Os ácidos orgânicos desempenham um papel decisivo nas unidades de biogás, uma vez que são produzidos como produtos intermédios na decomposição anaeróbia de substratos orgânicos. A concentração e a composição dos ácidos orgânicos constituem um indicador importante da estabilidade e da eficiência do processo biológico. Um excesso ou desequilíbrio destes ácidos pode ter um impacto negativo no funcionamento da unidade de biogás, incluindo uma rutura do processo. Por conseguinte, a monitorização e o controlo dos ácidos orgânicos são essenciais para o funcionamento económico e ecológico das unidades de biogás.
Índice
Importância dos ácidos orgânicos nas unidades de biogás
1. papel no processo de degradação anaeróbia
Os ácidos orgânicos são produzidos na segunda fase da fermentação anaeróbia, conhecida como acidogénese, a partir da hidrólise de hidratos de carbono, proteínas e gorduras. Estes ácidos são substratos essenciais para os microrganismos metanogénicos, que os convertem em biogás (metano e dióxido de carbono).
Ácidos orgânicos típicos em unidades de biogás:
- Ácido acético (acetato): Precursor direto da formação de metano.
- Ácido propiónico: Um intermediário importante que pode ter um efeito tóxico em concentrações elevadas.
- Ácido butírico e ácido valérico: subprodutos do processo de fermentação que só lentamente são utilizados pelas arqueias metanogénicas.
2. parâmetros-chave para a estabilidade do processo
A concentração de ácidos orgânicos é um indicador sensível do equilíbrio entre as várias comunidades microbianas. Um aumento de certos ácidos, como o ácido propiónico, pode indicar perturbações no processo. O valor FOS/TAC (relação entre os ácidos orgânicos voláteis e a capacidade tampão) é um parâmetro de controlo estabelecido.
Intervalos de valores:
- Processos estáveis: FOS/TAC de 0,3-0,5.
- Intervalo de alerta: FOS/TAC superior a 0,5 - indica acumulação de ácidos orgânicos.
- Condições críticas: FOS/TAC superior a 0,8 - risco de acumulação de ácido e de falha do processo.
Foto: A nossa central de biogás ALMA BHU GMR
Controlo dos ácidos orgânicos
1. métodos analíticos
- Titulação: Para determinar o valor de FOS/TAC.
- Cromatografia gasosa (GC): Análise quantitativa de ácidos orgânicos individuais, como o ácido acético e o ácido propiónico.
- Métodos espectrofotométricos: testes rápidos para determinar as concentrações totais de ácido.
2. inspeção regular
A monitorização contínua é essencial para reconhecer as falhas do processo numa fase inicial. Os sistemas de sensores automatizados e a análise de processos (por exemplo, espetroscopia em linha) estão a tornar-se cada vez mais importantes.
Efeitos dos desequilíbrios dos ácidos orgânicos
Um excesso de ácidos orgânicos, muitas vezes referido como acumulação de ácidos, pode levar a uma avaria do processo. As causas típicas são
- Sobrecarga do sistema: Alimentação excessiva de substrato, especialmente de substâncias facilmente degradáveis como o açúcar ou o amido.
- Inibidores: Resíduos como antibióticos ou metais pesados que afectam os microrganismos metanogénicos.
- Capacidade tampão insuficiente: A baixa alcalinidade leva a uma queda do pH e à inibição da metanogénese.
Consequências da acumulação de ácido:
- Diminuição do valor do pH para menos de 6,5 - os metanogénios perdem a sua atividade.
- Aumento do teor de CQO no digerido.
- Redução do rendimento do biogás e aumento dos custos do processo.
Medidas de controlo dos ácidos orgânicos
1. otimização do processo
- Fornecimento controlado de substrato: Alimentação regular com uma mistura de substrato equilibrada.
- Gestão da temperatura: Estabilização da temperatura de funcionamento (mesofílica ou termofílica).
2. armazenamento do sistema
- Adição de agentes tampão: Bicarbonato de sódio ou cal para estabilizar o valor do pH.
- Seleção de substratos alcalinos: Redução das entradas ácidas através da seleção de substratos específicos.
3. retificar as falhas do processo
- Redução da carga: Redução do fornecimento de substrato para estabilizar a degradação microbiana.
- Diluição parcial do substrato: Diluição do substrato de fermentação com água ou recirculação.
Foto: A nossa unidade de biogás GMR da ALMA BHU com clarificação secundária, recirculação da biomassa e pós-tratamento aeróbio
Tecnologias de monitorização e tratamento
1. sensores de biogás
Monitorização da composição do biogás e do rendimento em metano, a fim de tirar conclusões sobre a utilização dos ácidos orgânicos.
2. recirculação da água do processo
A recirculação de água residual de fermentação com alcalinidade estável pode aumentar a capacidade tampão.
3. integração de processos de pré-tratamento
- Reactores de hidrólise: Estabilização da hidrólise e da acidogénese através da gestão separada dos reactores.
- Tratamento ultrassónico: Acelera a hidrólise de substratos complexos, mantendo o teor de ácido sob controlo.
Foto: A nossa unidade de biogás ALMA BHU GMR com clarificação secundária e recirculação de biomassa
Conclusão
Os ácidos orgânicos são um parâmetro fundamental para o funcionamento e a estabilidade das unidades de biogás. Desempenham um papel duplo como substratos necessários e inibidores potenciais, razão pela qual a sua monitorização e controlo são de importância crucial. Através de medidas específicas, como a monitorização do processo, a gestão de tampões e de substratos, os operadores das instalações podem otimizar a produção de biogás e, ao mesmo tempo, evitar falhas no processo. A moderna tecnologia de sensores e os métodos analíticos fornecem um apoio valioso para a utilização efectiva dos ácidos orgânicos como parâmetros-chave.
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