Proiectarea Unei Statii de Producere a Biogazului din Deseuri Biodegradabile Menajere Si Agricole In Orasul Agnita, Judetul Sibiu

CUPRINS

REZUMAT

În această lucrare este prezentată proiectarea unei stații de producere a biogazului din deșeuri agricole și menajere biodegradabile în localitatea Agnita și fluxul tehnologic de la generarea deșeurilor până la îmbunătățirea biogazului produs.

Capitolul 1, Introducere, prezintă considerații privind utilitatea folosirii biogazului ca sursă alternativă de energie în locul combustibililor fosili și precizează scopul, obiectivele și rezultatele așteptate ale acestui proiect.

În capitolul 2 este prezentată situația actuală în domeniul producerii de biogaz în România. Sunt incluse bazele teoretice ale compostării anaerobe, dar și legislația în domeniul promovării producerii biogazului din deșeuri agricole, potențialul și situația actuală a producerii biogazului în România.

În capitolul 3 este prezentată proiectarea unei instalații de producere a biogazului pentru orașul Agnita. În prima parte a capitolului este descrisă necesitatea și oportunitatea realizării instalației urmată de descrierea datelor de intrare necesare pentru proiectarea stației, calcularea cantităților de deșeuri generate și dimensionarea sistemului de colectare și transport. Partea de dimensionare și proiectare propriu-zisă a stației cuprinde o descriere a fluxului tehnologic și a principalelor componente, dar și dimensionarea componentelor cum ar fi banda de sortare, mărunțitorul, digestorul de tip lagună acoperită, rezervorul de biogaz etc.

ABSTRACT

This diploma project presents the designing of a plant for biogas production from biodegradable agricultural and household waste for the town of Agnita, Sibiu county and the technological flow from the generation of wastes to the upgrading of the produced biogas.

Chapter 1, Introduction, presents considerations regarding the utility of biogas as alternative energy source to fossile fuels and it also states the purpose, objectives and expected results of project.

Chapter 2 presents the current situation in the domain of biogas production in Romania. It includes the theoretical fundaments of anaerobic digestion, but also the legislation in the area of promoting the production of biogas from agricultural waste, the potential and current situation of biogas production in Romania.

Chapter 3 presents the designing of a biogas production plant for the town of Agnita. In the first part of the chapter, there is presented the rationale to realise the plant, followed by the description of the input data required for the plant’s design, the calculation of the amounts of waste generated and the dimensioning of the collection and transport system. The main part of the project, compring the actual design and dimensioning of the plant, includes a description of the technological flow and of the main components, but also the dimensioning of components such as the sorting conveyor, the shredder, the covered lagoon-type digester, the biogas tank etc.

Termenul de dezvoltare durabilă a devenit foarte cunoscut în prezent. Dezvoltarea durabilă este dezvoltarea care urmărește satisfacerea nevoilor prezentului, fără a compromite posibilitățile generațiilor viitoare de a-și satisface nevoile.

În prezent la nivel global, producerea de energie în cea mai mare parte depinde de resursele de energie fosilă. Aceste surse sunt rezultate fosilizării resturilor de plante și animale moarte, care au fost expuse la presiune și temperatură în scoarța terestră timp de sute de milioane de ani. Până nu de mult nu se punea problema ca aceste surse de energie sunt epuizabile și sa constatat că aproape în toate domeniile se făcea risipă de energie. Combustibilii fosili sunt o sursă neregenerabilă de energie, care sunt consumate mult mai repede decât sunt formate cele noi.

Prin utilizarea combustibililor fosili se eliberează în atmosferă o cantitate mare de dioxid de carbon (CO2). Prin creșterea concentrației de dioxid de carbon în atmosferă conduce la schimbări climatice, doare ce CO2 este un gaz cu efect de seră.

Față de combustibilii fosili, biogazul este o sursă regenerabilă de energie, obținută prin fermentarea anaerobă a deșeurilor.

Prin producerea de biogaz din fermentarea anaerobă se reduce exploatarea combustibililor fosili și se reduce cantitatea de deșeuri biodegradabile depozitate, de asemenea scade și cantitatea emisiilor de metan CH4 și de oxid azotos N2O rezultate în urma depozitării și utilizării deșeurilor biodegradabile în special a gunoiului de grajd.

Prin purificarea biogazului aceasta se poate folosii pentru încălzirea locuințelor, ca energie electrică sau ca biocombustibil pentru autovehicule.

Utilizarea biogazului în locul combustibililor fosili pentru producerea de energie reduce cantitatea de emisii de gaze cu efect de seră și este o dezvoltare durabilă prin economisirea combustibililor fosili.

Scopul acestei lucrări este proiectarea unei stații de producere a biogazului din deșeuri agricole și din deșeuri menajere biodegradabile în orașul Agnita, județul Sibiu.

Obiectivele propuse sunt următoarele:

Optimizarea sistemului de colectare și transport al deșeurilor în localitatea Agnita, județul Sibiu

Reducerea cantității de deșeuri agricole și menajere biodegradabile depozitate necorespunzător

Proiectarea unei stații de producere a biogazului care să preia și să trateze deșeurile biodegradabile din Agnita

Proiectarea și/sau dimensionarea principalelor componente ale stației de biogaz

Realizarea unui sistem de îmbunătățire a biogazului în vederea obținerii de biometan care să poată fi comercializat ca și combustibil pentru autovehicule

Valorificarea deșeurilor biodegradabile și a substanțelor derivate din acestea

Informarea populației din localitatea Agnita despre importanța producerii de biogaz

Stimularea creșterii economice în orașul Agnita

Crearea de noi locuri de muncă

În urma realizării unei stații de producere a biogazului în localitatea Agnita este de așteptat ca activitatea de gestionare a deșeurilor din localitatea respectivă să devină mai eficientă, să se încadreze în cerințele dezvoltării durabile și nu în ultimul rând să devină profitabilă, prin comercializarea produselor obținute prin compostarea anaerobă a deșeurilor.

2 SITUAȚIA ACTUALĂ ÎN DOMENIUL PRODUCERII DE BIOGAZ DIN DEȘEURI AGRICOLE ÎN ROMÂNIA

2.1 Bazele teoretice ale compostării anaerobe

2.1.1 Compostarea anaerobă

Biogazul este un produs al fermentării anaerobe a produselor organice. El se produce pe cale naturală pe fundul bălților și lacurilor, ieșind la suprafață sub formă de bășicuțe. Este cunoscut de multă vreme sub denumirea de gaz de baltă sau gaz de deșeuri (pentru că se produce și în timpul fermentării deșeurilor biodegradabile).

În prezent, în cele mai frecvente cazuri, biogazul se obține prin fermentare anaerobă, când microorganismele descompun materia organică, eliberând o serie de metaboliți conținând în principal bioxid de carbon și metan, care constituie biogazul. Drept combustibil este folosit fie biogazul direct, fie numai metanul purificat. Dintre componentele chimice ale materiei organice, grade mai ridicate de conversie în biogaz au celulozele, hemicelulozele și grăsimile. Fermentarea anaerobă, folosită pentru producerea și captarea biogazului, este un proces dirijat de descompunere a materiei organice umede, în condiții controlate de mediu, în absența oxigenului molecular și a luminii. În această fază acționează microorganisme fermentative nespecializate, cu capacitate de producere de acizi organici. Ele sunt bacterii celulozice, lactice, acetice, sulfat-reducatoare și denitrificatoare, precum și numeroase specii de ciuperci și unele drojdii. În faza metanogenă acționează bacteriile metanogene, anaerobe, specializate în producerea de metan. În acesta se mai găsesc și urme de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptani, vapori de apă, amoniac, azot, indol și scatol. Metanul este componenta care conferă valoare energetică biogazului. În stare pură metanul este un gaz combustibil lipsit de culoare, miros sau gust, mai ușor decât aerul, arde cu o flacără albăstruie și are o putere calorică de 37 MJ/ml, puțin mai ridicată decât a motorinei. Biogazul comparativ cu metanul pur are o putere calorică de 25 MJ/ml, din cauza bioxidului de carbon cu care e în amestec. [4]

În Figura 2.1 este prezentat ciclul de transformare a energiei în natură prin intermediul biogazului.

Figura 2.1 Ciclul de transformare a energiei în natură prin intermediul biogazului [4]

Prin termenul de „biogaz”, acceptat pe plan internațional, se înțelege produsul gazos ce rezultă în cursul fermentării anaerobe (în lipsa aerului) a materiilor organice de diferite proveniențe. Biogazul este un amestec de gaze. Principalele gaze care îl compun sunt metanul și dioxidul de carbon, ambele în proporții variabile. În cantități foarte mici se mai găsesc în biogaz hidrogen sulfurat, azot, oxid de carbon, oxigen.

Valoarea energetică a biogazului este dată de conținutul de metan al acestuia. În Tabelul 2.1 sunt date valorile energetice pentru un m3 de biogaz. [9]

Tabelul 2.1 Valori energetice pentru un m3 de biogaz

2.1.2 Factori care influențează producerea de biogaz

Factorii care influențează producerea de biogaz sunt următoarele:

Materia primă

Acizi grași volatili

Temperatura

Presiunea

Agitarea

pH – ul

2.1.2.1 Materia primă

Materia primă trebuie să asigure mediul prielnic dezvoltării și activității microorganismelor ce concură la digestia substratului și, în final, la producerea biogazului. Acest mediu trebuie să satisfacă următoarele condiții:

Să conțină materie organică biodegradabilă

Să aibă o umiditate ridicată, peste 90%

Să aibă o reacție neutră sau aproape neutră (pH = 6,8 – 7,3)

Să conțină carbon și azot într-o anumită proporție (C/N = 15 – 25)

Să nu conțină substanțe inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele, detergenți, antibiotice, concentrații mari de sulfați, formol, dezinfectanți, fenoli și polifenoli

Pentru obținerea biogazului se pot utiliza materii prime organice de proveniență foarte diferită: deșeuri vegetale, deșeuri menajere, fecale umane, dejecții animaliere, gunoiul de grajd, ape reziduale din industria alimentară și din zootehnie.

Producția specifică, medie, de biogaz, ce se poate obține din diverse materii prime, raportată la substanța uscată a lor, este prezentată în tabelul 2.2. [9]

Materiile prime de mai sus pot fi utilizate exclusiv sau în amestec. S-a constatat că, prin amestecarea diferitelor materii prime, capacitatea metanogenă a amestecului, exprimată în l/kg substanță organică, este mai mare decât media rezultată din calculul aritmetic. Acest aspect este redat în tabelul 2.3. [9]

Tabelul 2.2 Producția specifică, medie, de biogaz, ce se poate obține din diverse materii prime, raportată la substanța uscată a lor

Tabelul 2.3 Capacitatea metanogenă a amestecului în l/kg substanță organică

Această potențare sinergică se datorează faptului că în amestecuri de materii prime se realizează raporturi mai bune între conținutul de carbon și cel de azot, raport foarte important în producția eficientă de biogaz și care, după cum s-a arătat, trebuie să fie cuprins în intervalul 15-25. [9]

În Tabelul 2.4 [9] sunt trecute, pentru principalele materii prime:

– Conținutul de carbon (C)

– Conținutul de azot (N)

– Raportul carbon/azot

Tabelul 2.4 Raportul conținutului de azot și carbon

Pentru a se asigura o umiditate corectă a amestecului se va ține cont de umiditatea materiilor, prezentată în Tabelul 2.5. [9]

Tabelul 2.5 Umiditatea materiilor prime

2.1.2.2 Acizi grași volatili

Acizii grași volatili sunt compuși intermediari, produși în timpul acidogenezei, cu un lanț format din șase sau mai puțini atomi de carbon (de exemplu, acetat, propionat, butirat și lactat). Stabilitatea procesului de digestie anaerobă depinde și de concentrația produșilor intermediari.

Instabilitatea procesului conduce la acumularea acizilor grași volatili în interiorul digestorului, ceea ce poate determina scăderea valorii pH-ului. Acumularea de acizi grași volatili nu va fi întotdeauna concretizată prin scăderea valorii pH-ului, datorită capacității de tamponare a unor tipuri de biomasă. Gunoiul animal, spre exemplu, prezintă un surplus de alcalinitate, ceea ce înseamnă că acumularea de acizi grași volatili trebuie să depășească un anumit nivel, înainte ca aceasta să poată fi detectată sub forma unei scăderi semnificative a valorii pH-ului. La un asemenea nivel, concentrația de acizi din digestor ar fi atât de mare încât procesul de digestare anaerobă ar fi deja puternic inhibat. Capacitatea de tamponare a substratului supus digestiei anaerobe poate să varieze. Experiența daneză a arătat faptul că, în cazul gunoiului bovin, aceasta variază în funcție de anotimp, fiind influențată, probabil, de compoziția rației alimentare a vitelor. Valoarea de pH a gunoiului de grajd este, prin urmare, o variabilă greu de utilizat pentru identificarea dezechilibrului procesului, deoarece aceasta se modifică foarte puțin și foarte lent. Totuși, este important de subliniat faptul că valoarea pH-ului poate reprezenta o modalitate rapidă, relativ de încredere și ieftină pentru înregistrarea dezechilibrului în sistemele mai slab tamponate, cum este cazul procesului de fermentare anaerobă aplicat diferitelor tipuri de ape reziduale.

