Gestione del biogas.

La tenuta, la captazione ed il convogliamento del biogas al cogeneratore rappresentano uno degli aspetti più delicati del sistema, sia per l’ottimizzazione delle rese produttive che per gli aspetti relativi alla sicurezza degli operatori. Come già descritto, il digestore amBiogas è realizzato per garantire la perfetta tenuta ai gas: pareti e pavimento in c.a. trattato con resine, portellone in acciaio INOX AISI 304 con guarnizione gonfiabile, sistema di areazione forzata ed impianto di irrigazione dotati di valvole di sicurezza a tenuta di gas, sistema di evacuazione dei percolati munito di guardia idraulica.

Per quanto attiene la captazione del biogas, una valvola di sovrappressione opportunamente tarata “apre” quando nel digestore si raggiunge una determinata pressione favorendo il deflusso del biogas prodotto in un gasometro. Quest’ultimo è dedicato all’accumulo del biogas prodotto da più digestori e viene utilizzato come “polmone” volto a garantire un’alimentazione regolare e costante del cogeneratore, previo passaggio del gas in un sistema di trattamento dedicato alla sua deumidificazione e desolforazione.

Il cogeneratore è costituito da un motore endotermico che utilizza il biogas come combustibile e che produce energia elettrica tramite un generatore ad esso accoppiato ed energia termica derivante dal raffreddamento del motore stesso.
Il sistema è dotato di una torcia di sicurezza che in caso di problemi all’impianto di cogenerazione provvederà alla combustione del biogas prodotto.

Al termine della fase anaerobica il reattore deve essere ripulito dal biogas prima dell’apertura del portellone, in quanto l’ingresso di ossigeno, in presenza di metano, potrebbe innescare reazioni esplosive. Allo scopo è stato previsto un sistema di insufflazione di gas inerte e, solo dopo che nell’atmosfera del digestore non è più presente metano, si sbloccano i chiavistelli di chiusura del portellone.

Sistema di monitoraggio del processo
Il digestore amBiogas è dotato di sonde e sensori che rilevano in continuo i principali parametri di processo: temperatura dell’atmosfera e temperatura della massa (n.3 sonde PT 100 ATEX), pressione. Attraverso più punti di prelievo campioni di atmosfera vengono estratti dal digestore ed avviati ad un analizzatore di gas che determina la concentrazione di CH₄, CO₂, O₂, H₂S.
Gli stessi parametri sono inoltre controllati all’interno della vasca anaerobica di raccolta del percolato.

Tutti i dati rilevati confluiscono ad un quadro elettrico di gestione e da questo ad un PC dedicato, a servizio di più digestori, sul quale è installato il software di gestione e controllo ambiControl che governa l’intero sistema.


ambiControl - Software di gestione e controllo 

Il sistema di controllo è costituito da un Personal Computer dotato di monitor LCD, almeno 19", di tastiera e di mouse, nonché di software dedicato per la supervisione del processo.

Il Personal Computer sarà posto all’interno degli uffici e collegato tramite cavo di rete al quadro elettrico di gestione di cui ogni singolo digestore è dotato.

Il processo viene gestito dal software ambiControl, che elabora i dati rilevati e controlla: il sistema di irrigazione, la commutazione delle valvole, il sollevamento e l’abbassamento del controsoffitto (quando presente), l’apertura e chiusura del portellone frontale, rendendola possibile esclusivamente quando la concentrazione di metano all’interno del digestore scende sotto la soglia potenzialmente pericolosa eliminando i rischi di apertura accidentale (errore degli operatori), il gonfiaggio e lo sgonfiaggio della guarnizione. Controlla e gestisce le temperature sia della massa che del percolato agendo rispettivamente sul sistema di riscaldamento a pavimento e sullo scambiatore.

Il software controlla e memorizza tutte le fasi del processo e segnala qualunque anomalia nei parametri preimpostati. Visualizza l’andamento del processo attraverso diagrammi di flusso e tabelle, menu delle funzioni disponibili e provvede all’archiviazione dei dati.

Dopo il carico di un reattore non sono richiesti interventi particolari da parte dell’operatore, che deve limitarsi a periodici controlli sullo stato del lotto in lavorazione: questo è possibile tramite le informazioni che compaiono in video: una tabella con tutti i parametri di funzionamento rilevati dal programma e un grafico che ne evidenzia l’andamento nel tempo. In caso di problemi, apposite finestre di segnalazione avvertono l’operatore dello stato anomalo delle lavorazioni in corso. Il programma rileva inoltre i consumi elettrici orari e totali per ogni ciclo di lavorazione.
Il programma avvisa con segnale luminoso l’operatore al termine del ciclo.

