OV Fertilització Tractaments Consolidats digestió anaeròbia TITOL
Digestió anaeròbia
OV Fertilització Tractaments Consolidats digestió anaeròbia
La digestió anaeròbia, també anomenada biometanització, és un procés biològic que té lloc en absència d'oxigen (condicions anaeròbies) durant el qual part de la matèria orgànica es transforma, per l'acció dels microorganismes, en una barreja de gasos coneguda com a biogàs. El biogàs està constituït principalment per metà i diòxid de carboni amb una riquesa en metà que oscil·la entre el 60% i 70%, motiu pel qual és un gas combustible (en termes energètics, 1 m3 de biogàs equival aproximadament a 0,6 L de gasoil). També s’obté un producte orgànic, conegut com a digerit, que és més estable i amb un volum lleugerament inferior al cabal d’entrada del digestor, ja que part del material processat es transforma en biogàs, però que reté els nutrients presents inicialment.
La digestió anaeròbia és un bioprocés complex en el qual intervenen diferents grups de microorganismes. La matèria orgànica es descompon en compostos més senzills (hidròlisi), que són transformats en àcids grassos volàtils (acidogènesi), i finalment a àcid acètic (acetogènesi) com a principals compostos intermediaris del procés. Aquests àcids són consumits pels microorganismes metanogènics que produeixen metà i diòxid de carboni (metanogènesi). Totes les etapes esmentades tenen lloc de forma simultània dins del reactor, també anomenat digestor. En general, els digestors operen amb un màxim contingut de matèria seca del 12% a una temperatura relativament constant de 30-45°C quan es treballa en condicions mesòfiles, o a una temperatura de 52-55°C (amb una variació màxima de 0,5°C) quan ho fan en condicions termòfiles. En aquest darrer cas, és possible augmentar la capacitat de tractament i generar un digerit higienitzat (sense microorganismes patògens).
Infraestructura: 2 basses impermeables (purí d'entrada i per al digerit), sistema d'emmagatzematge de subproductes quan s'utilitzin com a substrat, digestor anaerobi (cal assegurar un temps de retenció hidràulic i cel·lular adequats), gasòmetre.
Equips: equips del digestor: agitadors, bombes d'impulsió i sistema de calefacció, vàlvula de seguretat i torxa, i infraestructura per a la valorització del biogàs (tractament del biogàs o caldera o motor de cogeneració en cas que es prevegui l'aprofitament del biogàs.
Elements de control: cabalímetres, sensors de pH i temperatura així com de la composició del biogàs, comptador de la producció elèctrica en cas de producció d'electricitat.
Additius i altres materials: co-substrats i additius.
Potencial metanogènic(producció de biogàs) típic de les dejeccions ramaderes, segons diferents fonts.
Tipus de dejeccions
Cost ICAEN (*a)
(m3 biogàs/kgSV)
Pla de l'energia de Catalunya (*b)
(m3 biogàs/kgSV)
USEPA (*c)
(m3 CH4/kgSV)
Vacum d'engreix
0,538
0,30
0,35
Vacum de llet
0,308
0,30
0,20
Purins de porc
0,533
0,41
0,45
Gallinassa
0,418
-
0,39
a= Flotas y Sarquella 2008
b= Generalitat de Catanluya 2005
c= Us Environmental Protection Agency (2001)
Paràmetre
Recuperació al digerit (%)
Cabal
95-98
Sòlids totals (matèria seca)
20-45
Sòlids volàtils (matèria orgànica)
40-60
Nitrogen
100
Nitrogen orgànic
60-40
Nitrogen amoniacal
140-160
Fòsfor
100
DQO
40-60
Rendiments màssic típic de la digestió anaeròbia de reactors de mescla completa operats a 35°C i un temps de retenció de 20 dies de purins de porc d’engreix (Font: Campos et al., 2007).
L’eficiència energètica de la producció de biogàs dependrà de la configuració del digestor, la temperatura d’operació i el material a tractar. Una bassa coberta pot arribar a produir uns 4-6 m3 de biogàs per tona de purí tractat. Per a la situació més habitual d’un digestor tipus CSTR operat en condicions mesòfiles i que tracti purins de porc d’engreix, es poden obtenir uns 11-18 m3 de biogàs per tona de purí tractat. Aquest biogàs contindrà un 65%-70% de metà.
La digestió anaeròbia de les dejeccions ramaderes comporta la degradació de la matèria orgànica i la consegüent conversió de bona part del nitrogen orgànic a amoníac, però té un impacte relativament baix des de la perspectiva de la concentració o eliminació del nitrogen. Si no hi ha pèrdues per volatilització, tot el nitrogen dels purins tractats roman al digerit, això sí, amb una major proporció del nitrogen amoniacal.
El digerit és un líquid dens i ric en minerals, que conté menys matèria orgànica i que a la vegada és relativament estable i higienitzat comparat amb les dejeccions abans de ser tractades. El digerit es pot aplicar directament al camp o pot ser deshidratat mitjançant processos de separació fisicoquímica o d’assecament tèrmic. L’aplicació directa del digerit és més beneficiosa que la de les dejeccions sense digerir per diversos motius: - Té un format més homogeni que les dejeccions - Es produeixen menys pèrdues de nitrogen per volatilització de l’amoníac. - Es generen menys emissions de metà i males olors - Mineralització ràpida del nitrogen millorant la disponibilitat per a les plantes. - Reducció dels microorganismes patògens per a les plantes, els animals i els humans, així com de les llavors de males herbes, - Té un impacte positiu sobre la diversitat dels microorganismes al sòl.
Mediana
Digestat
(284 mostres/13 plantes)
Matèria seca 105ºC (%smf)
6,39
N total (kg/t)
4,71
N amoniacal (kg/t)
2,96
Fòsfor (kg P2O5 / t)
2,15
Potassi (kg K2O / t)
1,56
Coure (Cu) (ppm sms)
20,45
Zenc (Zn) (ppm sms)
184,49
Fracció líquida de digestat
(65 mostres/4 plantes)
Matèria seca 105ºC (%smf)
4,08
N total (kg/t)
4,21
N amoniacal (kg/t)
2,43
Fòsfor (kg P2O5 / t)
1,33
Potassi (kg K2O / t)
1,54
Coure (Cu) (ppm sms)
93,57
Zenc (Zn) (ppm sms)
381,85
Fracció sòlida de digestat
(97 mostres/6 plantes)
Matèria seca 105ºC (%smf)
25,75
N total (kg/t)
8,93
N amoniacal (kg/t)
3,47
Fòsfor (kg P2O5 / t)
7,77
Potassi (kg K2O / t)
2,03
Matèria orgànica (%ms)
86,04
Coure (Cu) (ppm sms)
38,02
Zenc (Zn) (ppm sms)
182,45
Taula. Caracterització del digestat i de les seves fraccions (DARPA, 2025)
Tot i que la producció i l’aprofitament del biogàs és una pràctica sostenible que resulta en una disminució de les emissions de gasos d’efecte hivernacle, tant pel confinament com per la generació d’energia renovable, cal prestar molta atenció a les fuites de metà que es puguin produir a les instal·lacions. Els punts més crítics en aquest sentit es produeixen durant l’emmagatzematge del digerit i del propi biogàs (gasòmetre), als motors de cogeneració, així com a les juntes dels conductes del biogàs i a les vàlvules de pressió. Els paràmetres que més influencien les emissions de metà es divideixen en els estructurals, en funció de la tecnologia implementada i materials utilitzats, i els operatius relacionats amb la gestió de la planta. Les principals mesures per reduir les emissions són: (i) tancar el dipòsit del digerit de forma que sigui estanc; (ii) revisar regularment les instal·lacions; (iii) monitoritzar freqüentment els components...
