarea social a acestor zone. Impactul asupra mediului const n valorificarea energetic a deeurilor biodegradabile sub form de gaze combustibile la staii de epurare mici, n rezolvarea problemelor de mediu la agenii economici de tip IMM, la ferme agro-industriale, de cretere a animalelor, etc. De asemenea, se reduce poluarea solului pe care se depozitau aceste deeuri. Impactul asupra mediului se mai realizeaza prin mbuntirea conditiilor privind calitatea mediului de lucru; satisfacerea, la utilizatori, a condiiilor referitoare la protecia i calitatea mediului ambiant (bioetic i biosecuritate).

2

Etapa I: Studiu documentar pentru identificarea/evaluarea tehnologiilor existente Primele studii teoretice ale curgerii n reactoare de fermentare anaerob (RFA) s-au realizat n Romnia n anii 1970. Vechile instalaii industriale, realizate nainte de 1990, erau neadecvate procesului de metanogenez, fiind echipamente/utilaje tipizate, aduse din industria minier i cea chimic, cu forme, dimensiuni i sisteme de omogenizare improprii procesului de metanogenez i, totodat, cu consumuri relativ mari. Dup o oarecare experien, staiile au fost realizate pentru a rezolva toate problemele legate de deeurile organice din agricultur i industrie. Materiile care alimenteaz un reactor de fermentare sunt dejecii de bovine, porcine, psri, coninutul intestinal, grsimi i suspensii de la abatoare, grsimi animale de la industria de procesare a petelui, reziduuri organice de la industria zahrului, de la industria farmaceutic i tbcrii, resturi de fructe i legume precum i alte resturi organice de la gospodrii. Dup procesare, biogazul este utilizat la producerea de cldur, energie electric precum i la obinerea de fertilizatori pentru fermieri. Beneficiarii primesc de obicei cldur, energie electrica i fertilizatori. Centrala poate funciona pe combustibil combinat, biogaz i benzin, ce completeaz consumul n sezonul rece. Viziunea s-a schimbat treptat n privina centralelor care funcioneaz pe baz de biogaz, n sensul c ele pot contribui acum n mod semnificativ la rezolvarea unei ntregi categorii de probleme din domeniul agriculturii, energiei i mediului. Ca urmare, staiile centralizate de biogaz sunt considerate acum o parte a produciei integrate de energie, fr de emisii de CO2, tratare a materiilor organice i faciliti de redistribuire a substanelor nutritive. Pentru proiectarea i funcionarea staiilor de biogaz ar trebui avute n vedere cteva lucruri importante, de referin n domeniu. Trebuie utilizat materie organic ce conine ct mai mult celuloz, deoarece din celuloz se poate extrage metanul ce este ars ulterior pentru a produce cldur i energie electric. Dintr-un kg de materie organic din agricultur se pot obine cca 1260 kcal. S-au analizat 3 tipuri de RFA, principalul criteriu de evaluare fiind dinamica suspensiilor n curentul de lichid, produs de elici ntubate sau libere i un tip de RFA cu autobarbotare. Ultimul tip de RFA nu este adecvat pentru capaciti de producie mici. S-a propus proiectarea unui model de laborator i a unui model funcional, cu volumele de 150 litri, respectiv 1800 litri. Modelul funcional va fi realizat la un raport H/D = 0,75 i va fi echipat cu o elice vertical liber, care va funciona la o turaie de 2 rotaii pe secund. Modelul de laborator se va executa n dou variante, una identic cu modelul funcional, iar cealalt modificnd capacul superior. Baza teoretic a cercetrilor este constituit din soluiile exacte ale ecuaiilor Navier-Stokes, care guverneaz curgerea, peste care s-a suprapus micarea suspensiilor. Datorit efectului Magnus rezult o concentraie diferit a particulelor, att pe raz, ct i pe nlime. Studiul teoretic al curgerii laminare n dou tipuri de RFA arat o distribuie i micare diferit a suspensiilor, i anume: - n RFA cu elice intubat particulele grele se deplaseaz spre perei i au tendina de coborre; - n RFA cu elice liber, indiferent de sensul curgerii fazei lichide, particulele se deplaseaz ctre verticala r = r0 i au micare ascendent sau descendent, n funcie de mrimea (densitatea) lor. Soluiile numerice arat existena unor vrtejuri, chiar la numere Reynolds mici. Dinamica particulelor n RFA constituie baza teoretic pentru studiul proceselor de metanogenez. S-a efectuat calculul termic al modelului funcional i s-a soluionat sistemul de termostatare al acestuia. Se propune un tip de reactor de fermentare anaeroba pentru utilizare in cadrul proiectului, pentru care se precizeaza dimensiunile principale si se calculeaza volumul total si volumul de lucru al RFA. Se determina suprafata exterioara necesara a fi izolata termic. Se determin ulterior pierderile de caldura catre mediul exterior si se precizeaza masurile necesare pentru reducerea pierderilor de caldura. Se determin masa RFA plin cu substante fermentabile pentru stabilirea fundatiei de catre constructor. S-au caracterizat principalele tipuri de deseuri biodegradabile luate in studiu (namolurile reziduale de la statiile de epurare si dejectiile animaliere de la fermele zootehnice); s-au evidentiat principalele procese si tehnologii de obtinere a biogazului prin fermentare anaeroba; s-au analizat factorii care influeneaz procesul de fermentare anaerob temperatur, pH, nutrieni, intensitatea amestecrii, tehnologia de proces stabilind parametrii cu care trebuie s funcioneze instalaia. De asemenea, este prezentat potenialul de producere a biogazului a diverselor reziduuri vegetale, animaliere, etc. precum si importanta procesului de tratare aeroba prin compostare.

