H₂S removal and ozone solutions for the biogas industry

Il problema è lo zolfo

In ogni fase del processo di produzione del biogas, sono comunemente presenti composti e ioni di zolfo. Questi composti sono spesso responsabili di una serie di problemi che influiscono sulle prestazioni complessive. Ad esempio, elevate quantità di ioni di zolfo nel materiale di partenza potenziano l'attività dei batteri solforati (SRB) nel digestore, inibendo l'attività dei microrganismi produttori di metano come gli archei.

Di conseguenza, il rendimento della produzione di metano si riduce, mentre viene favorita la produzione di composti a ridotto contenuto di zolfo, come l'H₂S. Quando dal digestore vengono rilasciate alte concentrazioni di H2S, il processo può causare problemi di odore e di corrosione. In particolare, i problemi di odore sono comuni negli impianti di biogas, poiché l'H₂S ha una delle soglie di odore più basse conosciute, rendendo il naso umano molto sensibile anche a concentrazioni minime.

Pretrattamento delle materie prime

Prima della fase di digestione anaerobica, viene spesso eseguita una fase di pretrattamento. Lo scopo di questa fase è ridurre il carico di lavoro dei batteri fermentativi idrolitici rendendo il substrato più facilmente biodegradabile. Ciò include proprietà quali l'aumento dell'area superficiale, la dissoluzione di sostanze complesse e la riduzione della cristallinità dei polimeri più comuni, come la cellulosa, ecc.

I tipi più comuni di pretrattamento applicati oggi sono riassunti nelle tabelle seguenti.

Digestione anaerobica

Dopo la fase di pretrattamento, la materia prima entra nel digestore per la conversione biochimica. In questa unità, diversi tipi di microrganismi reagiscono con la materia prima in diverse fasi. Tutte le fasi sono anaerobiche, cioè in assenza di ossigeno. Questi sono riassunti nella tabella seguente.

La produzione di metano attraverso la digestione anaerobica può essere effettuata con un processo a uno o due stadi. Nel primo caso, tutte le fasi di reazione sopra descritte vengono eseguite nello stesso reattore. Il substrato viene convertito in metano con una concentrazione del 50-55% nel biogas, a seconda del tipo di substrato. In un processo a due fasi, solo le fasi di reazione fino all'acetogenesi sono svolte nel primo digestore.

La successiva produzione di metano avviene in una seconda fase, detta di upgrading del metano. Suddividendo il processo in due fasi, è possibile aumentare la concentrazione di metano nel biogas fino al 70%. Pertanto, il sistema diventa più efficiente e i costi per la successiva purificazione del biogas si riducono.

Corrosione e formazione di odori nel post-trattamento del biogas

Nel biogas dopo l'upgrading del metano sono spesso presenti alte concentrazioni di idrogeno solforato, che creano problemi per le fasi successive del processo. La corrosione è uno dei problemi da considerare, poiché livelli molto elevati di H₂S possono corrodere le tubature e la strumentazione di processo, con costi fino a diverse migliaia di euro all'anno. Anche l'odore è uno dei principali problemi legati ai gas di scarico dell'upgrading del metano. Ciò è dovuto all'elevata sensibilità dell'olfatto umano all'idrogeno solforato, poiché i recettori degli odori si attivano per concentrazioni dell'ordine della parte per miliardo (ppb).

Pertanto, anche una piccola perdita nelle linee di processo o un'apertura in una fase del processo può creare un problema di odore in una vasta area, poiché il gas emesso deve essere diluito fino a 200.000 volte prima che l'odore venga mascherato.

Trattare le materie prime con l'ozono per una maggiore produttività

L'ozono è noto per le sue proprietà altamente ossidative ed è stato dimostrato che è in grado di degradare parti della complessa materia organica utilizzata come materia prima per un digestore anaerobico. Ad esempio, quando si applica l'ozono a una carica di fanghi attivi di scarto, gli effetti sono molteplici. Quando l'ozono viene dosato correttamente, la conversione del substrato in biogas può essere notevolmente aumentata, come mostrato nella figura. In molti casi, come la produzione di biogas da fanghi attivi di scarto, i risultati mostrano un forte impatto positivo del trattamento con ozono. Questo risultato è dovuto all'elevato contenuto di batteri aerobici e di materia organica non degradata in questo tipo di materia prima.

