Tipuri de fermentatoare care pot fi aplicate în producerea biogazului

Fermentatorul, sau bioreactorul este spaţiul în care se desfăşoară procesul biologic deconversie a unor compuşi organici de către microorganisme şi eliberarea produşilor defermentaţie.

Bioreactoarele cilindrice cu sau fără agitare sunt cele mai utilizate în biotehnologie.Fermentatoarele anaerobe folosite în producerea de biogaz din dejecţii de animale aucapacitatea de a capta metanul şi de a reduce numărul bacteriilor coliforme fecale, însă diferăîn ceea ce priveşte costul, climatul la care se pretează şi concentraţia dejecţiilor care se potprocesa.

Laguna acoperită constă dintr-un bazin (lagună) acoperit, care captează gazul produs întimpul descompunerii dejecţiilor. Acest tip de fermentator este cel mai puţin costisitor şi sepretează pentru dejecţii lichide (sub 3% solide).Laguna este acoperită cu o folie din materialimpermeabil prinsă în mod etanş de marginile lagunei după o bordură de beton. Biogazul seacumulează sub folie, de unde este preluat printr-o conductă. Cu toate că necesită investiţii reduse, lagunele acoperite necesită volume mari de dejecţii, climat cald şi zone cu pânză de apăfreatică la adâncimi mari.

Fermentatoarele cu deplasare (cu curgere de tip piston, sau plug-flow) se preteazăpentru dejecţii care conţin între 11 şi 40% solide. O instalaţie tipică plug-flow include unsistem de colectare a dejecţiilor, un bazin pentru omogenizare şi fermentatorul ca atare. Fermentatorul este un bazin rectangular, lung, de obicei sub nivelul solului, acoperit ermeticcu un material impermeabil. Materialul pompat în fermentator împinge materialul existentspre capătul opus (curgere tip piston). Pe măsură ce solidele din dejecţii sunt descompuse,formează un material vâscos, limitând separarea solidelor în rezervor şi constituind „pistonul”care împinge lichidul. Timpul mediu de retenţie a dejecţiilor în fermentator este de 20-30 zile.

Caracteristicile reactorului şi principalele avantaje_ Tehnologie robustă de amestecare cu palete_ Flexibilitate în ceea ce priveşte tipul de substrat (cu conţinuturi diferite de substanţă uscată)_ Reactorul poate procesa substraturi cu un conţinut de 15-40 % S.U._ Degradarea substratului aproape completă_ Tipul de amestecare reduce riscul separării prin plutire şi sedimentare_ Amestecarea permite transportul sedimentelor în sensul dorit_ Separarea grosieră a fazelor de fermentare acidogenă de cea metanogenă, fiecare având unpH optim diferit._ Reactorul este construit în întregime din beton armat turnat sau prefabricat_ Evacuarea digestatului se face cu un sistem de vidare, fără piese în mişcare (se eliminăriscul defecţiunilor datorate abraziunii, forfecării, şocurilor mecanice)_ Alimentarea cu substrat se face printr-un sistem de transportor tip melc_ Întreţinere simplă, durata de funcţionare îndelungată_ Garanţia igienizării în operări termofile datorită timpului de retenţie bine definit în reactorulplug flow.2. Caracteristicile amestecării_ Mai multe amestecătoare tip paletă perpendiculare pe direcţia curgerii

- Eliminarea riscului separării prin plutire şi sedimentare- Omogenizarea substratului în fiecare secţiune a reactorului_ Construcţia orizontală a reactorului permite obţinerea unei suprafeţe mari de lichid pentruemisia de gaz_ Eliminarea tensiunilor, torsiunilor şi a vibraţiilor în comparaţie cu alte tehnologii deamestecare_ Pretabilitatea reactorului pentru substraturi cu vâscozităţi diferite_ Consum redus de energie pentru amestecare datorită rotirii lente a paletelor şi a operăriiintermitente a fiecărui amestecător

Fermentatoarele verticale, cu agitare mecanică convertesc materia organică la biogazîntr-un rezervor încălzit, dispus de obicei deasupra nivelului solului. În acest rezervor serealizază o agitare mecanică pentru a menţine solidele în suspensie. Astfel de fermentatoarecostă mai mult, iar întreţinerea lor este mai costisitoare faţă de cele orizontale

Fermentatoarele air-lift (sau, mai corect, în sistem anaerob: gaz-lift) sunt printrecele mai utilizate tipuri de bioreactoare în biotehnologie. Amestecarea în interiorul mediuluide cultură se realizează fără agitare mecanică şi sunt adesea preferate pentru culturi de celulevegetale sau animale sau celule imobilizate, pentru că nivelul forfecării în acest tip debioreactor este semnificativ mai mic decât în vasele agitate mecanic.

Caracteristicile bioreactorului air-lift în sistemul fermentaţiei metanogene:• Nu există piese în mişcare ca agitatoare, axe, palete, elice etc. în interiorul reactorului• Nu sunt făcute orificii în pereţii reactorului pentru introducerea agitatoarelor• Costuri de întreţinere reduse datorită absenţei lagărelor, agitatoarelor• Reducerea pericolelor de explozie datorită lipsei lagărelor, a pieselor de etanşare cu risc descurgeri de gaze• Activităţi de întreţinere doar în exteriorul reactorului• Tubul draft poate fi confecţionat cu pereţi dublii, pentru încălzirea procesuluiEficienţa agitării• Omogenizarea optimă pe verticală a substratului datorită tubului draft• Rata ridicată a circulaţiei lichidului, de 2 până la 6 ori per oră a întregului volum• Permite producerea cu uşurinţă a gazului datorită condiţiilor perfecte de dezvoltare amicroorganismelor• Reducerea riscului acidifierii la partea inferioară a fermentatorului datorită saturării cu CO2

în timpul amestecării verticale• Lipsa agitării mecanice elimină forţele de forfecare care pot distruge celulele bacteriene saupot dezintegra aglomerările multicelulare realizate de microorganisme.

Fermentatoarele în substrat solid au o construcţie simplă, mult mai simplă decâtfermentatoarele pentru fermentaţie lichidă. Majoritatea sistemelor de fermentaţie în substratsolid folosesc fermentatoare de tip garaj. Practic sunt încăperi din beton armat, închiseermetic, în care se introduce substratul solid.

La partea superioară sunt dispuse un sistem de conducte perforate prin care substratul solid sestropeşte cu lichid. Lichidul este percolat prin toată masa solidă şi se acumulează la parteainferioră într-un rezervor, de unde este pompat din nou în conductele perforate pentru a fi

împrăştiat pe biomasa solidă. Această spălare a substratului solid se face de obicei de două oripe zi, timp de 15 minute.