Comment sélectionner l'inoculum pour l'usine de biogaz – deuxieme PARTIE

L'activité méthanogène spécifique (École secondaire): réalisation et interprétation des résultats des tests.

Re-publication d'un article de Mario A. Rosé sur Agronotizie

Dans Partie I de cet article, nous avons illustré comment l'activité biologique d'un inoculum est mesurée en introduisant une certaine quantité de substrat de référence dans un réacteur d'essai et en vérifiant que pour chaque gramme de DCO (La demande chimique en oxygène) sont produits au moins 350 Ncm3 de méthane.

Analysons dans ce deuxieme PARTIE de l'article le particularités du test d'activité méthanogène spécifique (École secondaire).

Comment réaliser le test SMA en pratique

La littérature scientifique sur les preuves École secondaire il est très varié en ce qui concerne les substrats à utiliser (Réf.[je]).
Le premier doute que le débutant doit lever avant de commencer un test d'activité méthanogène est donc: quel substrat utiliser? En général, tout substrat 100% digestible produira 350 Ncm3 CH4/gCOD, comme le Table 1.

Table 1: Morue et Bmp(potentiel méthane) de certains substrats purs et 100% digestible, facile à trouver. Calcul de la DCO réalisé par l'auteur à partir de la stoechiométrie de l'oxydation totale, et BMP théorique obtenu avec la formule de Buswel et Symons (Normes UNI 11723, annexe B.2)

D'un point de vue formel, Mais, un test réalisé avec un substrat autre que l'acétate de sodium ou l'acide acétique est certainement un test d'activité biologique, mais un test spécifique d'activité méthanogène ne peut être envisagé. Par exemple, un test réalisé avec du sucre au lieu de l'acétate impliquera deux groupes de microorganismes: bactéries fermentatives, qui convertira le sucre en acide acétique, et le Archée, qui convertira l'acide acétique en méthane et en dioxyde de carbone. Si le test donne un résultat négatif: comment dire avec certitude lequel des deux groupes de microorganismes est celui qui manque ou qui est inhibé?

Le deuxième aspect à considérer concerne le quantité d'acide acétique ou d'acétate de sodium à introduire dans le réacteur d'essai. La normeUNI/TS 11703:2018 recommande d'effectuer un contrôle positif en parallèle avec chaque test Bmp pour vérifier la qualité de l'inoculum. Cependant, la norme n'établit pas quel est le taux d'inoculation: substrat (EST) être adopté, ce qui implique qu'il doit être “supérieur à 2” comme pour tout test Bmp. Dans le cas particulier de l'acide acétique, cependant, le rapport I / S doit être bien supérieur à 10, sinon vous risquez de trop abaisser le pH, et aussi la réaction de l'acide avec les carbonates et bicarbonates présents dans l'inoculum produira une mousse abondante, jusqu'à ce que le réacteur déborde. L'acétate de sodium, au lieu, il n'altère pas le pH de l'inoculum car c'est un sel, mais un rapport I / S trop proche de 2 Cela peut causer “faux négatifs” parce que le sodium est un inhibiteur de Archée, comme nous l'avons déjà démontré dans un autre article de cette chronique (La conductivité électrique n'est pas fiable pour la gestion de l'usine de biogaz).

La Photo 1 montre l'exemple d'un test réalisé sur le même échantillon d'inoculum, avec différentes quantités d'acétate de sodium.

Photo 1: Un test de digestion anaérobie de l'acétate de sodium, réalisé par l'auteur sur un seul échantillon d'inoculum, mais avec des rapports I / S différents
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Aux effets pratiques, la preuve d'activité méthanogène il doit être fait avec une dose d'acétate de sodium – ou acide acétique – assez bas pour ne pas déclencher “faux négatifs” en raison de l'effet inhibiteur de ces substrats. Pour éviter le “faux négatifs”, la dose d'acétate de sodium ne doit jamais dépasser le seuil d'inhibition. La littérature scientifique il n'est pas unique sur la valeur de cette valeur seuil. Il existe des valeurs allant de 7 g d'acétate / l d'inoculum (Réf.[je]), gamme al 4-8 g / l valide si – comme cela arrive souvent dans les usines de biogaz agricoles– l'inoculum a un pH> 7,5 (Réf.[ii]) jusqu'à un minimum de 2 g / l (Réf.[iii]). Il est à noter que toutes les expériences indiquées ci-dessus concernent le digestat des stations d'épuration, l'auteur a obtenu de bons résultats avec des concentrations d'acétate allant jusqu'à 12 g / l d'inoculum. Pour les tests avec des digestats de plantes agricoles, il semble donc raisonnable de supposer une limite égale à 10 g d'acétate / l de digestat agricole. Si vous utilisez plutôt de l'acide acétique, la concentration totale ne doit pas dépasser i 2,4 g / l d'inoculum, sinon vous risquez de trop abaisser le pH (Réf. [iv]). Si vous n'avez pas d'acide acétique pur, cette concentration est atteinte avec 40 ml de vinaigre / l d'inoculum(le vinaigre contient environ 6% d'acide acétique en volume).


L'unité de mesure de École secondaire

La fréquence respiratoire de tout être vivant est exprimée en Nm3 de gaz par unité de poids vif, par unité de temps. Dans le cas d'un digestat, la masse de bactéries est représentée par des solides volatils (SV), généralement exprimé en g / litre. La courbe d'activité méthanogène est tracée en traçant sur l'axe Y le débit quotidien de méthane par unité de solides volatils dans l'inoculum, en fonction du temps, sur l'axe X. La SMA est la valeur numérique qui correspond au sommet de cette courbe, généralement exprimé en Ncm3 au CH4 / (g SVinoculo x giorno).

La Foto 2 mostra le curve di attività metanogenica corrispondenti alla stessa prova riportata nella Foto 1.
In generale, un valore di SMA > 10 Ncm3/g SV . d si considera buono.

Foto 2: Attività metanogenica di un digestato proveniente da un impianto agricolo, misurata con diversi rapporti I/S. In questo caso concreto, la massima Sma si è verificata con I/S = 4 corrispondente ad un dosaggio di 12 g acetato/l inoculo
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Un caso di studio reale

Un impianto di biogas richiede il riavvio in seguito a degli interventi di manutenzione straordinaria. Nella zona ci sono due impianti dai quali si potrebbe prelevare l’inoculo, a distanze diverse. Il costo di trasporto dell’inoculo dall’impianto A è 3,65 euro/tonnellata e quello dall’impianto B è 4 euro/tonnellata. Le Sma degli inoculi sono quelle indicate nella Foto 3. Analizziamo quale dei due inoculi conviene utilizzare.

Dal punto di vista puramente biologico, l’inoculoB è migliore dellA, ma entrambi sono comunque validi, in quanto hanno Sma> 10 Ncm3/g SVinoc . d mentre i costi specifici sono differenti (inoculo A: 3,65 euro/14 = 0,26 euro per unità di SMA e inoculo B: 4 euro/18 = 0,22 euro per unità di SMA).

Il criterio generale parte da un presupposto: se la quantità d’inoculo necessaria per avviare l’impianto è direttamente proporzionale alla attività biologica, allora dobbiamo verificare se conviene usare l’inoculo più economico in quantità maggiore o una quantità minore dell’inoculo più caro. In termini economici è più conveniente avviare l’impianto con l’inoculo B (curva blu, Foto 3), il cui trasporto è più caro ma, avendo una attività metanogenica maggiore, richiederà una quantità minore.

Foto 3SMA di due inoculi provenienti da impianti diversi. Rosso = Impianto A, Blu = Impianto B
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Conclusions

La prova di Attività Metanogenica Specifica (École secondaire) è un test abbastanza veloce ed economico: consente di selezionare l’inoculo biologicamente più attivo, in modo da velocizzare l’avviamento di un impianto di biogas con il minimo costo. La sua realizzazione è abbastanza semplice, ma non esiste ancora una norma che stabilisca una procedura univoca. Il segreto per una buona riuscita della prova è mantenere la concentrazione di acetato di sodio – ou acide acétique– al di sotto della soglia d’inibizione delle Archée, altrimenti si potrebbero generare dei “faux négatifs”. En général, un dosaggio di 10 g acetato/l inoculo, oppure 2,4 g acido acetico/l inoculo (equivalente 40 ml di aceto/l inoculo) si ritiene abbastanza ragionevole per testare inoculi anaerobici da impianti agricoli.


Referenze bibliografiche e approfondimenti consigliati

[jeAthar Hussain,  Shashi Kant Dubey; Specific methanogenic activity test for anaerobic degradation of influents; Appl Water Sci (2017) 7:535–542; DOI 10.1007/s13201-015-0305-z.
[iiArjen Rinzema, Jules van Lier, Gatze LettingaSodium inhibition of acetoclastic methanogens in granular sludge from a UASB reactor, Enzyme and microbial technology, Volume 10, Issue 1, 1988, pages 24-32, ISSN 0141-0229.
[iiiSatoshi Fukuzaki, Naomichi Nishio and Shiro NagaiKinetics of the methanogenic fermentation of acetate; Applied and environmental microbiology, Oct. 1990, p. 3158-3163 Vol. 56, No. 10.
[ivSouto, T.F., Aquino, S.F., Silva, S.Q. et al.Influence of incubation conditions on the specific methanogenic activity testBiodegradation 21, 411–424 (2010).
[vFranke-Whittle IH, Walter A, Ebner C, Insam H.Investigation into the effect of high concentrations of volatile fatty acids in anaerobic digestion on methanogenic communities. Waste Manag. 2014; 34(11):2080-2089.

Si veda inoltre:
M. A. Rose, S. StrombergQuick restart of a biogas plant and micronutrients cost minimization with AMPTS II Light, Application note, Bioprocess control.

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