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As máquinas de fermentação de metano são equipamentos em escala industrial utilizados para realizar a fermentação de metano ou digestão anaeróbica. Essas máquinas vêm em diferentes tipos, cada uma com características únicas para atender às variadas necessidades industriais.
Tanques de digestão/reatores AD
O gerador principal de biogás em qualquer sistema de biogás é o tanque de digestão ou reator AD. Esses grandes vasos de fermentação criam um ambiente anaeróbico para o crescimento de microrganismos. Vários tanques de digestão estão disponíveis com diferentes tecnologias. Por exemplo, um reator de tanque agitado continuamente (CSTR) vem com um dispositivo de agitação ou mistura que garante a mistura microbiana para a homogeneidade da digestão. Esse tanque também é comumente usado em sistemas de biogás em grande escala. Outros tipos de tanques de digestão são digestores de fluxo contínuo, digestores completamente misturados e digestores em batelada. Os reatores AD permitem a quebra constante da matéria orgânica e a liberação de biogás - composto de metano, dióxido de carbono e elementos traço.
Unidades de separação
Antes que a matéria-prima de entrada vá para o tanque de digestão, ela pode ter que passar por uma unidade de separação para separar as porções sólida e líquida do material. Centrífugas e separadores são exemplos de unidades de separação. As centrífugas usam um eixo rotativo para impor forças G que separam materiais, enquanto os separadores usam métodos diferentes para separar dois líquidos imiscíveis e sólidos. Devido ao fato de que apenas a parte líquida de certos resíduos orgânicos é digerida no tanque de digestão para produzir metano, as unidades de separação devem ser usadas em sistemas onde a matéria-prima contém muitas partículas sólidas.
Sistemas de aquecimento
Mesmo que os sistemas de aquecimento nem sempre estejam incluídos em todos os dispositivos de fermentação de metano, eles são, no entanto, uma parte crucial do sistema. O processo de fermentação ocorre entre faixas específicas de temperatura. Para a atividade microbiana ideal, a fermentação precisa ser realizada a 37 graus Celsius. Trocadores de calor e caldeiras são dois exemplos de equipamentos que fornecem calor ao tanque de digestão e mantêm a temperatura do material de entrada, assim como a do produto de saída. Se o reator AD não tiver componentes de aquecimento interno, equipamentos de aquecimento externo serão usados para todo o sistema de biogás.
Misturadores
Os misturadores são usados em alguns tanques de fermentação de metano para garantir a distribuição uniforme de microrganismos e materiais de entrada no tanque de digestão. A homogeneização do digestato e a difusão do biogás para a superfície líquida para a absorção ideal de gás são outros objetivos. Entre os muitos misturadores disponíveis, há misturadores acionados por corrente, misturadores de turbina, misturadores de pás e muitos mais.
Bombas
As bombas transportam materiais por todo o sistema de biogás, incluindo a matéria-prima de entrada, o digestato após a fermentação e o biogás. O tipo de bomba usada em um sistema é influenciado pelas características do material e pela distância que ele deve percorrer. As bombas são classificadas em bombas de cavidade progressiva, bombas submersíveis, bombas centrífugas, bombas de faísca e muito mais.
Sistemas de armazenamento de gás
Os sistemas de armazenamento de gás coletam e armazenam gás metano produzido pelo processo de fermentação em alta pressão. Isso fornece um suprimento constante de biogás para usuários ou unidades de processamento. Sacos e tanques de biogás são duas opções comuns de armazenamento. Quando o biogás é armazenado em um saco, a função do saco é fornecer elasticidade para acomodar a produção variável de biogás. Como a maioria das matérias-primas de entrada tem um grande volume e muito digestato será produzido, um tanque de armazenamento será o recipiente hermético para o gás. Os tanques de biogás têm estruturas significativas e são recipientes herméticos. Eles recolhem todo o biogás produzido durante o processo de fermentação, que é então armazenado neles, e também possuem funções como digestão da pressão interna. Eles atuam como unidades de armazenamento para biogás. Os tanques de biogás são construídos como vasos de pressão e incluem uma entrada de matéria-prima, uma saída de biogás e um sensor de pressão. Os tanques de biogás podem ser instalados acima ou abaixo do solo.