Desfășurarea proceselor de fermentare anaerobă este influențată în mod diferit de către concentrațiile acizilor grași volatili, în sensul că una și aceeași concentrație a acizilor grași volatili poate fi optimă pentru un anumit tanc de digestie, în timp ce pentru un altul poate să fie inhibitoare. Una dintre posibilele explicații este aceea a variației compoziției populațiilor de bacterii de la un digestor la altul. Ca și în cazul pH-ului, concentrația aciziilor grași volatili nu poate fi recomandată drept parametru de sine stătător pentru monitorizarea procesului. [1]

2.2.2.3 Temperatura

Alegerea și controlul temperaturii sunt decisive pentru desfășurarea procesului de fermentare anaerobă.

Temperatura necesară procesului este asigurată cu ajutorul sistemelor de încălzire prin podea și pereți, montate în interiorul digestorului. În practică, temperatura de lucru este aleasă în funcție de tipul materiei prime utilizate.

Procesul de fermentare anaerobă poate avea loc la diferite temperaturi, în funcție de care acesta este împărțit în trei tipuri: psihrofil (< 250C), mezofil (25-450C) și termofil (45-700C). Între temperatură și timpul de retenție diraulică există o corelație directă, prezentată în Tabelul 2.6. [1]

Tabel 2.6 Tipul termic al procesului de fermentare anaerobă și timpii de retenție corespunzători

Multe fabrici de biogaz moderne europene funcționează la temperaturi cuprinse în intervalul termofil, datorită ratei ridicate de creștere a bacteriilor metanogene, la temperaturi înalte.

Procesul de fermentare anaerobă termofil prezintă mai multe avantaje, comparativ cu cel mezofil și psihrofil:

• Distrugerea eficientă a agenților patogeni.

• Timpul de retenție redus, astfel, procesul fiind mai rapid și mai eficient.

• Digestibilitatea și disponibilitatea îmbunătățită a substraturilor.

• Degradarea mai bună a substraturilor solide și o utilizare mai eficientă a acestora.

• Posibilitatea mai bună de separare a fracțiilor lichide și solide.

Principalele dezavantaje ale procesului termofil sunt:

• Gradul mai mare de instabilitate.

• Necesități energetice mai mari, din cauza temperaturii ridicate.

• Riscul mai mare de inhibiție cu amoniac.

Temperatura de lucru influențează nivelul de toxicitate al amoniacului. Acesta crește odată cu temperatura și poate fi redus prin scăderea temperaturii procesului. Totuși, la o scădere a temperaturii sub 500C, rata de creștere a microorganismelor termofile se va diminua drastic și poate apare riscul eliminării populației microbiene, din cauza unei rate de creștere mai mici decât timpul de retenție hidraulică, la momentul respectiv.

Un digestor termofil cu funcționare optimă poate fi încărcat la un nivel mai mare sau să opereze la un timp de retenție mai mic decât unul mezofil. Aceasta se datorează ratei de creștere a microorganismelor termofile, care este mai mare în comparație cu aceea a speciilor mezofile.

Solubilitatea diverselor componente (NH3, H2, CH4, H2S) depinde, de asemenea, de temperatură, prezentat în Tabelul 2.7. Acest lucru poate fi important, în cazul compușilor care pot prezenta un efect inhibitor asupra procesului. [1]

Tabelul 2.7 Relația dintre temperatură și solubilitatea în apă a câtorva substanțe

Vâscozitatea compușilor de digestie este invers proporțională cu temperatura. Substratul este mai fluid la temperaturi înalte, în acest caz fiind facilitată și difuzia substanțelor dizolvate. Temperatura înaltă, în intervalul termofil, determină rate mai mari ale reacțiilor chimice, și, prin urmare, o eficiență mai ridicată a producției de metan, o solubilitate accentuată și o vâscozitate redusă. Necesitățile energetice mai mari ale procesului termofil sunt compensate de productivități corespunzătoare în biogaz. Este importantă păstrarea constantă a temperaturii, în timpul procesului de digestie, deoarece schimbările sau fluctuațiile de temperatură vor afecta negativ producția de biogaz. Bacteriile termofile sunt mult mai sensibile la fluctuațiile de temperatură de +-100C și necesită o perioadă mai mare de adaptare la noua temperatură, pentru a atinge maximul de productivitate în metan. Bacteriile mezofile sunt mai puțin sensibile. În acest caz, sunt tolerate fluctuații de temperatură de +-300C, fără o reducere semnificativă a producției de metan. [1]

2.2.2.4 Presiunea

Presiunea are o mare importanță în procesul de metanogeneză. S-a dovedit că, atunci când presiunea hidrostatică în care lucrează bacteriile metanogene crește peste 4- 5 metri coloană de apă, degajarea de metan, practic, încetează. Ea reîncepe atunci când presiunea hidrostatică scade la valori mai mici. Această constatare este foarte importantă la proiectarea fermentatorului. La fermentatoare cu ax vertical, care pot atinge înălțimi de zeci de metri, degajarea de metan se produce numai în partea superioară, până la o adâncime de maximum cinci metri iar restul spațiului ocupat de substrat, nu produce biogaz. Acest „rest” de spațiu poate fi foarte mare uneori, în funcție de dimensiunile fermentatorului, putând ajunge la 85-90% din volumul total. Prin recirculare permanentă, obligatorie la acest tip de fermentatoare, porțiunile de substrat 15 aflate sub limita de degajare a metanului, sunt aduse în zone superioare unde degajarea reîncepe. Pentru înlăturarea acestui inconvenient major, au fost realizate fermentatoare în flux orizontal, la care înălțimea substratului nu depășește 3,5 metri degajarea de metan producându-se în întreaga masă a materialului supus fermentării.[9]

2.1.2.5 Agitarea

În interiorul fermentatoarelor au loc nu numai procese biochimice despre care sa scris mai înainte ci și unele procese fizice. Astfel se constată că, în cursul fermentației are loc o segregare a materialului supus fermentării. Microbulele de gaze care se degajă în masa substratului antrenează, prin fenomenul de flotație, particulele mai ușoare de suspensii, spre suprafața lichidului. Se formează repede o crustă cu tendință de întărire și deshidratare chiar dacă materiile organice din ea nu au apucat să fie degradate prin fermentație. O altă parte a suspensiilor, mai grele prin natura lor, sau fracțiuni care au fermentat și sunt parțial sau total mineralizate, au tendința să se lase spre partea de jos a fermentatorului. Între aceste două straturi se găsește un strat de lichid în care fermentarea și epuizarea materiei organice continuă din ce în ce mai lent. Cele arătate mai sus constituie unul din motivele pentru care este necesară agitarea conținutului fermentatorului. [5]

2.1.2.6 pH-ul

Valoarea pH-ului oferă măsura acidității/bazicității unei soluții. pH-ul influențează creșterea microorganismelor metanogene și poate afecta disocierea unor compuși importanți pentru procesul de fermentare anaerobă (amoniac, hidrogen sulfurat, acizi organici). Formarea metanului are loc într-un interval relativ îngust al pH-ului, între aproximativ 5,5-8,5 unități, cu un interval optim între 7-8 unități, pentru cele mai multe bacterii metanogene, în timp ce cele acidogene, în multe cazuri, prezintă o valoare optimă a pH-ului mai scăzută. Intervalul de pH optim pentru digestia mezofilă este situat între 6,5-8,0 unități, iar procesul este puternic inhibat dacă pH-ul scade sub valoarea 6,0 sau crește peste valoarea 8,3. Solubilitatea dioxidului de carbon în apă descrește odată cu creșterea temperaturii. Valoarea pH-ului în digestoarele termofile este, din acest motiv, mai mare decât în cele mezofile, deoarece dioxidul de carbon se dizolvă formând acid carbonic, prin reacție cu apa. [1]

Valoarea pH-ului poate fi crescută de către amoniac, produs în timpul degradării proteinelor sau prin prezența acestuia în fluxul de alimentare, în timp ce acumularea de timp de retenție scade valoarea pH-ului. Valoarea pH-ului în reactoarele anaerobe este controlată, în principal, prin intermediul sistemului tampon bicarbonat. De aceea, valoarea pH-ului în digestoarele pentru biogaz depinde de presiunea parțială a CO2 și de concentrația componentelor acide și bazice prezente în faza lichidă. În cazul acumulării de acizi sau baze, capacitatea tamponului temperează modificarea pH-ului, până la un anumit nivel. Atunci când este depășită capacitatea sistemului tampon, au loc modificări drastice ale valorii pH-ului, procesul fiind inhibat total. Din acest motiv, valoarea pH-ului nu poate fi recomandată ca un parametru de sine stătător, care să fie utilizată pentru monitorizarea procesului. [1]

2.2.3 Fermentarea anaerobă

Digestia anaerobă reprezintă un proces biochimic, prin care substraturi organice complexe (biomasă vegetală și deșeuri, gunoi animal, deșeuri organice, ape reziduale, nămoluri provenite din sistemul de canalizare) sunt descompuse, în absența oxigenului, până la stadiul de biogaz și digestat, de către diverse tipuri de bacterii anaerobe. Procesul de fermentare anaerobă este întâlnit în numeroase medii naturale, precum sedimentele oceanice, stomacul rumegătoarelor sau turbării.

Dacă substratul supus fermentării anaerobe este constituit dintr-un amestec de două sau mai multe materii prime (de exemplu, gunoi animal și deșeuri agricole), procesul poartă numele de co-digestie. Co-digestia este întâlnită în cazul celor mai multe aplicații pentru biogaz. [1]

2.2.4 Substraturi pentru digestia anaerobă

Utilizarea gunoiului animal drept materie primă pentru procesul de fermentare anaerobă prezintă unele avantaje, datorită proprietăților acestuia:

Conținut în inoculi ai bacteriilor anaerobe naturale.

Conținut de apă ridicat (4-8% substanță uscată în gunoiul lichid), acționând ca solvent pentru celelalte co-substraturi și asigurând omogenizarea și fluiditatea corespunzătoare a biomasei.

Ieftin și ușor accesibil, fiind colectat ca reziduu din fermele zootehnice.

Digestia anaerobă este un proces microbiologic de descompunere a substanțelor organice, în lipsa oxigenului. Principalele produse rezultate în urma acestui proces sunt biogazul și digestatul.

Biogazul este un gaz combustibil, constând, în principal, din metan și dioxid de carbon, utilizat, de regulă, pentru producerea curentului electric și a căldurii. Supus unui proces de îmbunătățire, biogazul poate fi introdus și în rețeaua de gaze naturale sau folosit drept combustibil pentru autovehicule, în pile electrice sau pentru producerea altor forme de energie. [1]

După producerea biogazului, substratul descompus (digestatul) este reciclat prin introducere în sol, fiind folosit ca îngrășământ pentru plante. În timpul procesului de digestie anaerobă este generată o cantitate foarte mică de căldură, comparativ cu cazul descompunerii aerobe (în prezența oxigenului), așa cum este compostarea. Energia conținută în legăturile chimice ale substratului rămâne, în principal, înmagazinată în biogazul produs, sub formă de metan.

Procesul de formare a biogazului este rezultatul unor etape succesive, în care substanțele inițiale sunt continuu descompuse în molecule tot mai mici. În fiecare etapă sunt implicate grupe specifice de microorganisme.

În Figura 2.2 sunt evidențiate cele patru etape principale ale procesului de digestie anaerobă: hidroliza, acidogeneza, acetogeneza și metanogeneza. [1]

Figura 2.2 Principalele etape ale procesului de digestie anaerobă

1. Hidroliza

Teoretic, hidroliza este prima etapă a procesului de digestie anaerobă, în timpul căreia substanțele organice complexe (polimerii) sunt descompuse în substanțe mai mici, numite mono- sau oligomeri. Polimeri precum glucidele, lipidele, acizii nucleici și proteinele sunt transformate în glucoză, glicerol, purine și pirimidine. Bacteriile hidrolitice secretă enzime hidrolitice, transformând biopolimerii în compuși mai mici și solubili.