In queste condizioni, l'ozono ossida rapidamente qualsiasi legame insaturo, formando radicali che continuano a ossidare altre sostanze organiche. Questo meccanismo di reazione porta a una maggiore biodegradabilità della materia prima, che si traduce in una maggiore produzione di biogas. L'aumento della produzione di biogas è proporzionale all'iniezione di ozono nel sistema. Più ozono viene utilizzato, maggiore è la biodegradabilità e la produzione di metano. Come mostrato nel seguente studio di Bougrier et al. presso il "Laboratoire de Biogechnologie de l'Environnement", il pretrattamento con ozono migliora la produzione di biogas, con un optimum di circa 0,15 g di O3 per g di solidi totali, con un aumento di circa il 150% della produzione di biogas, rispetto al materiale non trattato.

Efficacia del processo di riduzione dell'H₂S mediante trattamento con ozono nel digestore

Quando il biogas viene prodotto in un processo a due fasi, è possibile ridurre la concentrazione di H2S prima dell'upgrading del metano iniettando ozono nel digestore. In questo modo, l'H₂S viene ridotto ancora prima della produzione di metano, ottenendo un sistema più efficiente e costi inferiori per la pulizia finale del biogas.

Poiché il processo di digestione è anaerobico, l'iniezione di ozono deve essere attentamente controllata per non compromettere le condizioni del processo. Normalmente, l'ozono viene iniettato nella sacca d'aria sopra il letto biologico nell'unità di digestione. In alternativa, può essere iniettato in un serbatoio intermedio tra il digestore e l'unità di upgrading del metano.

Vantaggi del controllo degli odori con soluzioni a base di ozono

Mellifiq ha una lunga storia di sviluppo di soluzioni innovative e avanzate per il trattamento dell'aria per le emissioni odorigene. Non solo abbiamo migliorato notevolmente l'efficienza dei costi del processo di trattamento dell'aria, mantenendo i più alti standard industriali in termini di grado di rimozione, ma continuiamo a fornire gli stessi ottimi risultati anno dopo anno per tutta la durata di vita delle nostre soluzioni.

La figura seguente mostra un semplice confronto dei costi operativi tra una soluzione tradizionale media e le nostre soluzioni. I costi operativi della soluzione tradizionale sono più di quattro volte superiori a quelli delle nostre soluzioni combinate, anche per configurazioni non ottimali. Tuttavia, l'efficacia delle nostre soluzioni è superiore al 95%, un livello che le soluzioni tradizionali non possono raggiungere.

Non solo aumenterete l'efficienza della rimozione degli odori nel vostro impianto, ma ridurrete anche i costi operativi. Si tratta di misure che vi faranno risparmiare fino a 100.000 euro all'anno, ogni anno. Questa è economia sostenibile. Ogni anno.

Le figure sottostanti evidenziano anche un'altra caratteristica unica, la flessibilità della nostra soluzione. Poiché ogni processo di biogas è diverso e ha requisiti diversi, è importante adattare il nostro sistema alle esigenze di ogni specifico impianto e alle richieste dei nostri clienti. Pertanto, progettiamo con cura ogni singola soluzione, adattandola alle vostre esigenze specifiche, al fine di massimizzare i risultati e i benefici, mantenendo al contempo bassi i costi, come mostrato nel caso presentato di seguito.

Oltre al grande risparmio economico, la nostra soluzione garantisce prestazioni elevate e robuste per tutta la sua durata, con il risultato di un'efficace rimozione degli odori per molto tempo.

Le soluzioni Mellifiq non solo sono sostenibili, durevoli e richiedono poca manutenzione, ma richiedono anche poca energia per funzionare, riducendo così al minimo l'impatto ambientale della vostra attività.

Le soluzioni Mellifiq per il controllo degli odori sono composte da diverse fasi, tra cui la soluzione all'ozono Ozonetech RENA Pro e i sistemi avanzati di filtraggio dell'aria Nodora. RENA Pro ozone solution and Nodora advanced air filter systems.

Ulteriori informazioni su  Controllo degli odori.

Consentire il riutilizzo degli effluenti liquidi

Dopo la produzione di biogas, l'effluente liquido ha ancora un alto contenuto di composti azotati che costituiscono un'importante risorsa. Questi possono essere riutilizzati in agricoltura come fertilizzanti per le colture, fornendo così un importante valore commerciale. Tuttavia, prima di un effettivo riutilizzo, è necessario un ulteriore trattamento per rimuovere gli odori emessi e i colori sgradevoli.

Le nostre soluzioni di trattamento consentono di migliorare significativamente la redditività e la sostenibilità dell'azienda, risolvendo entrambi i problemi contemporaneamente. Iniettando ozono nell'effluente, i benefici iniziano alla fonte, riducendo al minimo gli odori già prima dell'emissione. Inoltre, il contenuto di COD viene notevolmente ridotto, con un conseguente cambiamento di colore che consente di riutilizzare questi effluenti come fertilizzanti.

