Valutazione della fattibilità della digestione anaerobica di fanghi di depurazione in presenza di biochar = Evaluation of the feasibility of anaerobic digestion of sewage sludge with the addition of biochar

La produzione di fanghi di depurazione è in progressivo aumento a causa dei limiti sempre più restrittivi sulla rimozione degli inquinanti, e in particolare dei nutrienti. La digestione anaerobica (DA) garantisce la riduzione del volume totale di fango da smaltire e assicura la produzione di biogas, consentendo il recupero di energia. Negli ultimi anni è stato indagato l’utilizzo del biochar (BC) come additivo nella DA per aiutare a stabilizzare il processo, evitare l’accumulo di sostanze inibenti e garantire rese maggiori di biogas e metano. Diverse condizioni di pirolisi e di attivazione influenzano le caratteristiche fisico-chimiche del BC, mentre l’origine della biomassa determina la presenza di specifici gruppi funzionali. Questa tesi ha studiato l’effetto dell’aggiunta di 7 diversi BCs in processi di DA di fango misto a 37°C con alimentazione batch. Sono state svolte due serie di prove, che si differenziano per substrato e inoculo, in cui sono stati gestiti per ciascun BC 3 reattori per la misura della produzione di biogas e 3 per il metano; infine sono stati gestiti 6 reattori “controllo” (fango misto e inoculo) e 6 reattori “bianco” (solo inoculo). I BCs esaminati, pirolizzati a 550°C, derivavano da: lolla di riso (RH550), fanghi di depurazione delle acque (SS550), legno tenero (SW550), attivazione fisica con CO2 a 900 °C dei BCs appena descritti (RHA550, SSA550, SWA550) e digestato agroindustriale (SFA450) sottoposto ad attivazione con vapore acqueo a 850 °C. La caratterizzazione dei BCs ha evidenziato un notevole incremento della superficie specifica (SSA) in seguito all’attivazione con CO2; i valori elevati di SSA e di porosità di RHA550 e SWA550 corrispondevano a maggiori rimozioni di solidi volatili (VS) e COD solubile durante il processo di DA. Quasi tutti i BCs testati, ad esclusione di RH550 e SW550, hanno garantito concentrazioni finali di acidi grassi volatili (VFAs) minori rispetto al controllo. Mediamente, l’attivazione del BC ha aiutato a contrastare l’accumulo di VFAs. Per quanto riguarda la produzione di biogas, tutti i digestori addizionati di BC hanno portato a rese più elevate rispetto al fango grezzo. In questo studio, SSA550 e SW550 hanno incrementato la produzione specifica di metano del 22% rispetto al controllo e SS550 ha garantito un incremento dell’8%. Al contrario, RH550 e SWA550 hanno inibito la SMP. La seconda prova ha portato a produzioni specifiche di biogas e metano molto maggiori a causa dell’elevato contenuto di sostanza organica del substrato. Durante questa prova, l’aggiunta del SFA450 non ha avuto alcun effetto sulle curve di SBP e SMP rispetto al controllo. I risultati hanno inoltre dimostrato che SSA550 ha assicurato un contenuto di metano dell’88%. Dall’ applicazione del modello di Gompertz modificato sono stati ricavati Rmax, che descrive la velocità di produzione massima del metano (Nm3 kgVS-1 d-1) e la lag phase λ, risultata nulla per tutti i BC. Infine, da un’analisi delle componenti principali (PCA) è risultato che la produzione specifica di metano sia correlata positivamente alle variabili O:C, H:C, dimensione dei pori, e conducibilità elettrica. Al contrario, la SMP non sembrava essere influenzata dalla SSA che era invece positivamente correlata alla produzione di biogas e alla rimozione di VS. Nel complesso, l’attivazione del BC ha garantito risultati soddisfacenti ma ogni situazione sperimentale è da valutare attentamente per determinare quale BC abbia le caratteristiche adeguate.