Lanțurile de procese în paralel, în spațiu și timp, în interiorul tancului de digestie. Viteza procesului de descompunere totală este determinată de reacția cea mai lentă din lanț. În cazul fabricilor de biogaz care procesează substraturi vegetale care conțin celuloză, hemiceluloză și lignină, etapa de hidroliză este etapa determinantă de viteză. În procesul de hidroliză este implicată o varietate mare de bacterii, acesta realizându-se prin intermediul unor exoenzime bacteriene care atacă materia particulată, nedizolvată. Produsele rezultate în urma hidrolizei sunt ulterior descompuse/digerate de către bacteriile implicate în proces și utilizate, apoi, în cadrul propriului metabolism. [1]

2. Acidogeneza

În timpul etapei de acidogeneză, produșii de hidroliză sunt transformați de către bacteriile

acidogene (fermentative) în substraturi metanogene. Glucidele simple, aminoacizii și acizii

grași sunt degradați până la acetat, dioxid de carbon și hidrogen (70%) precum și la acizi

grași volatili și alcooli (30%). [1]

3. Acetogeneza

În timpul acetogenezei, produșii rezultați din acidogeneză, care nu pot fi transformați direct în metan de către bacteriile metanogene, sunt transformați în substraturi metanogene. Acizii grași volatili și alcoolii sunt oxidați la substraturi metanogene, precum: acetat, hidrogen și dioxid de carbon. Atât acizi grași volatili, cât și alcoolii cu lanț de atomi de carbon mai lung de o unitate sunt oxidați până la acetat și hidrogen. Producerea hidrogenului conduce la creșterea presiunii sale parțiale. Acesta poate fi privit ca un “produs rezidual” al acetogenezei și inhibă metabolismul bacteriilor acidogene. În timpul metanogenezei, hidrogenul este transformat în metan. Acidogeneza și metanogeneza se desfășoară de obicei în paralel, ca simbioză a două grupe de microorganisme. [1]

4. Metanogeneza

Producerea metanului și a dioxidului de carbon din produșii intermediari de reacție este realizată de către bacteriile metanogene. 70% din metanul format își are originea în acetat, în timp ce restul de 30% este produs prin conversia hidrogenului și a dioxidului de carbon. Metanogeneza reprezintă o etapă critică a întregului proces de digestie, constând, totodată, din cele mai lente reacții biochimice ale procesului. Metanogeneza este puternic afectată de condițiile de lucru. Compoziția materiei prime, rata de încărcare, temperatura și pH-ul sunt exemple de factori care influențează metanogeneza. Supraîncărcarea digestorului, variațiile de temperatură sau o pătrundere masivă a oxigenului determină, de obicei, oprirea producerii de metan. [1]

2.2 Legislația în domeniul promovării resurselor regenerabile de energie din România

Cadrul legislativ recent pentru sustinerea investițiilor în energie regenerabilă este constituit de următoarele legi și reglementări: [15]

Legea 220/2008 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei din surse regenerabile de energie

HG 1661/2008 privind aprobarea Programului Național pentru creșterea eficienței energetice și utilizarea resurselor regenerabile de energie în sectorul public, pentru anii 2009-2010

HG 1461 /2008 aprobarea procedurii privind emiterea garanțiilor de origine pentru energia electrica produsă în cogenerare de eficiență înaltă

HG 750 /2008 pentru aprobarea Schemei de ajutor de stat regional privind valorificarea resurselor regenerabile de energie

HG 1892 /2004 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei electrice din surse regenerabile de energie

HG 958 /2005: completează și modifică HG 1892 /2004 și HG 443 /2003

HG 1535 /2004 privind aprobarea Strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie

HG 1429 /2004 privind aprobarea Regulamentului de certificare a originii energiei electrice produse din surse regenerabile de energie

HG 443 /2003 pentru promovarea producției de energie electrică din surse regenerabile de energie

Directiva UE 77/2001 promovarea energiei electrice regenerabile

Ordinele și Deciziile ANRE privind producerea de energie din surse regenerabile

Legea 220/2008 este cadru legislativ pentru susținerea investitoriilor în utilizării resurselor regenerabile pentru obținerea de energie. [15]

Legea susține folosirea resurselor regenerabile prin urmatoarele aspecte:

Atragerea în balanță energetică națională a resurselor regenerabile de energie, necesare creșterii securității în alimentarea cu energie și reducerii importurilor de resurse primare de energie

Stimularea dezvoltării durabile la nivel local și regional crearea de noi locuri de muncă aferente proceselor de valorificare a surselor regenerabile de energie

Reducerea poluării mediului prin diminuarea producerii de emisii poluante și gaze cu efect de seră

Asigurarea cofinanțării necesare în atragerea unor surse financiare externe, destinate promovării surselor regenerabile de energie, în limita surselor stabilite anual prin legea bugetului de stat și exclusiv în favoarea autorităților publice locale

Definirea normelor referitoare la garanțiile de origine, procedurile administrative aplicabile și racordarea la rețeaua electrică în ceea ce privește energia produsă din surse regenerabile

Stabilirea criteriilor de durabilitate pentru biocarburanți și biolichide

Legea prevede o serie de facilități, fără a detalia modul de aplicare: [15]

Împărțirea costurilor (50-50) pentru racordare între producător și operator

Garantarea de stat a 50% din creditul necesar investiției

Proceduri de amortizare accelerată

Reducerea impozitului pe profit în primii 3 ani

Reducere de 50% a taxelor de eliberare a autorizațiilor/avizelor și eliberarea în regim de urgență, fără costuri suplimentare

Facilitati fiscale pentru locurile de munca create

Participarea autorităților locale la îmbunătățirea căilor de acces

Situația actuală a producerii de biogaz în România

2.3.1 Potențialul de producere a biogazului din deșeuri agricole în România

Cea mai mare parte a terenurilor din România sunt agricole. Din suprafața totală a României de 23,8 hectare, 62% adică 14,9 hectare este teren agricol. Din care teren arabil reprezintă aproximativ 63% din suprafața agricolă, culturi permanente 3% și pajiști permanente 33%. Iar 28% este acoperită de păduri.

Pentru estimarea potențialul energetic calculat se bazează pe un general presupus de un metru cub de biogaz care corespunde a 6kW de energie, acesta se folosește cu unitatea CHP cu o eficienta medie de 40% net de energie electrică și 40% net de energie termală care folosește în medie 7500 de ore de funcționare pe an, acesta da aproximativ 2.4 kWh energie electrică și 2.4 kWh energie termală. [8]

Tabelul 2.8 prezintă estimarea potențialului de biogaz pentru gunoiul de grajd în România. [8]

Tabelul 2.8 Estimarea potențialului de biogaz pentru gunoiul de grajd, în România

Este, totuși, important să se ia în considerare valoarea relativă a acestei estimări, din cauza problemei de concentrare a animalelor. Producerea biogazului este mai interesant pentru ferme mijlocii și mari, concentrate pe suprafețe specifice , în cazul în care colectarea gunoiului de grajd poate fi adecvat organizat. Din aceasta cauza, se estimează că doar jumătate din potențialul de energie estimat teoretic de mai sus este din punct de vedere tehnic utilizabile în investițiile de biogaz. [8]

O altă sursă de substrat pentru producerea de biogaz din deșeuri agricole este reprezentat de deșeuri vegetale. Aproape în orice cultură vegetală se produce o anumită cantitate de deșeuri și subroduse, care în România nu au o valoare pe piață. Aceasta înseamnă că se produce în fiecare an o mare cantitate de deșeuri organice (în special pe perioada vară-toamnă), care se poate folosi ca sursă de energie sau ca biomasă în instalațiile de producere a biogazului. Deșeurile agricole produc o cantitate mare de cenușă și au o cantitate mare de umiditate. Din această cauză este mai adecvat pentru a folosii la producerea de biogaz. Fermele sunt de obicei foarte mici (medie de 3 ha), mașini agricole sunt vechi și nu este suficient pentru o eficiență corespunzătoare, și agricultura puțină și sunt grupuri de producători. Există mai mult de 40 de ferme mari, cu> 5000 ha fiecare (max. 40.000 ha), în special în Sud-Est și partea de vest a țării, care cultivă în principal cereale și semințe de ulei.

Tabelul 2.9 indică suprafața cultivată și productivitatea pentru principalele culturi agricole în România: [8]

Tabelul 2.9 Suprafața cultivată și productivitatea pentru principalele culturi agricole

În Figura 2.3 este prezentată potențialul teoretic de producere a biogazului în România [1]

Figura 2.3 Potențialul de producere a biogazului in România

În prezent, fermele zootehnice au dificultăți serioase legate de gestiunea dejecțiilor și ca urmare, ținând cont de potențialul energetic al acestor dejecții, utilizarea lor pentru producerea de biogaz ar fi un pas logic. Potențialul de producere de biogaz din deșeuri zootehnice este însă greu de estimat, luând în considerare gradul de concentrare a animalelor și posibilitățile de colectare a dejecțiilor. [3] Studiul [3]. realizat pe regiuni de dezvoltare, estimează însă că din acest tip de deșeuri se pot obține 929 MW energie electrică.

În Figura 2.4 este prezentat potențialul energetic instalat pe baza cantității de dejecții provenite de la șeptel. [3]

Figura 2.4 Potențialul instalat determinat pe baza dejecțiilor de la șeptel

Oportunitatea dezvoltării producției de biogaz este în principal legată de disponibilitatea materiei prime necesare producției biogazului. Prin urmare, pentru estimarea potențialului de biogaz este necesară estimarea acestei disponibilități a diferitelor surse de materii prime ce pot fi supuse digestiei anaerobe, precum deșeurile organice și culturile energetice. [3]

În Figura 2.5 și 2.6 este prezentată producția de deșeuri agricole din România. [8]

Figura 2.5 Deșeuri agricole din producția primară în România, pe regiuni

Figura 2.6 Deșeuri agricole din producția primară în România pe județe

Se observă că aceleași zone cu producție primară energetică ridicată prezintă și o producție ridicată de deșeuri agricole. În ultimii ani capacitatea maximă de deșeuri agricole a fost în jur de 6 milioane tone pe an.

În Figura 2.7 și 2.8 sunt prezentate cantitățile de deșeuri agricole din producția secundară în România, pe județe și pe regiuni. [1]

Figura 2.7 Deșeuri agricole din producția secundară în România, pe județe

Figura 2.8 Deșeuri agricole din producția secundară în România, pe regiuni

Cele mai mari cantități de deșeuri rezultate din producția secundară sunt corespunzătoare părții de nord a României (RO21). Cel mai mare potențial îl are regiunea RO21 (cel mai bine reprezentată de RO215) din nord-estul României cu o producție totală în jur de 300.000 tone pe an. Deasemenea sunt și alte regiuni cu potențial ridicat pentru biogaz. [1]

Situația actuală de producere a biogazului în România

În România, interesul pentru producerea biogazului a urmat un curs ascendent în a doua jumătate a secolului XX.

Începând cu 1958 la Centrul Experimental de Îngrășăminte Bacteriene (C.E.I.B.) de la Băneasa, s-au inițiat cercetări de laborator pentru izolarea unor surse active de bacterii metanogene și obținerea de gaze combustibile pe cale biologică, din diferite substraturi organice (dejecții de animale și gunoaie menajere). Din 1964, Tudor Ionescu a efectuat cercetări și pentru producerea biogazului din nămoluri organice, prima lor materializare fiind instalația pilot de valorificare integrală a apelor uzate de la abatorul București. Problematica de cercetare și dezvoltare tehnologică circumscrisă la producerea și folosirea biogazului din dejecții de animale, în special de taurine și porcine, s-a concentrat în câteva direcții principale. Cercetările fundamentale s-au referit la aprofundarea microbiologiei procesului de metanizare și la selecția de surse de bacterii metanofore cu activitate maximă în vederea optimizării bioconversiei energetice. [19]

Sub aspect tehnologic, cercetările au urmărit perfecționarea tehnologiilor existente, care folosesc ca materie primă dejecțiile evacuate hidraulic din complexele de creștere industrială a animalelor sau dejecțiile solide din sistemul de exploatare de tip gospodăresc. O altă direcție a constat în elaborarea de tehnologii pentru sistemele în care dejecțiile sunt evacuate prin raclare, fără consum de apă tehnologică. [19]

Începutul a fost făcut la Stația de epurare a apelor uzate a municipiului Iași de la Dancu, care a fost înzestrată cu o instalație de tip industrial pentru producerea biogazului. Cu o producție inițială de 2000 m3 biogaz / zi, stația și-a asigurat în general necesarul de energie tehnologică din producția proprie de biogaz, realizând ulterior și cantități excedentare, în special în perioadele calde. [19]

În anii ‘80 funcționau în condiții normale de producere captare a biogazului instalațiile din cadrul stațiilor de epurare ale apelor reziduale de la Bacău, Iași, Timișoara, Oradea, Suceava, Hunedoara, Roman, Pitești, Sibiu, Cluj. producându-se pe această cale în jur de 85 000 m3 biogaz/zi și respectiv 30 milioane m3/an. [19]

Pe principii similare s-au executat stații de biogaz produs din deșeuri și nămoluri organice pe platforma industriei alimentare din Vaslui, la abatoarele județene Ialomița și Timiș, la distileria de tescovină Tohani. Prima încercare, în condiții de stație pilot, de valorificare a dejecțiilor de animale pentru obținerea de biogaz s-a realizat în 1975 la complexul de cercetare a porcinelor de la Tomești-Iași. Experimentul a fost realizat în colaborare cu Institutul de Cercetări pentru Nutriția Animalelor de la Balotești, într-un fermentator cu capacitatea de 30 m3. [19]

În 1979 a intrat în funcțiune, la S.C.C.C.P. Periș, prima stație pilot de tip semi-industrial de producere a biogazului din dejecții de porc, cu o capacitate de 580 m3/zi biogaz. După 1982 au intrat în execuție și în funcțiune alte stații de capacități similare sau mai mari, care folosesc tot dejecții de porc pentru fermentarea anaerobă. Se menționează cele de la fosta Întreprindere de Stat 30 Decembrie-Giurgiu, I.S.C.I.P. Caracal (Olt), Codlea (Brașov), Roman (Bacău), Asociația Economică Industrială Pecineaga (Constanța). Spre exemplu, stația de biogaz de la I.S.C.I.P. Caracal furniza o producție globală de 7 000-8 000 m3 biogaz/zi. [19]

În aceiași perioadă s-au răspândit instalațiile de capacitate mică care produc biogaz pentru colectivități mici sau pentru gospodăriile populației. Ele au apărut ca rezultat atât al unor acțiuni centrale cât și al inițiativelor unor gospodari întreprinzători. Astfel, în 1979 s-a acționat pentru realizarea unor instalații prototip de capacitate mică (÷10 m3), ulterior făcându-se și instalații având fermentatoare de capacități de 20, 30, 40 și 50 m3. Progrese notabile în realizarea de instalații de biogaz de capacitate mică s-au obținut în județele Iași, Argeș, Olt, Constanța, Brăila, Timiș. [19]

Din păcate, începând cu 1990, în unele cazuri în mod total nejustificat, interesul pentru producerea biogazului prin reciclarea materiilor organice din zootehnie și industria alimentară prin fermentarea anaerobică a scăzut drastic, în condițiile în care în majoritatea țărilor acest interes este de actualitate. [19]

2.4 Date generale privind orașul Agnita

2.4.1 Poziția geografică

Orașul Agnita este situat în nord-estul județului Sibiu, așa cum rezultă și din Figura 2.9. [22]

Figura 2.9. Locația orașului Agnita în județul Sibiu

În Figura 2.10. este reprezentată emblema orașului Agnita. [22]

Figura 2.10. Emblema orașului Agnita

În caroiajul coordonatelor geografice, orașul se află la întretăierea paralelei de 45°58'30" latitudine nordică, cu meridianul de 24°37'30" longitudine estică.