Unidades de limpeza de gás
O gás metano do sistema de biogás pode conter impurezas como sulfeto de hidrogênio (H2S), vapor de água, siloxanos, dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2) e partículas. As unidades de limpeza de gás são dispositivos que removem esses contaminantes. As unidades de limpeza de gás melhoram a qualidade do metano para uso posterior e evitam danos aos equipamentos. Filtros, lavadores e secadores são exemplos de dispositivos de limpeza de gás. O filtro emprega uma barreira física para capturar partículas e os filtros eletrônicos empregam controle eletrostático. Para remover contaminantes através de uma reação química, os lavadores usam absorvente líquido. A umidade é removida do ar usando um secador de dessecante, que emprega um agente de secagem.
Algumas especificações importantes da manutenção da fermentação de metano são as seguintes.
Limpeza regular do digestor:
A superfície externa do digestor pode ser lavada com água. As temperaturas podem ser ajustadas para evitar o congelamento. Não há necessidade de limpeza regular dentro do digestor porque a lama pode se decompor continuamente.
Verificação da atividade microbiana:
Os usuários podem verificar se os microrganismos estão ativos observando se há bolhas de gás no tanque de fermentação. Se não houver bolhas de gás, os usuários podem adicionar alguma matéria orgânica decomposta ou alguns microrganismos novos ao digestor para estabilizar a fermentação.
Remoção de coagulação:
Os usuários devem remover periodicamente o sedimento do digestor, o que pode levar a uma melhor digestão e produção de gás. Ao remover o sedimento, os usuários devem agitar bem o sedimento para garantir uma dispersão uniforme.
Inspeção de vedação do digestor:
Os usuários devem inspecionar regularmente as vedações do digestor para garantir que não haja vazamento de gás. Se forem encontrados rachaduras ou danos, os usuários devem repará-los imediatamente para manter a eficiência e segurança do sistema.
Monitoramento de pH e temperatura:
Os usuários devem verificar periodicamente o pH e a temperatura no digestor. O valor de pH deve ser mantido entre 6,5 e 8,5, e a temperatura deve estar dentro da faixa apropriada de acordo com o requisito especificado. Além disso, os usuários podem ajustar as condições de fermentação adicionando aditivos ou ajustando a estrutura do digestor, como adicionar substâncias tampão para regular o pH ou isolar o digestor para ajustar a temperatura.
Aplicações
A decomposição controlada de resíduos orgânicos através da fermentação de metano é um componente de inúmeras indústrias e setores.
Gestão de Resíduos:
Em aterros sanitários, a fermentação de metano pode ajudar a gerenciar resíduos sólidos, utilizando-os como fonte de energia em vez de permitir que escapem para a atmosfera.
Produção de Energia:
As usinas de biogás utilizam a fermentação de metano para converter fezes de animais, resíduos alimentares e outros materiais orgânicos em biogás através de um processo de fermentação de metano. As usinas de biogás capitalizam esse fenômeno. O biogás é um produto da fermentação de metano que pode ser usado como uma forma de energia, e é produzido através desse processo. O biogás é composto de dióxido de carbono e metano, e este último pode ser extraído e processado em um gás com alto teor de metano. Esse gás pode então ser usado para produzir energia queimando-o, ou pode ser usado como combustível para veículos. O biogás também pode ser utilizado para gerar energia na forma de calor, gás e eletricidade através de processos de purificação e incineração.
Agricultura:
A agricultura se beneficia frequentemente da fermentação de metano, que é usada para criar fertilizantes orgânicos. A fermentação de metano pode decompor matéria orgânica e esterco líquido, e o resultado pode ser transformado em um fertilizante orgânico de alta qualidade que pode ser usado para fertilizar plantações.
Tratamento de Águas Residuais:
Em estações de tratamento de águas residuais, ocorre a fermentação de metano, onde microrganismos decompõem a matéria orgânica, produzindo metano no processo. Esse processo ocorre na presença de água, o que desencadeia a fermentação. Os reatores biológicos utilizados em estações de tratamento de águas residuais capturam e convertem o metano produzido pelos microrganismos em biogás, que é utilizado na produção de energia.