Sistema di filtrazione biologica delle emissioni gassose
Come precedentemente descritto, l’aria di processo estratta dai digestori nelle fasi di carico e scarico viene depurata in biofiltro prima di essere immessa in atmosfera. Inoltre negli impianti con tecnologia Ambientalia vi sono ulteriori fonti di reflui gassosi da depurare, ossia le strutture di pre-trattamento dei rifiuti e le biocelle di stabilizzazione aerobica. Allo scopo viene proposto un sistema di filtrazione biologica dimensionato sulla base delle linee guida della Regione Lombardia, le più rigorose del settore.

Il biofiltro sarà strutturato in moduli separati, autonomamente funzionanti, tali da poter rimanere in esercizio qualora uno di essi sia fermo per attività di manutenzione.
Sarà realizzato su una platea con opportuna pendenza (2% circa) realizzata in CLS per supportare il carico di riempimento.

La componentistica base del biofiltro sarà la seguente:

• struttura di contenimento realizzata con elementi componibili in c.a. modulari o gettati in opera. Ogni elemento avrà un’altezza di 2 metri.

• grigliato di supporto del materiale biofiltrante rimovibile, composto da piastrelle grigliate modulari idonee ad un corretto passaggio a bassa velocità dell’aria ed in grado di garantire una omogenea distribuzione.

•  sistema di scarico dei percolati dotato di guardia idraulica con scarico in pozzetto e da questo alla vasca di raccolta percolati.

•  letto filtrante con pezzatura 25-120 mm, costituito da una miscela composita di materiale vegetale.

•  sistema di umidificazione del letto filtrante regolato dal software di gestione e controllo.

Gestione dei flussi d’aria
L’aria aspirata dai digestori, dalle biocelle aerobiche e dai capannoni di lavorazione viene trasferita al biofiltro attraverso un collettore in acciaio inox, montato su traliccio di sostegno in acciaio al carbonio zincato fissato alla pavimentazione; tubi flessibili, giunti, collari, bocchette valvole a farfalla e/o a ghigliottina con attuatori comandati dal sistema di controllo completano il sistema.

La digestione anaerobica nei reattori amBiogas
I rifiuti organici (umido da raccolta differenziata, scarti agroindustriali, deiezioni zootecniche ecc.), opportunamente miscelati con un’aliquota prestabilita di frazione lignocellulosica (scarti vegetali triturati) vengono immessi nel digestore con l’ausilio di una pala meccanica.

Per agevolare lo sviluppo e l’attività batterica la temperatura del materiale a processo viene mantenuta su valori prossimi a 35/38°C mediante il riscaldamento del reattore e l’aspersione di percolato preventivamente riscaldato. L’utilizzo del percolato, prodotto dai materiali in digestione e raccolto in vasche dedicate, ha anche funzione di inoculo microbico. In queste condizioni il processo di produzione del biogas (assenza di ossigeno e mesofila costante) evolve attraverso una prima fase, detta acidogena, di demolizione delle molecole organiche e loro trasformazione in acidi grassi e acetato, ed in una seconda fase, detta metanogena, di degradazione dei prodotti della fase acidogena in metano, anidride carbonica e acqua.

La quantità di biogas prodotto varia a seconda delle biomasse trattate, ad esempio, utilizzando la frazione organica dei rifiuti si possono ottenere fra 120 e 150 m³ di biogas per tonnellata di rifiuto. La percentuale di metano presente nel biogas varia mediamente dal 55 al 65%.

Il ciclo operativo viene condotto fino a quando le quantità di biogas prodotto si mantengono su valori economicamente convenienti. Mediamente ciascun ciclo ha una durata di 4 settimane.

Una volta ultimata la fase di digestione anaerobica, viene insufflato nel reattore un gas inerte per allontanare dall’interno il metano residuo; ciò al fine di evitare la formazione di miscele gassose potenzialmente esplosive (ossigeno/metano) all’atto dell’apertura del portellone.

La sofisticata dotazione tecnologica, della quale è corredato il digestore amBiogas consente la gestione automatizzata di tutte le fasi di processo, garantendo costantemente le condizioni ecologiche ottimali ai microrganismi presenti e la sicurezza per gli operatori.

L’impianto pilota realizzato presso l’istituto Agrario di San Michele all’Adige.

> AmBiocell Ambientalia, biocella aerobica per la stabilizzazione del digestato

> Presentazione AmBiogas (PDF)

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