Per saperne di più sul controllo degli odori e sulla soluzione RENA Pro di Ozonetechper il trattamento degli odori.

Per saperne di più sul trattamento del COD e sulla soluzione RENA Vivo di Ozonetech, per la riduzione del COD.

Le imprese verdi devono utilizzare tecnologie verdi

Una delle sfide degli impianti di biogas è il requisito rigoroso della rimozione dell'H₂S dopo la fase di digestione anaerobica, prima dell'upgrading.

Un'altra fonte di preoccupazione costante sono gli odori emessi dall'impianto di biogas. Oggi è possibile risolvere entrambi i problemi in modo efficace e sostenibile.

Abbiamo sviluppato un catalizzatore specifico per la rimozione dell'H₂S: il RubicatTM. Anche in assenza di ossigeno, l'H₂S viene rimosso, senza lasciare tracce prima della fase di upgrading. Poiché il meccanismo di funzionamento è catalitico, il Rubicat ha una durata di vita molto più lunga rispetto alle tecnologie tradizionali, come i carboni attivi. Il Nodora CAT può ridurre i costi operativi del 40-95%.

Inoltre, è possibile gestire i problemi di odore all'interno dell'impianto utilizzando le nostre soluzioni di trattamento in loco in modo molto economico. Il trattamento viene applicato alla ventilazione esistente per ridurre gli odori, per poi passare attraverso un Nodora ADS come fase finale di lucidatura, prima dello scarico.

I produttori di biogas più ambiziosi hanno un'ulteriore opzione: trattare la biomassa con ozono, che in alcune applicazioni può massimizzare il valore aziendale raddoppiando la quantità di biogas prodotto.

Indipendentemente dall'applicazione, il trattamento sarà efficiente, ecologico e facile da gestire.

Le nostre soluzioni per il trattamento degli odori negli impianti di biogas

Rimozione dell'H2S prima dell'upgrading

Con la nostra soluzione avanzata di filtraggio dell'aria, non è necessario ricorrere ad altre tecnologie aggiuntive per risolvere il problema dell'H₂S. Non sono necessari carboni attivi, ozono o altri metodi di trattamento. Il nostro filtro aria avanzato Nodora CAT, sviluppato internamente, è dotato di OCM-Rubicat, un composto adsorbente pellettizzato a base di idrossido di ferro-idrogeno solforato, legato chimicamente e quindi in grado di rimuovere il gas in modo molto più efficiente rispetto ad altri mezzi di adsorbimento. Il materiale viene continuamente rigenerato con l'aggiunta di ossigeno aereo. In questo modo si raggiungono tassi di carico elevati, superiori al 50% della massa, sulla base dei prodotti commerciali.

Il sistema Nodora è sufficiente da solo a trattare i problemi di H₂S. Il sistema Nodora è infatti uno dei più efficienti sistemi avanzati di filtraggio dell'aria presenti sul mercato ed è progettato per massimizzare costantemente l'utilizzo del materiale attivo, aumentando così notevolmente l'efficienza di rimozione dell'H₂S e prolungando la durata del materiale filtrante.

Rimozione degli odori in casa

Gli odori provenienti da fonti interne vengono rimossi attraverso la ventilazione e gli odori raccolti possono essere trattati con Ozonetech RENA Pro e Nodora ADS prima che l'aria venga scaricata nell'ambiente.

Non è necessaria alcuna ricostruzione. Costi operativi minimi.

Il nostro consiglio più importante è quello di analizzare attentamente l'aria. Le analisi e i test pilota che eseguiamo presso le nostre strutture si concentrano su flussi e concentrazioni, preparando la progettazione del metodo di trattamento ottimale.

Nodora è installato in industrie con forti requisiti normativi per la riduzione degli odori. Tutti i sistemi Nodora sono adattati al carico corrente per ottenere la massima riduzione possibile di H₂S e odori. Uno dei numerosi vantaggi della combinazione di una delle nostre soluzioni di ozono e Nodora è che il materiale attivo è attivo almeno cinque volte più a lungo rispetto a una soluzione senza trattamento preliminare con la nostra soluzione di ozono.

Una soluzione standard che utilizza il trattamento con carbone attivo è costosa e inefficace rispetto al nostro Nodora CAT. Le elevate prestazioni di Nodora CAT sono dovute al materiale attivo avanzato utilizzato, alla miscela di materiali e al design complessivo che sfrutta in egual misura tutti i materiali filtranti. Gli esperimenti sono stati condotti a Stoccolma, con la collaborazione del KTH Royal Institute of Technology. Sono state testate condizioni reali di biogas con una concentrazione di H₂S di 1000 ppm.