Indústria Alimentícia:
O processamento de alimentos realiza a fermentação de metano para converter alimentos residuais em recursos mais úteis por meio da produção de biogás. A fermentação que ocorre na indústria de bebidas alcoólicas é um tipo de fermentação de metano. Este é o caso de bebidas como cerveja e uísque, por exemplo, que envolvem a fermentação de grãos para criar álcool.
Indústrias Farmacêuticas e Biotecnológicas:
As indústrias relacionadas a farmacêuticas e biotecnologia podem empregar a fermentação de metano como um meio de produzir certas substâncias, como antibióticos, aminoácidos e vitaminas, como um subproduto do processo de fermentação.
Antes de comprar uma planta de fermentação de metano em grande escala, os compradores precisam analisar vários fatores influentes para atender às suas necessidades específicas e requisitos de tratamento de águas residuais.
Análise de matéria-prima e alvo de gás
Ao selecionar uma máquina de fermentação anaeróbica, é importante considerar o tipo de resíduo orgânico que a empresa gera diariamente. Certifique-se de que o resíduo seja adequado para a máquina e que ele possa atingir a quebra ideal de resíduos e a produção de gás metano. Além disso, considere a quantidade de resíduo orgânico gerado e a quantidade de gás metano que a empresa deseja produzir. Isso afeta a capacidade e o tamanho da máquina de fermentação que será selecionada.
Design e tecnologia
Existem diferentes tipos de máquinas de fermentação de metano com designs e tecnologias distintos. Cada um deles afetará a eficiência do processamento de resíduos e da produção de gás. Verifique cada uma de suas vantagens e desvantagens e escolha a que é ideal para a necessidade específica do negócio.
Por exemplo, um reator de tanque agitado continuamente (CSTR) é um tanque grande com um misturador que agita constantemente o material digerido. Esse tipo de reator produz grandes quantidades de gás metano. É adequado para empresas com alto volume de processamento. Por outro lado, um digestor de fluxo contínuo possui um sistema de fluxo de material digerido no qual o material se move lentamente e se conecta através da máquina. Esse tipo é adequado para processar esterco de animais em fazendas. Um digestor em batelada coleta resíduos orgânicos em um tanque, digere-o e, em seguida, descarrega o material digerido em bateladas. É usado em algumas aplicações industriais ou municipais de menor escala.
Integração e escalabilidade do sistema
Ao selecionar uma planta de fermentação de metano, considere a necessidade potencial de integração de sistemas adicionais no futuro, como pré-tratamento de resíduos ou o uso do resíduo digerido como fertilizante. Além disso, verifique se a máquina de fermentação de metano selecionada para o negócio pode ser expandida para processar mais resíduos orgânicos ou produzir mais metano no futuro à medida que o negócio cresce.
Operação e manutenção
É importante observar as necessidades operacionais e de manutenção que as máquinas de fermentação exigirão. Verifique a necessidade de operadores treinados, verificações regulares da máquina e quaisquer requisitos adicionais que haverá para a operação segura e estável da máquina de fermentação de metano.
Análise de custos e opções de financiamento
Além do custo inicial de compra e das taxas de instalação, os compradores também precisam analisar os custos operacionais da máquina de fermentação de metano, como consumo de energia, requisitos de manutenção e gestão de digestato. Uma máquina mais cara com maior eficiência e menores custos operacionais em longo prazo pode ser uma escolha melhor para algumas empresas.
P1: Qual indústria tem a maior demanda por biogás?
R1: O mercado de biogás está crescendo no setor energético, com foco na produção de energia limpa através da industrialização de usinas de biogás.
P2: Qual é a tendência no mercado de biogás?
R2: O mercado global de biogás deve crescer, com a tecnologia de fermentação de metano liderando o segmento para digestão anaeróbica.
P3: Qual é o futuro da indústria de biogás?
R3: Na indústria de biogás, muitas regiões estão implementando políticas e regulamentos para estimular o uso de biogás como fonte de energia renovável. Essa tendência aumentará os projetos de fermentação de metano para produzir biogás a partir de resíduos orgânicos e criará oportunidades de investimento para a indústria.