I batteri della digestione anaerobica che intervengono in successione: idrolitici, fermentativi e metanogeni.
Un impianto di biogas è un allevamento di batteri che vivono e si riproducono in assenza di ossigeno.
Nei biogas il substrato costituito da liquami e cereali viene demolito in assenza di ossigeno, digestione anaerobica, da alcune famiglie di batteri.
I batteri trasformano la sostanza organica in sostanza inorganica.
I batteri formano una catena trofica, dove i cataboliti degli uni diventano gli anaboliti dei seguenti, dove il prodotto demolito diventa il cibo di un altro batterio. I batteri all’inizio della catena trofica si moltiplicano più velocemente di quelli alla fine, per cui il collo di bottiglia delle fermentazioni è sempre a valle.
La condizione di anaerobiosi del Biogas
Le fermentazioni anaerobiche avvengono concentrazione di ossigeno inferiore a 0,1 mg/L.
Batteri idrolitici della fermentazione anaerobica
Anaerovibrio, Bacilli, Batteroidi, Butirivibrio, Clostridi, Ruminococchi.
L’azione idrolitica di questi batteri sulle macromolecole è solitamente extracellulare.
Batteri fermantativi e acidogeni della anaerobiosi
Fermentativi: Clostridi, Desulfovibrio, Ruminococchi, Selenomonas, Syntrophomonas, Syntrophobacter.
Acidogeni: Acetogenium, Clostridi, Eubatteri.
Questi batteri lavorano all’interno della cellula su piccoli monomeri.
Batteri metanogeni acetoclasti e idrogenofili
Il metano è prodotto da due gruppi di microorganismi Archaea: gli Archaea acetoclasti che producono il 72% e gli Archaea idrogenotrofi che producono il rimanente 28%.
Archaea acetoclasti
Gli Archaea acetoclasti si nutrono solo di acido acetico (o il suo sale, l’acetato di sodio), sostanza però indigeribile per gli altri microrganismi che compongono la flora del digestato.
A pH 6-8, l’acido acetico riesce ad attraversare la membrana cellulare dei batteri. Se il pH è inferiore a 5, nel battere entra troppo acido acetico e la fermentazione viene inibita.
In presenza di grandi quantità di ammoniaca e solfuri, come nel letame bovino, gli acetoclasti sono svantaggiati, fino a scomparire.
Archaea idrogenotrofi
Archaea idrogenotrofe produce il 28% del metano e acqua nei digestori in anaerobiosi, nutrendosi di CO2 e H2.
Gli Archaea idrogenotrofi sono un gruppo di batteri anaerobico largamente disponibile nei fanghi di depurazione fognari, che vanno arricchiti per un mese a 50-55°C.
Il bioupgrading è la purificazione-eliminazione dall’anidride carbonica, che si realizza iniettando idrogeno così da ottenere biogas con un tenore di metano superiore al 90%.
Elenco di Archaea idrogenotrofi: 60% Metanolinea, 20% Metanobatteri, 5% Metanotrix. Nel bioupgrading il battere archea nettamente prevalente è MetanoTermobacter.
Cosa succede se quando gli idrogenotrofi non riescono a degradare gli AGV ?
In questi casi aumenta la COD dell’effluente fino ai valori dell’influente.
L’antagonismo tra acetoclastici e idrogenotrofi
Parliamo di antagonismo perchè gli idrogenotrofi lavorano bene a pH tra il 6 e l’8, e se gli acidogeni lavorano troppo il pH si abbassa sotto il 6, mette a rischio gli idrogenotrofi.
L’attività dei batteri idrogenotrofi è fondamentale per tutto il processo, infatti se avviene un accumulo di idrogeno a valle, vengono inibiti i batteri acidogeni che trasformano gli agv butirrico e propionico in acetico a monte.
Inoculo di batteri in un nuovo digestore
Quando si inoculano dei batteri in un nuovo impianto di biogas o in uno vecchio fermato per manutenzione straordinaria, bisogna appurare che i batteri dell’inoculo siano della giusta qualità e quantità.
Il modo più semplice è prendere degli inoculi da digestori che utilizzano il nostro stesso tipo di matrice: biomassa vegetale, deiezione bovina, suina, avicola e biomassa animale.
Prova in laboratorio della bontà dell’inoculo
Facciamo reagire in un micro-digestore di laboratorio una quantità certa di acido acetico oppure di acetato di sodio e aggiungiamo l’inoculo e facciamo il test della Specifica attività metanogena:
La corretta fermentazione batterica di una mole di acido acetico o una mole di acetato di sodio ci darà 373 o 273 cm3 di metano:
| una mole di | cm3 di metano |
| Acido acetico | 373 |
| Acetato di sodio | 273 |
SMA
Conoscendo la Domanda chimica di ossigeno delle due diverse sostanze, possiamo calcolare il metano sul consumo di ossigeno, che come vediamo è identico:
| una mole di * | cm3 CH4/gr* | COD /gr* | cm3 CH4/COD |
| Acido acetico | 373 | 1,067 | 350 |
| Acetato di sodio | 273 | 0,78 | 350 |
SMA COD
Se il laboratorio conferma questi valori, significa che siamo in presenza di un buono inoculo per la produzione di metano.