Metanização |
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Um processo natural : A metanização ou digestão anaeróbica é um processo biológico natural de transformação (tratamento) da matéria orgânica rica em carbono em biogás. Este fenômeno existe em estado natural (gás do pântano, eliminação bovina, digestão de cupins,...). Sua descoberta se deu em 1776 pelo italiano VOLTA, e caracterizado por LAVOISIER no final do século XVIII. Para fins de tratamento de resíduos ou de produção de energia, esse processo natural é domesticado, favorizado e controlado em reatores fechados em ausência de ar. As bactérias específicas no interior do reator consomem a matéria orgânica contida nos efluentes através de sua necessidades energética e sua reprodução. O carbono (C) e o hidrogênio (H), que são os principais componentes da matéria orgânica, são transformados em gás biologicamente rico em metano (CH4) (60-70%) e com forte poder calorífico. O biogás pode ser utilizado como combustível gerando energia. Sabendo a transformação da matéria rica em carbono em energia renovável, a produção de lamas na saída do processo é reduzida consideravelmente, de um fator de 5 a 10 em relação aos processos de tratamento aeróbico. Diferentes implementações : O processo de metanização pode ser implementado de maneira simples: desta maneira, depois do lançamento do programa de Mao Tsé Tung nos anos 1970, cerca de 11 milhões de habitações nas zonas rurais chinesas eram exclusivamente alimentadas por 6 milhões de "mini-metanizadores" que transformam em biogás todos os dejetos animais, vegetais e humanos das fazendas. Em um contexto "industrial", o processo de metanização é implantado de outra maneira, em função de seus objetivos : Metanizadores "infinitamente misturados" :
Todas essas aplicações fazem referência à metanizadores (ou digestores, ou reatores anaeróbicos) de tipo "infinitamente agitados", nos quais a matéria à digerir é introduzida sobre forma semi-líquida ou pastosa. O conteúdo do digestor é misturado de maneira contínua por lâminas ou hélices; o material permanece de 25 a 50 dias nos digestores. Nos melhores casos, em torno de 75% da matéria orgânica que entra é transformada em biogás. Metanizadores :
Os metanizadores de purificação que tratam exclusivamente líquido; o contato entre a matéria orgânica dissolvida no líquido e nas bactérias é maximizada pelo bombeamento (re-circulação) de efluentes a tratar. As bactérias são fixadas sobre suportes (móveis ou não), sendo reunidos em colonias para formar grânulos (nos referimos ao "lodo granuloso"). O efluente a tratar fica apenas algumas horas ou dias dentro do reator. Na saída do digestor, nós obtemos um efluente líquido purificado (e não um produto pastoso). Esse efluente purificado pode ser diretamente compatível com as normas locais para ser eliminado na natureza. A performance de tratamento (ou performance de transformação da matéria orgânica) é superior a 70% e pode atender 98% nos reatores mais otimizados. Manutenção e controle do processo de metanização : Durante a digestão anaeróbica, diferentes floras bacterianas e metabolismos biológicos entram em jogo. As condições ambientais criticas no processo de transformação como a temperatura e o pH, são controladas afim de maximizar as taxas de multiplicação das bactérias, a digestão de resíduos orgânicos e a produção de biogás. O processo de digestão anaeróbico é selecionado e dimensionado em função dos resíduos orgânicos a tratar e da performance desejada (taxa de rotatividade, tempo de permanência no interior do reator). Os processos utilizados variam em função principalmente (i) da natureza dos efluentes a tratar, (ii) da quantidade em matéria orgânica, (iii) da temperatura de operação (ver próximo parágrafo) e (iv) dos mecanismos facilitadores do contato das bactérias com a matéria orgânica a tratar. De maneira a permitir uma melhor assimilação pelas bactérias, certos pré-tratamentos de efluentes a tratar podem ser implementados de tal forma que a separação da gordura por aeroflotação, etc. O efluente na saída do metanizador pode ser tratado, se necessário, por processos aeróbicos ou físico-químicos, afim de tratar o conteúdo mineral (nitrogênio, fósforo, potássio) que não é afetado pela digestão e de respeitar as normas locias de eliminação. As vantagens da digestão anaeróbicaO tratamento dos efluentes pela digestão anaeróbica, comparativamente à digestão aeróbica, apresentam vantagens importantes :
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