Din examinarea hărții cu orașele României și din calcularea distanțelor de la Agnita la punctele extreme ale țării rezultă la concluzia că poate fi considerat un oraș cu poziție centrală în cadrul țării. [7]

Din punct de vedere geografic, Agnita este situată în partea centrală a Podișului Hârtibaciului, pe cursul mediu al râului cu același nume. Această poziție, în cadrul Depresiunii Transilvaniei, și-a pus amprenta în evoluția sa paleogeografică, dar și în cea economică. [7]

Teritoriul administrativ al orașului Agnita cuprinde 9622 ha din care 390 ha intravilan și 9232 ha extravilan.

Repartizat pe unități, suprafață de intravilan este repartizată după cum urmează: [7]

Agnita 278,6 ha

Ruja 62,17 ha

Coves 49,23 ha

2.1.2 Clima

Poziția geografică, caracteristicile reliefului determină un climat temperat moderat specific ținuturilor de dealuri și de podișuri înalte.

Precipitațiile medii anuale, cu valori între 600 și 700 mm, variază atât lunar, cât și anotimpul. Numărul anual al zilelor cu precipitații este cuprins între 130 și 140, în semestrul cald căzând mai mult de 2/3 din cantitatea anuală. Media cantităților maxime de precipitații în 24 de ore pune în evidență lunile iulie și iunie. Lunile cu media cea mai mică a cantităților maxime în 24 de ore sunt decembrie, apoi februarie. [7]

Temperatura medie anuală a aerului variază între 8 si 9°C, a lunii ianuarie între -3 si -4°C,iar a lunii iulie între 18 și 20°C, suma anuală a temperaturilor medii zilnice mai mari de 0°C.

Numărul anual al zilelor cu strat de zăpadă este de 50-75 cm, pe valea Hartibaciului, de 75-100cm în restul podișului. Cicluri gelivale, respectiv alternante îngheț-dezgheț, se pot produce într-un interval destul de mare, și anume în 220 de zile.

Toate elementele climatice definesc un topoclimat de vale mai moderat decât cel al dealurilor înalte. [7]

2.4.3 Hidrografia

Hidrografia regiunii este subordonată răului colector, principal Hartibaciu, râu de podiș, care izvorăște de la circa 675 m din Dealul Soars (726m), traversează podișul cu același nume, având, pe o lungime de 90 km, o diferență de nivel de 295 m și o suprafață a bazinului aferent de 1.042 km2. Se varsă în Cibin, afluent pe dreapta al Oltului, la 380 m altitudine absolută.

În perimetrul localității Agnita, Hartibaciu are: afluenți mai numeroși și mai lungi pe dreapta sa, aici densitatea drenajului fiind de 2,00-2,50 km/km2. Pe stânga, cel mai important tributar (Albacul) confluează la 6 km în aval de Agnita. [7]

Debitul mediu lichid multianual la postul prezentat este de 0,9-1 m3/s. Fiind un rău prin excelentă de podiș, variațiile debitelor și nivelurilor prezintă un ecart destul de mare, datorate caracterului precipitațiilor.

Pe teritoriul orașului Agnita, Hartibaciul este canalizat, versanții albiei minore consolidate prin betonare. Faptul ca Podișul Hartibaciului nu este străbătut de un rău cu izvoare în munte decât pe la periferie, constituția litologică menționată ce permite infiltrarea apelor, influențează formarea pânzelor de apa freatică cu repercusiuni negative în aprovizionarea cu apă industrială și potabilă a orașului. Aducțiunea din Munții Făgăraș rezolvă această situație.

Pe interfluvii se constată o adaptare a apelor freatice la structurile monoclinate locale, fiind cantonate în depozite nisipoase ale sarmațianului și pliocenului. La baza versanților apar sub formă de izvoare în lunca nivelul apei freatice variază între 0-2 m la contactul cu versanții până la 5-10 m spre talvegul râului, fiind cantonate în formațiuni cuaternare de luncă.

Compoziția chimică a apelor freatice pune în evidență lipsa oxizilor de fier și prezența în cantități mari a calciului. [7]

2.4.4 Populația orașului Agnita

Despre populația Agnitei, primele date sigure sunt cele ale recensământului din 1488, din care reiese că în Agnita existau 187 de gospodării, adică aproximativ 935 de locuitori, la care se adaugă un dascăl, doi scribi ai târgului, un morar, nouă preoți și zece călugărițe. Populația târgului se ocupă cu agricultură și meșteșuguri. [7]

Urmărind evoluția numerică a populației pe o anumită perioadă, s-a putut constata că până în anul 1985 aceasta a fost pozitivă, înregistrându-se apoi o evoluție numerică negativă. Astfel în anul 1985 Agnita împreună cu localitățile componente Ruja și Coves, numără 15.150 de locuitori, în 1989 – 14.500 locuitori, iar în 1992 doar 12.325. Numărul populației a scăzut cu peste 19% față de anul 1985. Reducerea atât de mare a numărului populației nu se datorează mortalității, ci ea se explică prin emigrarea masivă spre străinătate (Germania) a sașilor și prin întoarcerea la sate a populației care a rămas fără loc de muncă.

Populația inactivă numără în anul 1992 (data recensământului) 6.715 locuitori, din care 2.659 elevi și studenți, 1.738 pensionari și 542 casnici.

În urma rezultatelor recensământului desfășurat în anul 2002, furnizate de către Direcția Regională de Statistică Sibiu, populația orașului Agnita – incluzând aici și localitățile componente Ruja și Coves, a fost de 10894 persoane. [7]

În Tabelul 2.10 și Figura 2.11 este prezentată evoluția populației orașului Agnita din 2002 până în 2011 conform Direcției de Statistică Sibiu. [7]

Tabelul 2.10 Evoluția populației

Figura 2.11 Evoluția populației orașului Agnita

Se observă o neconcordanță la nivelul anului 2002 din datele furnizate de Direcția de Statistică Sibiu, rezultată din faptul că la recensământul din 2002 nu au fost luate în calcul persoanele care erau plecate de mai mult de 1 an din oraș. Numărul efectiv de locuitori în Agnita este dificil de estimat, datorită plecărilor masive spre țâri ca Spania, Italia sau Germania, din ultimii ani. Pentru anul 2010 se observă însă o ușoară stabilizare în ceea ce privește populația. [7]

PROIECTAREA UNEI INSTALAȚII DE PRODUCERE A BIOGAZULUI ÎN ORAȘUL AGNITA

3.1 Necesitatea și oportunitatea realizării unei instalații de biogaz

Construirea unei stații de producere de biogaz în localitatea Agnita are atât avantaje ecologice cât și avantaje sociale.

Unul dintre principalele avantaje ale producerii biogazului este capacitatea de a transforma deșeurile în resurse valoroase, prin utilizarea acestora ca materii prime pentru procesul de fermentare anaerobă.

Reduce volumul deșeurilor depozitate și va reduce suprafața terenurilor folosite pentru depozitarea deșeurilor.

Prin construirea unei stații de producere a biogazului se vor crea noi locuri de muncă în localitatea Agnita. Construirea stației necesită o forță de munca numeroasă pentru procesul de producție, pentru colectarea și transportul materiilor prime necesare, fabricarea echipamentului tehnic, execuția lucrărilor de construcții și exploatarea stației de biogaz.

Biogazul produs se poate folosii pentru încălzirea locuințelor, ca energie electrică sau ca biocombustibil pentru mașini.

Digestatul rezultat în urma fermentării anaerobe a deșeurilor menajere biodegradabile și a gunoiului de grajd se poate folosii ca îngrășământ al solului, bogat în azot, fosfor, potasiu și micronutrienți, care poate fi aplicat pe teren cu echipamentele obișnuite, folosite și în cazul gunoiului de grajd lichid.

Din punct de vedere economic având în vedere întregul ciclu de viata, este mult mai rentabilă decât alte opțiuni de gestionare a deșeurilor.

3.1.1 Analiza SWOT

În Tabelul 3.1 este prezentat analiza SWOT pentru stația de producere a biogazului

Figura 3.1 Analiza SWOT pentru stația de producere a biogazului pentru orașul Agnita

3.2 Date de intrare

În continuare se prezintă calculele și considerațiile corespunzătoare unui studiu de fezabilitate pentru o stație de producere a biogazului în orașul Agnita, care să utilizeze ca materie primă deșeurile municipale biodegradabile și deșeurile agricole rezultate în raza acestui oraș.

Pentru deșeurile municipale biodegradabile, calculul ia în considerare populația orașului estimată în anul 2011, de 8200 locuitori și un număr de 3074 gospodării. [7]

Se consideră că distanța convențională medie între două gospodării este de 40 de metri (ținând cont și de străzi, zone verzi, instituții publice etc.) și că viitoarea stație de biogaz va fi amplasată la o distanță de 10 km de oraș.

Având în vedere caracteristicile demografice și economice ale orașului Agnita, se ia ca valoare pentru indicele de generare a deșeurilor municipale în anul 2012 0,9 kg/locuitor pe zi, cu o creștere anuală de 5%. Compoziția deșeurilor municipale se adoptă conform Planului Regional de Gestionare a Deșeurilor pentru Regiunea 7 Centru și respectiv Planului Județean de Gestionare a Deșeurilor pentru județul Sibiu: [18]

Tabelul 3.1 Compoziția estimată a deșeurilor menajere

O primă condiție pentru a se putea asigura funcționarea fără probleme a stației de producere a biogazului este ca în Agnita să existe un sistem de colectare selectivă funcțional, ca urmare se presupune în continuare că acest sistem a fost introdus și calculele de dimensionare se vor baza pe acest fapt.

Se ia în considerare doar o primă perioadă de funcționare a stației de producere a biogazului, până în anul 2020. Anul 2012 va fi luat ca an de referință, urmând ca stația să fie funcțională doar din anul 2013. Ca urmare, calculele de dimensionare vor viza doar capacitatea necesară pentru funcționarea stației în perioada 2012-2020.

3.3 Calculul cantității de deșeuri biodegradabile

Pentru calcularea cantității de deșeuri biodegradabile care să fie folosite în stația de producere a biogazului, proiectată, se iau în considerare două categorii principale de deșeuri:

deșeuri menajere biodegradabile

deșeuri agricole biodegradabile

3.3.1 Calculul cantității de deșeuri menajere biodegradabile

Cantitatea totală de deșeuri pe zi:

Anul I (2012): 8300 * 0,9 = 7470 kg/zi = 2689.2 t/an

Anul II (2013): 8300 * 0,9 * 1,05 = 7843.5 kg/zi = 2862.87 t/an

Anul III (2014): 8300 * 0,9 * 1,05 * 1,05 =8235.67 kg/zi = 3006.02 t/an

Anul IV (2015): 8300 * 0.9 * (1.05)3 = 8647.45 kg/zi = 3156.32 t/an

Anul V (2016): 8300 * 0.9 * (1.05)4 = 9079.82 kg/zi = 3314.13 t/an

Anul VI (2017): 8300 * 0.9 * (1.05)5 = 9533.81 kg/zi = 3479.84 t/an

Anul VII (2018): 8300 * 0.9 * (1.05)6 = 10010.50 kg/zi = 3653.83 t/an

Anul VIII (2019): 8300 * 0.9 * (1.05)7= 10511.02 kg/an = 3836.52 t/an

Anul IX (2020): 8300* 0.9 * (1.05)8 = 11036.57 kg/zi = 4028.34 t/an

Tabelul 3.2 Cantitatea totală de deșeuri menajere (t/an)

Având în vedere cantitățile totale de deșeuri rezultate din calculele de mai sus și compoziția deșeurilor indicată în Tabelul 3.1., cantitățile de deșeuri biodegradabile municipale generate în orașul Agnita în anii 2012-2020 vor fi cele indicate în Tabelul 3.3.

Anul I (2012): 2689.2*0.53=1425.2 t/an

Anul II (2013): 2862.87*0.53=1517.32 t/an

Anul III (2014): 3006.02*0.53=1593.19 t/an

Anul IV (2015): 3156.32*0.53=1672.84 t/an

Anul V (2016): 3314.13*0.53=1756.48 t/an

Anul VI (2017): 3479.84*0.53=1844.31 t/an

Anul VII (2018): 3653.83*0.53=1936.52 t/an

Anul VIII (2019): 3836.52*0.53=2033.35 t/an

Anul IX (2020): 4028.34*0.53=2135.02 t/an

În Tabelul 3.3. sunt prezentate cantitățiile de deșeuri municipale biodegradabile genereate în anii 2012-2020.

Tabelul 3.3 Cantitățile de deșeuri biodegradabile municipale

Rezultă că în anul 2020 va fi generată o cantitate totală de 2135,02 t deșeuri. Se poate însă presupune că din aceste deșeuri, doar cca. 80% vor fi colectate, restul fiind valorificate în gospodăriile individuale sau rămânând necolectate. Ca urmare, cantitățile maxime de deșeuri biodegradabile menajere pentru care se dimensionează stația de biogaz vor fi:

Mmenajzi = 0,8*Mbiodegr2020zi = 0,8*5849,38= 4679.5 kg/zi

Mmenajan = 0,8*Mbiodegr2020an = 0.8* 2135.02= 1708.01 t/an

3.3.2 Calculul cantității de deșeuri agricole biodegradabile

Pentru calcularea cantității de deșeuri agricole biodegradabile s-au luat în considerare datele din Raportul asupra situației economico-sociale a orașului Agnita pentru anul 2011.[7]

Astfel, se specifică faptul că situația terenurilor agricole era cea prezentată în tabelul 3.4:

Tabelul 3.4 Situația terenurilor agricole(t/an)

iar situația efectivelor de animale se prezenta ca în Tabelul 3.5. [7]

Tabelul 3.5 Situația animalelor(t/an)

Legat de deșeurile agricole provenind de la culturile agricole, în cea mai mare parte aceste deșeuri sunt prea dificil de adunat în mod organizat și iar ele vor fi valorificate cel mult intern, la nivelul fiecărei gospodării.

În plus, având în vedere faptul că aceste deșeuri nu se colectează în mod regulat, ci în funcție de perioada de recoltare, în calculul privind capacitatea viitoarei stații de producere a biogazului se ia doar o cantitate globală de deșeuri corespunzătoare terenurilor agricole, care se adaugă cantităților de deșeuri biodegradabile municipale și respectiv agricole zootehnice, calculate.

În ceea ce privește deșeurile biodegradabile provenite de la animale, în [21] sunt indicate următoarele cantități de deșeuri generate de diversele categorii de animale:

Tabelul 3.6 Cantități de deșeuri biodegradabile generate

Având în vedere condițiile economice actuale, se poate considera că efectivele de animale vor avea doar o creștere moderată, de 5% pe an și ca urmare vor evolua conform Tabelului 3.7, respectiv Tabelului 3.8.

Anul I (2012): 10575*1.05=11103.75 t/an = 304393.83 kg/zi

6855*1.05=7197.75 t/an = 19719.86 kg/zi

1240*1.05=1302 t/an = 3567.12 kg/zi

1179*1.05=1237.95 t/an = 3391.64 kg/zi

279*1.05=292.95 t/an = 802.6 kg/zi

185*1.05=194.25 t/an = 53.21 kg/zi

190*1.05=199.5 t/an = 546.57 kg/zi

Anul II (2013): 10575*1.052=11658.93 t/an = 31942.27 kg/zi

6855*1.052=7557.63 t/an = 20705.83 kg/zi

1240*1.052=1367.1 t/an = 3745.47 kg/zi

1179*1.052=1299.84 t/an = 3561.2 kg/zi

279*1.052=307.59 t/an = 842.71 kg/zi

185*1.052=203.96 t/an = 558.79 kg/zi

190*1.052=209.47 t/an = 573.89 kg/zi

Anul III (2014): 10575*1.053=12241.88 t/an = 33539.39 kg/zi

6855*1.053=7935.51 t/an = 21741.12 kg/zi

1240*1.053=1435.45 t/an = 3932.73 kg/zi

1179*1.053=1364.83 t/an = 3739.26 kg/zi

279*1.053=322.97 t/an = 884.84 kg/zi

185*1.053=214.16 t/an = 586.73 kg/zi

190*1.053=219.95 t/an = 602.6 kg/zi

Anul IV(2015): 10575*1.054=12853.97 t/an = 35216.35 kg/zi

6855*1.054=8332.29 t/an = 22828.19 kg/zi

1240*1.054=1507.22 t/an = 4129.36 kg/zi

1179*1.054=1433.08 t/an = 3926.24 kg/zi

279*1.054=339.12 t/an = 929.09 kg/zi

185*1.054=224.86 t/an = 616.05 kg/zi

190*1.054=230.94 t/an = 632.71 kg/zi

Anul V (2016): 10575*1.055=13496.67 t/an = 36977.17 kg/zi

6855*1.055=8748.91 t/an = 23969.61 kg/zi

1240*1.055=1582.58 t/an = 4335.83 kg/zi

1179*1.055=1504.73 t/an = 4122.54 kg/zi

279*1.055=356.08 t/an = 975.56 kg/zi

185*1.055=236.11 t/an = 646.87 kg/zi

190*1.055=242.49 t/an = 664.35 kg/zi

Anul VI (2017): 10575*1.056=14171.51 t/an = 38826.05 kg/zi

6855*1.056=9186.35 t/an = 25168.08 kg/zi

1240*1.056=1661.71 t/an = 4552.63 kg/zi

1179*1.056=1579.97 t/an = 4328.68 kg/zi

279*1.056=373.88 t/an = 1024.32 kg/zi

185*1.056=247.91 t/an = 679.2 kg/zi

190*1.056=254.61 t/an = 697.56 kg/zi

Anul VII (2018): 10575*1.057=14880.08 t/an = 26424.87 kg/zi

6855*1.057=9645.67 t/an = 26426.49 kg/zi

1240*1.057=1744.80 t/an = 4780.27 kg/zi

1179*1.057=1658.97 t/an = 4545.12 kg/zi

279*1.057=392.58 t/an = 1075.56 kg/zi

185*1.057=260.31 t/an = 713.17 kg/zi

190*1.057=267.34 t/an = 732.43 kg/zi

Anul VIII (2019): 10575*1.058=15624.09 t/an = 42805.72 kg/zi

6855*1.058=10127.95 t/an = 27747.80 kg/zi

1240*1.058=1832.04 t/an = 5019.28 kg/zi

1179*1.058=1741.91 t/an = 4772.35 kg/zi

279*1.058=412.21 t/an = 1129.34 kg/zi

185*1.058=273.32 t/an = 748.82 kg/zi

190*1.058=280.71 t/an = 769.06 kg/zi

Anul IX (2020): 10575*1.059=16405.29 t/an = 44946 kg/zi

6855*1.059= 10634.35 t/an = 29135.20 kg/zi

1240*1.059=1923.64 t/an = 5270.24 kg/zi

1179*1.059=1829.00 t/an = 5010.95 kg/zi

279*1.059=432.82 t/an = 1185.80 kg/zi

185*1.059=286.98 t/an = 786.24 kg/zi

190*1.059=294.74 t/an = 807.50 kg/zi

Tabelul 3.7 Evoluția cantităților de deșeuri (t/an)

Tabelul 3.8 Evoluția cantităților de deșeuri (kg/zi)

În concluzie, cantitățile de deșeuri provenite de la animale, generate în zona orașului Agnita vor fi prezentate în Tabelul 3.3.9.

Bovine

2012: 1302*0.38=494.76 t/an = 1355.50 kg/zi

2013:1367.1*0.38=519.49 t/an = 1423.26 kg/zi

2014: 1435.45*0.38=545.47 t/an = 1494.43 kg/zi

2015: 1507.22*0.38=572.74 t/an = 1569.15 kg/zi

2016: 1582.58*0.38=601.38 t/an = 1647.61 kg/zi

2017: 1661.71*0.38=631.44 t/an = 1729.94 kg/zi

2018: 1744.80*0.38=663.02 t/an = 1816.49 kg/zi

2019: 1832.04*0.38=696.17 t/an = 1907.31 kg/zi

2020: 1923.64*0.38=730.98 t/an = 2002.68 kg/zi

Ovine

2012: 7197.75*0.34=2447.23 t/an = 6704.73kg/zi

2013: 7557.63*0.34=2569.59 t/an = 7039.97 kg/zi

2014: 7935.51*0.34=2698.07 t/an = 7391.97 kg/zi

2015: 8332.29*0.34=2832.97 t/an = 7761.56 kg/zi

2016: 8748.91*0.34=2974.62 t/an = 8149.64 kg/zi

2017: 9186.35*0.34=3123.35 t/an = 8557.12 kg/zi

2018: 9645.67*0.34=3279.52 t/an = 8984.98 kg/zi

2019: 10127.95*0.34=3443.50 t/an = 9434.24 kg/zi

2020: 10634.35*0.34=3615.67 t/an = 9905.94 kg/zi

Caprine

2012: 292.95*0.34=99.60 t/an =272.87 kg/zi

2013: 307.59*0.34=104.58 t/an = 286.52 kg/zi

2014: 322.97 *0.34=109.80 t/an = 300.82 kg/zi

2015: 339.12*0.34=115.30 t/an = 315.89 kg/zi

2016: 356.08*0.34=121.06 t/an = 331.67 kg/zi

2017: 373.88*0.34=127.11 t/an = 348.24 kg/zi

2018: 392.58*0.34=133.47 t/an = 365.67 kg/zi

2019: 412.21*0.34=140.15 t/an = 383.97 kg/zi

2020: 432.82*0.34=147.15 t/an = 403.15 kg/zi

Iepuri

2012: 199.5*0.2=39.9 t/an = 109.31 kg/zi

2013: 209.47*0.2=41.89 t/an = 114.76 kg/zi

2014: 219.95*0.2=43.99 t/an = 120.52 kg/zi

2015: 230.94*0.2=46.18 t/an = 132 kg/zi

2016: 242.49*0.2=48.49 t/an = 132.84 kg/zi

2017: 254.61*0.2=50.92 t/an = 139.50 kg/zi

2018: 267.34*0.2=53.46 t/an = 146.46 kg/zi

2019: 280.71*0.2=56.14 t/an = 153.80 kg/zi

2020: 294.74*0.2=58.94 t/an = 161.47 kg/zi

Păsări

2012: 11103.75*1.08=11992.05 t/an = 32854.93 kg/zi

2013: 11658.93*1.08=12591.64 t/an = 34497.64 kg/zi

2014: 12241.88*1.08=13221.23 t/an = 36222.54 kg/zi

2015: 12853.97*1.08=13882.28 t/an = 38033.64 kg/zi

2016: 13496.67*1.08=14576.40 t/an= 39935.34 kg/zi

2017: 14171.51*1.08=15305.23 t/an = 41932.13 kg/zi

2018: 14880.08*1.08=16070.48 t/an = 44028.71 kg/zi

2019: 15624.09*1.08=16874.01 t/an = 46230.16 kg/zi

2020: 16405.29*1.08=17717.71 t/an = 48541.67 kg/zi

Tabelul 3.9 Cantitățile de deșeuri provenite de la animale, generate în zona orașului Agnita(t/an)

Tabelul 3.10 Cantitățile de deșeuri provenite de la animale, generate în zona orașului Agnita(kg/zi)

Cantitatea totală maximă de deșeuri va fi cea corespunzătoare anului 2020:

Magr2020zi = 730.98+3615.67+147.15+58.94+17717.71=22270.45t/an

Magr2020zi =60466.98 kg/zi

Și aici trebuie să se ia însă în considerare că deșeurile vor fi colectate doar în proporție de 75%:

Magrzi = 0,75*Magr2020zi

Magrzi = 0.75 * 60466.98 = 45350.23 kg/zi = 16552.75 t/an

3.3.3 Cantitatea totală de deșeuri biodegradabile disponibile pentru stația de producere a biogazului

Cantitatea totală de deșeuri biodegradabile disponibile pentru stația de producere a biogazului se calculează prin însumarea cantității de deșeuri menajere biodegradabile și a cantității de deșeuri agricole biodegradabile:

Mtotaldeșeuri = Magrzi + Mmenajzi = 4679,5 kg/zi +45350,23 kg/zi = 50029,23 kg/zi

3.4 Dimensionarea unor elemente ale sistemului de colectare și transport

3.4.1 Determinarea necesarului de recipiente pentru deșeurile menajere biodegradabile

Pentru a determina necesarul de recipiente pentru deșeurile menajere biodegradabile, se pornește de la cerința impusă de Inspectoratul de mediu, și de Inspectoratul sanitar, conform normelor legale, privind obligativitatea agentului economic de salubritate de a deservi gospodăriile, pentru colectarea deșeurilor mixte și respectiv biodegradabile, cel puțin săptămânal.

Statistic, în Agnita, o gospodărie este compusă din 2,6 3 locuitori.

O gospodărie produce deci, pe săptămână, în medie:

0,9 * 3 * 7 = 18,9 kg de deșeuri menajere,

din care biodegradabile:

18,9*0,53 = 10,01 kg.

Așa cum s-a arătat, se consideră că doar 80% din această cantitate va fi efectiv depozitată, deci:

10,01*0,8 = 8 kg

Considerând densitatea deșeurilor menajere biodegradabile, constând mai ales din resturi de mâncare, de 370 kg/m3, rezultă că aceste deșeuri ocupă un volum de: [21]

Vmenajsăpt = = 0,021 m3 = 21 l

Pentru gospodăriile în care există maxim 4 persoane, se pot deci folosi pentru colectarea separată a deșeurilor menajere biodegradabile recipiente de dimensiuni relativ mici, de 30 de litri.