3

Se analizeaz bazele biologice ale metanogenezei, domeniu care evolueaz continuu (unele cercetri efectuate n 1960, urmate de noi cercetri n 1984 i 1988), odat cu aplicaiile tehnice ale producerii de biogaz, identificnd etapele procesului, condiiile uneori contradictorii de evoluie (de exemplu, pH diferit de la o faz la alta) i soluiile de optimizare. Deoarece metano-bacteriile sunt foarte sensibile la ph-ul mediului, ele se dezvolt cel mai bine dac ph-ul este neutru, dar se pot nmuli i crete ntr-un mediu puin alcalin. Dejeciile proaspete sunt suficient de alcaline i din acest motiv este preferabil s fie introduse mai repede n fermentator astfel nct procesul este destul de stabil i eficient. Timpul de retenie, ce reprezint raportul dintre volumul fermentatorului i debitul de alimentare, trebuie ales astfel nct randamentul fermentatorului s fie maxim. Fermentatoarele nu trebuie supraalimentate cu materie organic deoarece acest fapt poate crete aciditatea, ccea ce duce la ncetarea procesului de metano-genez. Elementele minerale pot fi un catalizator pentru procesul de metano-genez. Raportul C/N din componena biomasei este bine s fie mai mare pentru a crete cantitatea de metan produs. Amorsarea procesului de metano-genez se poate face prin introducerea unui inocul de bacterii metanogene. Datorit faptului c nu poate fi lichefiat, metanul este utilizat sub form gazoas. Are deci dezavantajul c nu poate fi stocat n incinte mici. La o temperatur de funcionare de 35C, n 1000 m3 de biogaz se gsesc aproximativ 2 litri de ap sub form de vapori ce pot forma diveri acizi. n cazul n care se alimenteaz cu biogaz motoarele de autovehicule, trebuie ndeprtat bioxidul de carbon pentru a realiza creterea energiei combustibilului pe unitatea de volum. n cazul n care cantitatea de hidrogen sulfurat depete 1,5 g/m3, trebuie luate msuri pentru diminuarea acesteia pentru a proteja tancurile de stocare, compresoarele, motoarele cu combustie intern precum i a altor echipamente metalice. Pentru ndeprtarea vaporilor de ap se poate trece biogazul prin aparate de refrigerare din care apa condensat este drenat prin colectoare. Sunt identificate metodele de monitorizare a procesului de metano-genez, i anume: cele convenionale (BOD, COD, pH, Pt, concentraia acizilor grai volatili .a.) i cele moleculare, iniiate n 1995 i perfecionate i diversificate n 1997, respectiv 2000, rezultnd astfel soluii pentru monitorizarea funcionrii reactoarelor de fermentare anaerob din punct de vedere biologic.

Button1: