Tratarea deseurilor municipale solide prin procedee de fermentare anaeroba

TRATAREA DESEURILOR MUNICIPALE SOLIDE PRIN PROCEDEE     DE FERMENTARE ANAEROBA

Fermentarea anaeroba este un proces biochimic ce se petrece in mod natural pe Terra si consta in descompunerea materialelor organice sub actiunea microorganismelor, in absenta oxigenului. Amestecul gazos rezultat din proces este cunoscut sub denumirea de biogaz si contine in principal 50-75% CH4 si 20-45 % CO2, alaturi de care se mai regasesc in procente mici H2S, N2, H2, O2. In practica industriala, procesul de fermentare anaeroba se desfasoara in reactoare speciale (digestoare anaerobe), in conditii de lucru controlate.

La nivel mondial, proiecte de tratare anaeroba a deseurlor municipale solide au aparut initial pentru rezolvarea problemei acestor deseuri care prezinta un nivel ridicat de umiditate si de sare, ceea ce nu le face adecvate pentru eliminarea prin metode precum incinerarea sau compostarea. Avand in vedere gradul ridicat de putrescibilitate, deseurile organice generate in locuinte potreprezenta un bun substrat de alimentare pentru reactoarele de fermentare anaeroba. In vederea reciclarii, este necesar ca deseurile organice sa fie mai intai separate la sursa. Experienta statelor care au dezvoltat aceasta metoda de tratare/valorificare a deseurilor municipale a indicat faptul ca prin separarea la sursa a fractiunii fermentabile se asigura substratul organic de cea mai buna calitate pentru populatiile de bacterii implicate in proces. In plus, materialul rezultat, in conditiile in care nu contine componente nedigerabile pentru bacterii precum plastic, sticla, resturi metalice fine, este un bun fertilizant si conditionator pentru sol, in special dupa o tratare aeroba ulterioara.

Inainte de a ajunge la reactorul de fermentare anaeroba, deseurile pre-sortate sunt supuse unor operatii de maruntire, separare magnetica a resturilor metalice si apoi dizolvare a partilor organice dure (oase), care se realizeaza intr-un reactor de tratare acida. Materialul organic semi-lichid rezultat in urma acestor operatii este alimentat in reactorul de fermentare anaeroba. Schema generala a unei astfel de instalatii de tratare anaeroba a deseurilor cu valorificare energetica sub este reprezentata in figura 4.

Fig. 4     Reprezentarea schematica a unei instalatii de biogaz

In statiile de tratare cu co-generare energetica, o parte din biogazul rezultat este utilizat pentru asigurarea functionarii instalatiei, iar surplusul este stocat sau livrat in reteaua nationala ca energie regenerabila. Apa calda generata prin functionarea motorului/generatorului electric (apa de racire) este partial recirculata in reactorul de fermentare pentru mentinerea unei temperaturi de proces optime. Excesul de apa calda este valorificat ca agent termic pentru comunitatea invecinata.

Produsul secundar rezultat din sistem dupa retentia masei organice in fermentator timp de minim 15 zile (materialul nedigerat), este separat in componenta lichida si solida si este valorificat sub diverse forme (lichid nutritiv concentrat, granule solide, pulbere) ca material fertilizant pentru sol.

Fermentarea anaeroba este un proces biochimic foarte complex, care implica cateva tipuri diferite de bacterii ce lucreaza impreuna pentru a descompune substantele organice complexe existente in deseuri pana la produsi gazosi finali (CH4, CO2 si H2O). Procesul consta in principal din urmatoarele patru etape biochimice, reprezentate schematic in figura

1. Hidroliza, realizata de catre bacteriile ce transforma carbohidratii insolubili, proteinele si grasimile in zaharuri simple, acizi grasi, aminoacizi si peptide;

2. Acidogeneza, unde bacteriile acidogene transforma produsii de hidroliza in acizi organici simpli, alcooli, CO2 si hidrogen;

3. Acetogeneza, in care bacteriile acetogene transforma acizii grasi cu mai mult de 2 atomi de carbon in acetat si hidrogen;

4. Metanogeneza, este etapa finala in procesul de fermentare anaeroba, in care bacteriile

metanogene produc biogaz din acid acetic sau din hidrogen si CO2.

Fig. 5 Etapele descompunerii anaerobe a materiei organice

Bacteriile acidogene se reproduc foarte rapid si nu sunt foarte sensibile la variatiile fizice din mediu (temperatura, aciditate), comparativ cu bacteriile metanogene care se reproduc mult mai lent si sunt foarte sensibile la astfel de variatii. Metanogenele isi inceteaza activitatea enzimatica sau chiar mor in cazul in care conditiile din reactorul de fermentare nu sunt adecvate.

Cand acestea incep sa dispara din masa organica, bacteriile acidogene continua sa se multiplice, determinand cresterea concentratiei de acizi volatili si implicit scaderea pH-ului masei din reactor, cu stoparea productiei de biogaz.

Desi fermentarea anaeroba este un proces care se petrece in mod natural in zonele mlastinoase inca de la formarea planetei, procesul tehnologic de obtinere a biogazului necesita o atentie si o monitorizare deosebita pentru mentinerea in reactor a unor conditii optime de temperatura, pH, umiditate, agitare si compozitie a masei organice, in vederea descompuneri complete a substantelor organice pana la stadiul final de biogaz.

Tratarea deseurilor municipale biodegradabile prin fermentare anaeroba prezinta avantaje nete comparativ cu celelelte modalitati de tratare si eliminare a deseurilor. Pe langa beneficiile aduse asupra mediului si sanatatii populatiei prin prevenirea contaminarii factorilor de mediu apa-aer-sol, reducerea focarelor de infectie si eliminarea mirosurilor dezagreabile, aceasta metoda de tratare a deseurilor genereaza produsi cu valoare energetica si economica ridicata, precum biogaz si materiale fertilizante ecologice. In figura 4 sunt reprezentate schematic cele mai importante avantaje oferite de aceasta metoda de tratare anaeroba a deseurilor municipale organice.

	Fermentarea anaeroba

Fig. 6 Avantajele tratarii deseurilor municipale prin fermentare anaeroba

Exista si unele dezavantaje ale acestei metode de tratare, care constau in principal in dificultatea de control al procesului si riscul incetinirii sau chiar al stoparii productiei de biogaz, avand in vedere asocierea complexa a diferitelor tipuri de bacterii. Acest dezavantaj este important in situatiile in care scopul principal al procesului il reprezinta obtinerea de gaze combustibile si nu eliminarea deseurilor.