Pentru întregul oraș Agnita ar fi deci nevoie de cca. 3200 pubele de 30 de litri pentru colectarea deșeurilor menajere biodegradabile.

3.4.2 Determinarea necesarului de spațiu de depozitare pentru deșeurile agricole

Așa cum s-a calculat anterior, din sectorul zootehnic în Agnita rezultă o cantitate totală de deșeuri biodegradabile depozitabile sau valorificabile:

Magrzi = 45350.23 kg/zi = 16552.75 t/an

Statistic, aceste deșeuri se împart în mod egal la cele 3074 de gospodării, deci la o gospodărie revin:

45350.23 kg/zi : 3074 gospodării = 14.75 kg/zi,

respectiv, pe săptămână: 14,75*7 = 103,25 kg.

Ținând cont de faptul că densitatea deșeurilor agricole provenite de la animale este în medie de 1100 kg/m3, constând în cea mai mare parte din materii lichide, rezultă că în medie, în fiecare gospodărie se adună săptămânal un volum de:

Vagrsăpt = = 0,093 m3 = 93 l

respectiv volumul colectat în tot orașul Agnita va fi de 288,53 m3.

O mare parte din aceste deșeuri este însă sub formă lichidă, deci trebuie să se prevadă, în fiecare gospodărie, un spațiu (o groapă) de cca. 1 m3 în care să se colecteze deșeurile biodegradabile provenite de la animale, deșeuri care vor fi colectate săptămânal cu ajutorul unor autocisterne dotate cu sisteme de pompare similare celor folosite pentru vidanjare.

3.4.3 Calcularea necesarului de vehicule de colectare pentru deșeurile menajere biodegradabile

Pentru a calcula necesarul de vehicule de colectare a deșeurilor, trebuie să se țină seama de volumul deșeurilor transportate și de timp (ținându-se cont că zona care trebuie a fi acoperită este mare, iar timpul de lucru nu trebuie să depășească cele 8 ore pe zi). De asemenea, se presupune că este suficient ca operația de colectare să se efectueze doar în timpul zilelor lucrătoare, excluzând zilele de sâmbătă, duminică și sărbătorile legale, adică timp de 250 de zile pe an.

Pentru transportul deșeurilor menajere biodegradabile se consideră că dispunem de camioane cu o capacitate de transport de 7 t.

Numărul preliminar de camioane necesar pentru colectarea deșeurilor menajere se determină împărțind cantitatea totală de deșeuri la numărul de zile (250) și la capacitatea camionului:

1708,01 /(250 *7) = 0,978 1 camion.

Rezultă deci că ar fi suficient ca pentru colectarea separată a deșeurilor menajere biodegradabile să se folosească un singur camion, care să lucreze timp de 5 zile pe săptămână (250 zile pe an).

Lungimea traseului intern ce ar trebui acoperit de către camion într-o zi de lucru, ținând cont de faptul că distanța convențională între două gospodării este de 40 m, se calculează ca:

(nr de gospodării * distanța dintre 2 gospodării) / 5 zile de lucru

(3074 gospodării * 40 m) / 5 zile = 24592 m/zi 24,6 km/zi.

Numărul mediu de gospodării ce ar trebui deservite de către camion într-o zi de lucru: (numărul total de gospodării / 5 zile de lucru)

3074/5 = 614,8 615 gospodării

Camionul ar urma să oprească odată la fiecare 5 gospodării, deci pe zi ar rezulta:

615/5 = 123 opriri.

Se consideră că timpul necesar pentru operațiile de preluare a deșeurilor menajere biodegradabile la fiecare oprire este de 2 minute.

Aceasta înseamnă că pentru toate opririle este necesar un timp total:

topriri = 123*2 = 246 minute = 4,1 ore

Pe traseul din interiorul localității, camionul se va deplasa cu o viteză medie de 15 km/oră (datorită opririlor dese), deci timpul petrecut pe traseul din interiorul localității, calculat prin împărțirea lungimii traseului intern la viteza medie de deplasare în interiorul localității, va fi de:

tintern = 24,6 km/15 km/h = 1,64 ore

Timpul petrecut pe traseul parcurs în afara localității, până la stația de producere a biogazului se calculează ținând cont de dublul distanței până la stația de biogaz (traseu dus-întors) și de viteza medie de deplasare a camionului în afara localității:

textern = 10*2/40 km/h = 0,5 h

Pe lângă aceasta, se mai iau în considerare și unii timpi auxiliari:

timpul necesar pentru descărcare la stație: 0,5 h

timpul necesar pentru pregătirea autovehicului: 0,5 h

timpul necesar pentru igienizarea camionului după cursă: 0,5 h

Rezultă un timp total pentru o cursă a camionului de:

ttotal = 4,1+1,64+0,5+0,5+0,5+0,5 = 7,74 h

Se observă că timpul total pentru o cursă este ceva mai mic de 8 ore, deci camionul poate să efectueze o cursă de colectare și transport al deșeurilor menajere la stația de biogaz încadrându-se în intervalul legal de muncă de 8 ore.

3.4.4 Calculul necesarului de vehicule pentru colectarea deșeurilor agricole

Dat fiind conținutul ridicat de materie lichidă, densitatea deșeurilor agricole biodegradabile poate fi considerată ca ajungând la 1100 kg/m3, deci volumul deșeurilor zootehnice ce trebuie colectate într-o săptămână (5 zile lucrătoare) este de:

Vdeșeuagrcolectatsăpt = = 288,53 m3

Trebuie luat deci în calcul un volum de 300 m3 de deșeuri biodegradabile zootehnice, lichide, care trebuie colectat în fiecare săptămână de la populație.

Deșeurile agricole zootehnice se colectează cu autocisterne cu capacitatea de 15 m3.

Aceasta înseamnă că pe săptămână ar fi nevoie de 300/15 = 20 autocisterne care să deservească orașul Agnita pe săptămână, sau 4 autocisterne pe zi.

Fiecare autocisternă va prelua deșeurile dintr-o zonă cu câte 3074/20 = 153,7 154 gospodării.

Pentru a extrage deșeurile agricole biodegradabile din fiecare locație se consideră că este necesar un timp de 1,5 minute/100 l, ținând cont și de faptul că, de fapt, animalele și deșeurile biodegradabile nu sunt distribuite uniform între locuitori.

Deci, la o cursă, timpul necesar pentru colectarea deșeurilor este de:

topriri = 150*1,5 = 225 minute = 3,75 h

Ceilalți timpi vor fi similari cu cei calculați pentru camionul pentru colectarea deșeurilor menajere biodegradabile, adică:

tintern = 1,64 ore

textern = 10*2/40 km/h = 0,5 h

timpul necesar pentru descărcare la stație: 0,5 h

timpul necesar pentru pregătirea autovehicului: 0,5 h

timpul necesar pentru igienizarea camionului după cursă: 0,5 h

Timpul total pentru o cursă a unei autocisterne va fi de:

ttotalcursă = 3,75 +1,64+0,5+0,5+0,5+0,5 = 7,39 ore.

Și în acest caz se observă că timpul necesar pentru efectuarea unei curse a unei autocisterne se încadrează într-un interval de 8 ore.

3.5 Prezentarea și dimensionarea componentelor stației de producere a biogazului

Stația de biogaz este o instalație complexă, compusă din mai multe componente. Această stație este dimensionată pentru o cantitate totală de 50029,23 kg/zi de deșeuri menajere biodegradabile și deșeuri agricole, aflată la 10 km de orașul Agnita, județul Sibiu.

În funcție de tipul materiei prime acesta va trece prin mai multe faze de prelucrare, iar în funcție de cantitatea de deșeuri vor fi dimensionate componentele stației.

Fluxul tehnologic corespunzător stației proiectate este prezentat în Figura 3.2.

Stația de biogaz proiectată cuprinde patru etape mari de procesare:

Livrarea, stocarea temporară și prelucrarea materiei prime

Producerea biogazului

Stocarea biogazului și îmbunătățirea sa (transformarea în biometan)

Stocarea digestatului

După ce deșeurile ajung în stația de biogaz în funcție de proveniența lor, acestea trec prin mai multe procese.

Figura 3.2 Fluxul tehnologic corespunzător stației proiectate

În primul rând vehiculele cu deșeuri trec prin punctul de recepție unde sunt cântărite pe un pod basculă. După care deșeurile agricole sunt introduse în laguna acoperită deoarece nu necesită o pre-lucrare înainte. Deșeurile menajere biodegradabile sunt introduse într-un depozit intermediar, după care se sortează pe o bandă de sortare, se mărunțesc și cu ajutorul unui camion sunt transportate în laguna acoperită pentru digestia anaerobă. Biogazul produs în laguna acoperită cu ajutorul conductelor este colectat și depozitat într-un rezervor de biogaz, după care trece prin mai multe faze de îmbunătățire și introdus într-un alt rezervor de stocare a biogazului (biometanului). Digestatul este depozitat de unde este transportat către utilizatori agricoli folosit ca îngrășământ.

3.5.1 Unitatea de recepție a materiei prime

Furnizarea și transportul materiei prime joacă un rol important în cadrul operării unei stații de biogaz. Este importantă asigurarea unei alimentări stabile și continue cu materie primă, într-o cantitate și de o calitate corespunzătoare.

Într-o primă etapă, este absolut necesar un control vizual al fiecărui lot de materie primă. Apoi, trebuie înregistrată masa de material, precum și toate celelalte date privitoare la acesta (furnizorul, data, cantitatea, tipul materiei prime, procesul de obținere și calitatea sa).

Controlul cantitativ al deșeurilor recepționate trebuie realizat printr-un pod-basculă prezentat în Figura 3.3.[14] Toate utilajele care transportă deșeuri trebuie să fie cântărite în totalitate, să aibă suficient loc pe cântarul de intrare și ieșire.

Cântarul trebuie să fie accesibil, în siguranță, indiferent de condițiile meteorologice și trebuie să dispună de suficientă capacitate de cântărire. Utilajele trebuie sa fie dirijate obligatoriu către cântar (prin marcarea traseului, garduri, panouri, bariere).

Cântarul trebuie conectate la un sistem de monitorizare a cantității de deșeuri care intră în stație. Calibrarea cântarului trebuie realizată în conformitate cu normele metrologice în vigoare. [14]

În apropierea cântarului se amenajează cabina operatorului responsabil cu preluarea deșeurilor. Acesta trebuie să îndeplinească următoarele sarcini:

direcționarea utilajelor către cântarul de intrare sau ieșire

controlul cântăririi complete a utilajelor (cu ajutorul unei camere video sau a unei oglinzi)

primirea documentelor de însoțire a transportului și verificarea acestora

dirijarea transportului de deșeuri către zona de descărcare

controlul utilajelor care părăsesc incinta stației

Pentru a permite accesul vehiculelor de dimensiuni mai mari, lungimea totală a podului basculă pentru stația proiectată va fi de 17 m, iar lățimea de 3 m.

Figura 3.3 Cântar de tip pod basculă

3.5.2 Spațiul de depozitare temporară

Pentru a asigura o funcționare continuă a stației de producere a biogazului și a preveni problemele care pot să apară datorită unor blocaje în livrarea regulată a materiei prime, este necesar să se prevadă un spațiu de depozitare temporară a deșeurilor menajere biodegradabile aduse la stație, care să cuprindă în orice moment o cantitate echivalentă cu cea care s-ar colecta timp de 3 zile.

Ca urmare, această cantitate va fi de:

Mdeptemp = 3*Mbiodegtotalzi = 3*4679,5 kg = 14038,5 kg

Volumul ocupat de deșeuri va fi de:

Vdeptemp = = = 37,94 m3

Adopt un volum al spațiului de depozitare temporară de 40 m3, sub forma unei gropi pătrate cu latura bazei de 4 m și adâncimea de 2,5 m.

3.5.3 Utilaje pentru sortarea și separarea materiei prime

Necesitatea sortării și separării impurităților și a materialelor nedorite conținute în substraturile materiilor prime depinde de originea și de compoziția acestora.

Deșeurile agricole, gunoiul de grajd nu necesită o sortare, ele se introduce direct în lagună.

În cazul deșeurilor menajere biodegradabile, pentru a evita problemele generate de eventuale deșeuri de metale, sticlă sau alte materiale potențial periculoase și care nu sunt biodegradabile, deșeurile menajere aduse la stație sunt trecute mai întâi pe o bandă de sortare, unde 2 operatori examinează conținutul acestora.

Volumul deșeurilor care trec într-o zi de lucru pe banda de sortare este egal cu volumul de deșeuri colectate zilnic, ținând însă cont și de o împrăștiere a deșeurilor pe bandă, deci o densitate mai mică:

Vsortare = == 25.29 kg

Pentru o verificare eficientă, grosimea stratului de deșeuri pe banda de sortare nu trebuie să fie mai mare de 0,1 m (10 cm).

Dacă banda de sortare are o lățime utilă de 0,8 m, lungimea coloanei de deșeuri care trebuie procesată zilnic pe banda de sortare este de:

L = = m=316.12 m

Pentru o verificare atentă, banda de sortare nu trebuie să aibă o viteză de înaintare mai mare de 0,1 m/s.

Ca urmare, coloana de deșeuri de lungime L va fi procesată într-un timp:

tsortare = 3161.2 s = 0.87 ore

Lungimea benzii de sortare nu este deci impusă de timpul de procesare și se alege doar în funcție de necesarul de spațiu pentru operatori și pentru o sortare eficientă.

Considerând un spațiu de lucru de câte 2 m pentru fiecare operator, plus câte 1 m la începutul benzii și la capătul ei, banda de sortare va avea o lungime totală

Lbandă = 2*2+1+1 = 6 m

În Figura 3.4 [20] este prezentată o bandă de sortare pentru deșeuri menajere biodegradabile.

Figura 3.4 Bandă de sortare

3.5.4 Mărunțitorul pentru deșeurile menajere biodegradabile

Pentru reducerea dimensiunilor deșeurilor biodegradabile, în vederea generării mai eficiente de biogaz se folosește un mărunțitor de tip moară cu cuțite.

Utilajul necesar pentru stația de producere a biogazului proiectată, poate fi dimensionat în funcție de volumul de deșeuri care trebuie procesate, de dimensiunile spațiului de alimentare și de condițiile de lucru.

Cantitatea de deșeuri care trebuie procesată este de 4679 kg pe zi, deci 4679/6 = 779.83 kg pe oră sau cca. 13 kg deșeuri pe secundă.

Cea mai importantă componentă a morii cu cuțite este rotorul cu cuțite. Raza corpului principal al acestui rotor trebuie aleasă astfel încât să poată asigura prelucrarea materialului în ritmul cerut. Ca urmare aleg o rază a corpului principal, cilindric, R = 100 mm = 0,1 m.

Lățimea utilă maximă a rotorului trebuie să corespundă lățimii benzii de sortare, adică 800 mm = 0,8 m. Totuși, în cazul de față, sistemul de alimentare a mărunțitorului cu deșeuri va fi de tip pâlnie, deschiderea pâlniei îngustându-se de la 0,8 m la 0,6 m, astfel încât adopt o lățime utilă a rotorului de 0,6 m.

Pe corpul principal al rotorului vor fi amplasate 6 cuțite de secțiune circulară, cu o înălțime totală față de corpul cilindric de 100 mm = 0,1 m lățime la bază de 100 mm = 0,1 m și având fiecare câte 5 muchii tăietoare, dispuse simetric în jurul circumferinței cuțitului.

Diametrul total al ansamblului rotorului cu cuțite va fi de 300 mm.

Pentru dimensionarea parametrilor de mișcare ai rotorului cu cuțite, se ia în considerare forța necesară pentru tăierea materialului procesat. Această forță trebuie să învingă rezistența mecanică a materialului prelucrat, considerând că are loc un proces de forfecare a materialului:

Fmc > Fmat

unde Fmat = f*Amat

f fiind tensiunea de rupere la forfecare iar Amat fiind aria secțiunii materialului prelucrat.

Ca și caz limită din punct de vedere al rezistenței mecanice a deșeurilor biodegradabile prelucrate se poate considera lemnul tare (de exemplu bambus), care are o rezistență la rupere la tracțiune de 350-500 MPa [WIKIPEDIA].

Tensiunea de forfecare este în general mai mică decât rezistența la rupere la tracțiune, dar în condițiile în care materialul biodegradabil trebuie tăiat rapid și fără probleme, se poate considera că fmax = 400 MPa = 400 N/mm2. În ceea ce privește aria secțiunii, se poate considera ca și caz extrem o secțiune cu grosimea de g = 5 mm și lățimea l = 150 mm.

Forța necesară pentru forfecare trebuie să fie atunci mai mare de:

Fmat = fmax * g * l = 300 kN

Pentru că am ales un cuțit cu 5 lame pe circumferință, și presupunem că, pentru o funcționare eficientă, fiecare bucată de material care intră în mărunțitor trebuie tăiată în cursul unei rotații complete a rotorului, forța care trebuie aplicată de fiecare lamă a cuțitului va fi:

Flamă = Fmat/5 = 60 kN

Pe de altă parte, forța cu care un cuțit apasă pe materialul de mărunțit este o forță tangențială egală în modul cu forța centrifugă, deci se poate determina cu formula:

Fmc = m*2*R

unde:

m = masa rotorului

= viteza unghiulară a rotorului

R = raza masei principale a rotorului.

Considerând deci un rotor plin cu raza de 0,3 m și lățimea de 0,6 m, volumul său va fi de:

V = R2*L = *0,32*0,6 = 0,1696 m3

Pentru simplificare, se presupune că diferența între volumul unui cilindru plin cu raza de 0,3 m și lungimea de 0,6 m și volumul rotorului real al mărunțitorului, respectiv ponderea golurilor, este de 30%.

Volumul rotorului va fi atunci

Vrotor = 0,7*V = 0,12 m3

Ținând cont că densitatea oțelului este = 7800 kg/m3

masa corpului principal al rotorului va fi deci de: mrotor = Vrotor* = 936 kg.

Se poate deduce atunci că viteza unghiulară minimă a rotorului trebuie să fie de:

=

= = 14,62 rot/s, sau 877 rot/min

Pentru a putea realiza mărunțirea în condiții eficiente, se consideră deci ca necesară o turație a rotorului de 1800 rot/min.

3.5.5 Laguna acoperită

Deșeurile biodegradabile agricole sunt deversate direct într-un sistem de tip lagună acoperită. Aici ele staționează pe o perioadă de 6 săptămâni (30 zile lucrătoare), timp în care generează biogaz, care este captat în membrana de acoperire a lagunei și apoi evacuat spre un rezervor de biogaz.

Un digestor de tip lagună acoperită este anaerob, cu un timp de retenție lung și un factor ridicat de diluție, biogazul produs fiind captat sub o membrană ermetică flexibilă. Lagunele acoperite sunt folosite de obicei pentru gestionarea deșeurilor biodegradabile zootehnice, deoarece acestea conțin foarte mult lichid, așa cum este cazul și la deșeurile zootehnice din zona orașului Agnita. Laguna nu se încălzește, astfel încât deșeurile biodegradabile fermentează la temperatura ambiantă.

În Figura 3.5 sunt prezentate exemple de lagune acoperite. [12]

Figura 3.5 Exemple de lagune acoperite

În urma combinării, în lagună, a deșeurilor biodegradabile agricole cu cele menajere, densitatea totală a deșeurilor ajunge la 900 kg/m3.

Laguna trebuie deci să poată cuprinde un volum total de deșeuri:

Vlagună = 30 Vagrzicol = 30 = 30 = 11673,49 m3

Se adoptă un volum Vlagună = 12000 m3

[12] recomandă ca adâncimea minimă a unei lagune acoperite să fie de 4 m.

Adopt o adâncime de 5 m, și dimensiuni pe orizontală ale lagunei de 60 m x 40 m.

Pentru o gestionare eficientă a lagunei, aceasta se împarte, prin pereți despărțitori în 30 de celule cu lățimea de 2 m și lungimea de 40 m, care se umplu succesiv timp de 30 de zile. După ce conținutul dintr-o celulă a staționat timp de 30 de zile, el este extras prin pompare și celula respectivă va fi umplută cu deșeuri biodegradabile proaspete.

Pentru captarea biogazului emanat din deșeurile deversate în lagună, aceasta acoperă cu o geomembrană cu grosimea de 2,5 mm. Avantajul geomembranei este că are o rezistență mecanică ridicată, un coeficient de dilatare termică minim și rezistă foarte bine la acțiunea razelor ultraviolete.

Deasupra fiecărei celule, geomembrană trebuie să aibă dimensiuni suficiente pentru ca la încărcare maximă cu biogaz a spațiului de sub ea, ea să adopte un profil de semicerc pe lățimea fiecărei celule.

Aceasta înseamnă că lățimea membranei deasupra unei celule trebuie să fie de:

lmembrcel = πr,

unde r = jumătate din lățimea unei celule; r = 1 m

Deci lmembrcel = π*1 = 3,14 m

Adopt lățimea geomembranei necesare pentru o celulă de 3,2 m.

Lățimea totală a membranei va fi atunci de:

lmembrană = 30*3,2+1 = 97 m

iar lungimea Lmembrană = 40 + 1 = 41 m,

considerând că pentru o ancorare bună, geomembrana trebuie să depășească marginile lagunei în fiecare parte cu 0,5 m.

În dreptul fiecărui perete despărțitor dintre celule, geomembrana este apăsată și fixată printr-o țeavă din material plastic cu diametrul exterior de 0,1 m și grosimea peretelui de 2 mm.

3.5.6 Rezervorul de biogaz

În scopul optimizării procesului, producția de biogaz trebuie menținută, pe cât posibil, la un nivel cât mai stabil și constant. În interiorul lagunei, biogazul se formează în cantități fluctuante, atingându-se vârfuri de producție. De asemenea, necesitățile de biogaz pot fi, și ele, variabile. Pentru a compensa aceste variații, este necesară depozitarea temporară a biogazului produs, folosindu-se, pentru aceasta, facilități adecvate de stocare.

Alegerea corectă a sistemului de stocare a biogazului, precum și dimensionarea adecvată a acestuia contribuie în mod substanțial la eficientizarea și creșterea siguranței în ceea ce privește operarea fabricii de biogaz. O depozitare corespunzătoare a biogazului asigură cantitățile necesare și reduce pierderile acestuia, contribuind, în acest mod, la creșterea siguranței și a fiabilității.

Sistemul de depozitare a biogazului trebuie să prezinte etanșeitate împotriva scurgerilor de gaze și să prezinte rezistență la funcționarea sub presiune. Este necesar ca acestea să prezinte rezistență la acțiunea radiațiilor UV, a temperaturii și a apei. Înaintea punerii în funcțiune a fabricii, trebuie verificată etanșeitatea tancurilor de stocare a gazului. Din motive de securitate, acestea trebuie să fie echipate cu valve de siguranță (la subpresiune și supra-presiune – Figura 3.6 [1]), în scopul prevenirii distrugerilor și pentru reducerea riscurilor de operare. De asemenea, trebuie garantată protecția la explozii. Mai mult, este necesară montarea unui arzător al surplusului de gaz, pentru situațiile de urgență.

Figura 3.6 Dispozitive de siguranță la presiune și valvele aferente

Biogazul se va stoca într-un rezervor confecționat dintr-o geomembrană impermeabilă care trebuie să îndeplinească condiții obligatorii de siguranță. Rezervorul se va construi lângă laguna acoperită.

În Figura 3.7 este prezentat un rezervor de stocare a biogazului. [1]

Figura 3.7 Rezervor pentru stocarea biogazului

În Tabelul 3.3 sunt prezentate cantitățile de biogaz ce rezultă din unele tipuri de deșeuri biodegradabile [11].

Tabelul 3.3 Cantitatea de biogaz produs de anumite deșeuri biodegradabile

Ținând cont că deșeurile se prezintă sub o formă diluată, cu proporția de substanțe uscate de cca. 10%, volumele de biogaz produse de către deșeuri pe toată durata fermentării vor fi:

Pentru deșeurile de la bovine: 2002,68 kg * 0,1 * 0.26 m3 = 52,069 m3

Pentru deșeurile de la ovine: 9905,95 kg * 0,1 * 0,49 m3 = 485,391 m3

Pentru deșeurile de la caprine: 403,15 kg * 0,1 * 0.49 m3 = 19,754 m3

Pentru deșeurile de la păsări: 48541,67 kg * 0,1 * 0,51 m3 = 2475,625 m3

Pentru deșeurile menajere biodegradabile: 4679,5 kg * 0,1 * 0.33 m3 = 154,423 m3

Volumul total de biogaz produsă de aceste deșeuri într-un ciclu complet (42 zile) va fi de:

52,069 m3 + 485,391 m3 + 19,754 m3 + 2475,625 m3 + 154,423 m3 = 3187,262 m3

Cantitatea de biogaz produs într-o zi va fi de:

Vbiogazzi = 3187,262 m3 / 42 = 75,887 m3/zi

Pentru a putea stoca, la presiune normală, întregul volum de biogaz produs pe zi, se adoptă un rezervor de biogaz de formă sferică, cu raza de 3 m.

Volumul total al rezervorului de biogaz va fi atunci, V = = 113,04 m3

Volumul util al rezervorului, ținând cont de ancorări etc. va fi de doar Vrezervor = 90 m3

3.5.7 Arzătorul de biogaz

Există situații în care biogazul este produs în cantități mai mari decât cele prevăzute. Aceasta se poate întâmpla datorită unei rate foarte mari de producere a biogazului, sau din cauza opririi sistemului de înbunătățire a biogazului. În asemenea cazuri este nevoie să se ia măsuri de siguranță, precum stocarea biogazului în exces sau punerea în funcțiune a unor sisteme suplimentare de producere a energiei.[1]

Din acest motiv, fiecare fabrică de biogaz este dotată cu un arzător de biogaz. În cazul în care apare un exces de biogaz, care nu poate fi nici stocat, nici utilizat, arderea acestuia în atmosferă reprezintă ultima soluție, fiind necesară pentru eliminarea oricăror riscuri, precum și pentru protecția mediului. În situații excepționale, arderea atmosferică poate fi soluția potrivită pentru neutralizarea biogazului produs prin procesul de fermentare anaerobă, în condiții de siguranță, în cazul în care recuperarea energiei nu este fezabilă.[1]

În Figura 3.8 este prezentat un arzător de biogaz. [1]

Figura 3.8 Arzător de biogaz

3.5.8 Rezervorul de digestat

Digestatul scos din lagună se va stoca timp de 3 zile într-un rezervor de digestat, după care va fi transportat din stație pentru îmbunătățire în scopul utilizării sale în agricultură ca îngrășământ.

Se consideră că digestatul rămas după fermentarea în lagună are un volum de 1/3 din volumul inițial de deșeuri dintr-o celulă.

Volumul inițial de materie primă dintr-o celulă este de 400 m3, însemnând că digestatul rămas are volumul de:

400 m3 * 1/3 = 133,33 m3

Deci zona de stocare a digestatului pentru 3 zile trebuie să aibă:

133,33 m3 * 3 = 400 m3

Rezervorul de digestat va fi conceput sub forma unei gropi căptușite cu beton armat. cu adâncimea de 2 m, lungimea de 20 m și lățimea de 10 m.

Digestatul va fi pompat din lagună și transportat in rezervor prin conducte.

În rezervorul de stocare a digestatului se mai poate produce biogaz. În scopul prevenirii emisiilor de metan și a colectării biogazului produs în tancul de stocare a digestatului, acesta se acoperă cu o membrană impermeabilă pentru captarea biogazului, biogazul colectat fiind apoi tranportat la rezervorul pentru stocarea biogazului.

3.5.9. Stația de îmbunătățirea biogazului și rezervorul de biometan

Înainte de a putea folosi biogazul pe post de combustibil, el trebuie purificat prin îndepărtarea tuturor substanțelor contaminante (hidrogen sulfurat H2S, compuși halogenați, siloxani etc.) precum și a dioxidului de carbon. În acest mod, are loc o creștere a conținutului său de metan, proces numit îmbunătățirea biogazului. [1]

Biometanul rezultat este unul dintre cei mai eficienți biocombustibili, așa cum se vede în figura 3.9. [1]

Figura 3.9. Comparație între diverși biocombustibili, sub forma distanței parcurse de către un automobile care funcționează pe bază de biocombustibili produși din culturi agricole, pe hectarul de teren arabil.

Pentru îmbunătățirea biogazului, s-a ales, dintre posibilitățile tehnologice oferite de firme specializate (instalații de absorbție prin barbotare în apă, instalații de absorbție cu solvenți organici, instalații de adsorbție prin variație de presiune – PSA, instalații cu separare prin membrană și instalații de separare criogenică), o instalație de adsorbție prin variație de presiune – PSA, ținând cont de faptul că literatura de specialitate [1], [2], [6] indică faptul că este una dintre variantele cele mai răspândite în lume, randamentul de producere a biometanului fiind relativ ridicat (până la 91% [6]), iar consumul de energie pentru îmbunătățire fiind relativ redus.

Astfel, considerând producția de biogaz a stației proiectate, indicată în subcapitolele anterioare, de 239,79 m3/zi, s-a ales o instalație de tip Carbotech BGAA250 [11] cu următoarele caracteristici:

debitul maxim de biogaz prelucrat: 250 Nm3/h

debitul de biometan rezultat: 125 Nm3/h

consum de energie electrică: 60 kW

dimensiuni: 21 x 6 m

În Figura 3.10 se prezintă schema funcțională a instalației de îmbunătățire tip PSA [6], iar în figura 3.11 este prezentată o stație de îmbunătățire funcțională [2].

Figura 3.10 Schemă funcțională a instalației de îmbunătățire tip PSA

Figura 3.11 Stație de îmbunătățire funcțională

Având în vedere randamentul acestei instalații și debitul de biogaz, rezultă pentru stația de biogaz proiectată o producție de biometan de 5 Nm3/h.

Biometanul rezultat va fi stocat într-un rezervor de înaltă presiune, cu un volum de 10 m3, în vederea comercializării sale ulterioare.

3.5.10 Monitorizarea operațiilor din stația de producere a biogazului

O stație de biogaz reprezintă o instalație complexă, între componentele căreia există o strânsă interrelație. Din acest motiv, monitorizarea și controlul central, computerizat al acesteia reprezintă o parte esențială a operării fabricii, care trebuie să ofere garanția succesului și să prevină apariția oricărui eșec. [1]

Standardizarea și dezvoltarea continuă a tehnologiei procesului de fermentare anaerobă sunt posibile numai printr-o monitorizare permanentă și prin elaborarea documentației privind datele importante.

Monitorizarea și documentarea sunt, de asemenea, necesare pentru asigurarea stabilității proceselor, prin recunoașterea deviațiilor care survin de la valorile standard. În acest mod, devine posibilă o intervenție rapidă și luarea măsurilor corective necesare.

Procesul de monitorizare include colectarea și analiza parametrilor fizici și chimici. Sunt necesare teste curente de laborator, în vederea optimizării procesului de fermentare anaerobă și a evitării colapsului procesului de producție a biogazului.

Ca un minimum necesar, trebuie monitorizați următorii parametri:

Tipul și cantitatea materiei prime introduse (zilnic).

Temperatura de procesare (zilnic).

Valoarea pH-ului (zilnic).

Cantitatea și compoziția gazului (zilnic).

Conținutul în acizi grași cu catenă scurtă.

Nivelul de umplere.

Procesul de monitorizare trebuie să fie asistat de către constructorul stației, sub formă de service, ulterior fazei de construcție a acesteia. [1]

Tipul echipamentului de control și monitorizare include temporizatoare, software pentru vizualizarea asistată de computer a procesului de control, sistem de alarmare la distanță.

Alte utilaje folosite

Transportul deșeurilor menajere biodegradabile din Agnita la stația de biogaz se face cu un camion, iar deșeurile agricole biodegradabile (gunoiul de grajd) se transportă cu 4 autocisterne, exemple pentru aceste utilaje fiind prezentate în Figura 3.12 [13, 16]

Transportul deșeurilor menajere biodegradabile mărunțite și depozitate în depozitul intermediar se face cu ajutorul unui tractor și a unui încărcator. Încărcătorul este prezentat în Figura 3.13. [1]

Figura 3.12 Camion pentru deșeurile biodegradabile și autocisternă pentru gunoiul de grajd

Figura 3.10 Încărcător pentru deșeurile menajare

Aceste utilaje sunt staționate în afara programului de lucru într-un garaj cu lungimea și lățimea de 27 m aflat în incinta stației de producere a biogazului, proiectată.

4. CONCLUZII

Acest proiect a avut ca temă proiectarea unei stații de producere a biogazului din deșeuri agricole și deșeuri menajere biodegradabile în orașul Agnita, județul Sibiu.

Pornind de la date statistice privind populația și indicele de generare a deșeurilor, s-a calculat cantitatea totală de deșeuri menajere biodegradabile și agricole generate și disponibile pentru stația de producere a biogazului, respectiv 50029,23 kg/zi.

S-a calculat și necesarul de vehicule de colectare pentru deșeuri. Pentru colectarea deșeurilor menajere biodegradabile este nevoie de un camion cu o capacitate de transport de 7 t, iar pentru colectarea deșeurilor agricole este nevoie de 4 autocisterne cu capacitatea de câte 20 m3.

S-au proiectat și s-au dimensionat principalele componente ale stației, începând cu spațiul de depozitare temporară a deșeurilor menajere biodegradabile care are un volum de 40 m3 și banda de sortare pentru deșeuri menajere biodegradabile care are o lungime de 6 m și o lățime utilă de 0,8 m. Pentru mărunțirea deșeurilor menajere biodegradabile a fost dimensionată o moară cu cuțite astfel încât să poată asigura prelucrarea materialului în ritmul cerut, fără ca elementele tăietoare să cedeze.

Compostarea anaerobă a deșeurilor are loc într-o lagună acoperită, care este cea mai importantă componentă a stației, având un volum de 12000 m3, cu o adâncime de 5 m și dimensiunile pe orizontală de 60 m x 40 m. Laguna este împărțită în 30 de celule cu o lățime de 2 m.

Biogazul produs este stocat într-un rezervor de joasă presiune cu un volum util de 90 m3, în timp ce rezervorul pentru stocarea digestatului are un volum de 400 m3. Biogazul este apoi pompat către o instalație de îmbunătățire a biogazului de tip Carbotech BGAA250, biometanul rezultat fiind stocat într-un rezervor de înaltă presiune cu volumul de 10 m3.

O asemenea stație de producere a biogazului în localitatea Agnita ar crea noi locuri de muncă, activitatea de gestionare a deșeurilor în localitate ar deveni mai eficientă, încadrându-se în cerințele dezvoltării durabile, iar prin comercializarea produselor obținute prin fermentarea anaerobă a deșeurilor și îmbunătățirea biogazului s-ar obține profit care să amortizeze costul inițial al investiției într-un timp scurt.

Se poate considera deci că prin acest proiect au fost îndeplinite toate obiectivele propuse și că el este nu doar fezabil, ci și benefic pentru localitatea vizată, Agnita.

5. BIBLIOGRAFIE

Al Seadi ș.a., “Biogaz Ghid Practic”, 2008.

Beil, M., Hoffstede, U., “Overview on (biogas) upgrading technologies, European Biomethane Fuel Conference”, Göteborg, Suedia, 2009.

Bogdan, A., “Potențialul biogazului în România o evaluare bazată pe sursele de deșeuri organice”, Sibiu, 2009.

Mnere, D., Slavici, T., Cracaliana, A., Dumitru, Ț., “Calitatea sistemelor tehnice de producere a biogazului”, Timișoara, 2009.

Nikolic, V., “Producerea și utilizarea biogazului pentru obținerea de energie“, suport de curs, 2006

Persson, M., Jönsson, O, Wellinger, A., “Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection”, IEA Bioenergy, 2006.

Raport asupra situației economico-sociale a orașului Agnita, 2012 – http://www.primaria-agnita.ro/, accesat la 12 mai 2012

Vintilă, T., “Scientific Papers: Animal Science and Biotechnologies”, 2009

Vintilă, T., Nikolis, V., „Integrarea fermentației anaerobe și captarea metanului în managementul dejecțiilor dintr-o fermă de vaci de lapte”, Timișoara, 2009

*** Biogas – Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas, accesat 2 mai 2012

*** Biogas upgrading plants, Carbotech – Viessmann Group, http://www.carbotech.info/etc/medialib/internet_carbotech/pdf.Par.77162.File.File.tmp/Biogas_pgrading_plants.pdf

*** Detailed Description of the Three Main Dairy Digester Technologies, RCM International LLC, http://www.rcminternationalllc.com/RCM_Forms/RCM_Digester_Types.pdf, accesat la data de 25 mai 2012

*** http://www.agriaffaires.co.uk/used/truck/2435604/volvo-fm-7-290.html , accesat 12 iunie 2012

*** http://www.firmeproduse.ro/catalog/8850/Cantar+Pod+Bascula.html, accesat 12 iunie 2012

*** Lucrările workshopului "Probiopol – Biogas Polygeneration for Romania", Sibiu, 2009, http://www.probiopol.de, accesat la data de 26 mai 2012.

*** Nova prod gras – http://novagas.ro/servicii/comercializare-cisterne-gpl-vanzare/, accesat 26 mai 2012

*** Planul județean de gestionare a deșeurilor, Sibiu, 2009 – http://www.cjsibiu.ro/portal/sibiu/cjsibiu/portal.nsf/D8607FCEA7E5A7E4C2257418004571C8/$FILE/ph2_26_03_09_plan_jud_deseuri.pdf, accesat la data de 12 mai 2012

*** Planul regional de gestionarea a deșeurilor Reguinea 7 Centru, 2007 – http://regio.adrcentru.ro/Document_Files/ADDocumentePlanificare/00000129/hnen2_Plan%20Regional%20Gestionare%20Deseuri.pdf , accesat la data de 12 mai 2012

*** Protecția mediului în industrie – http://spiridons.ecosapiens.ro/biogazul, accesat 2 iunie 2012

*** Seba Energy – http://www.sebaenergy.ro/index.php, accesat 12 iunie 2012

*** Solid Waste Management, United Nations Enviromment Programme, Calrecovery, 2005 – http://www.unep.org/ , accesat 20 mai 2012

*** Agnita – Wikipedia – http://ro.wikipedia.org/wiki/Agnita, accesat 12 mai 2012

*** Williams D., Gould-Wells D., Biogas Production From A Covered Lagoon Digester And Utilization In A Microturbine, 3rd International Methane and Nitrous Oxide Mitigation Conference in Beijing, China, http://www.coalinfo.net.cn/coalbed/meeting/2203/ /papers/agriculture/AG079.pdf, accesat la data de 29 mai 2012

*** Wikipedia, http://ro.wikipedia.org, http://en.wikipedia.org

*** Prospecte, broșuri, standarde privind echipamente și activități din cadrul unei stații de producere a biogazului

Data, Semnătura,

……………………… . ……………………… .

OPIS

Prezentul proiect de diplomă conține:

Partea scrisă :

Număr pagini:

Tabele:

Figuri în text:

Partea desenată:

Formate A1:

Formate A2:

Formate A3:

Formate A4:

Declar pe propria răspundere că am elaborat personal proiectul de diplomă, și că nu am folosit alte materiale documentare în afara celor prezentate în capitolul Bibliografie.

Semnătura autorului,

Sunt de acord cu susținerea prezentului proiect de diplomă, elaborat de candidata MIKLOS RITA-PALMA, în sesiunea iulie 2012.

Data prezentării: Semnătura conducătorului,