Ottimizzazione del processo di digestione anaerobica da FORSU: l'effetto dei pretrattamenti e dell'origine dell'inoculo = Optimisation of the anaerobic digestion process from OFMSW: the effect of pretreatments and inoculum origin

Nell’ottica di un’Economia Circolare e di un futuro sempre più improntato verso le energie rinnovabili, il processo di digestione anaerobica si configura come una proposta valida e sostenibile per la gestione delle matrici organiche e la conseguente produzione di biogas. Tra queste matrici, la Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani (FORSU) è una delle più utilizzate e la scelta di realizzare dei pretrattamenti (fisici, chimici, biologici e ibridi) su di essa può comportare un incremento della quantità di biogas prodotto e della percentuale di metano in esso contenuto. A tal fine, si è scelto di studiare sperimentalmente e modellisticamente i pretrattamenti da eseguire sulla FORSU, con un focus particolare sui pretrattamenti fisici meccanico, cavitato, ultrasuoni e termico. Oltre a considerare i pretrattamenti della FORSU, si è studiato contemporaneamente l’effetto dell’inoculo e dell’interazione di esso con la FORSU pretrattata. In particolare, i parametri considerati per ottimizzare l’inoculo sono stati: origine dell’inoculo, rapporto substrato/inoculo e tempi di acclimatamento dell’inoculo stesso. Le origini di inoculo selezionate per le prove in laboratorio sono fango derivante dal trattamento di acque reflue (WAS) e digestato proveniente dal trattamento di deiezioni animali (CAS), ciascuna acclimatata per 0, 5 o 10 giorni e applicata in tre differenti rapporti substrato/inoculo (1:2, 1:1, 2:1). Sperimentalmente, le prove di digestione anaerobica sono state condotte al 6% di secco, in condizioni di mesofilia (35°C), in reattori di volume di 250 mL con volume di lavoro di 200 mL e miscelazione manuale. La misurazione del volume di biogas prodotto è stata svolta con il metodo “spiazzamento ad acqua”, mentre la composizione tramite analizzatore di biogas (GA5000). I pretrattamenti fisici sono stati condotti secondo le seguenti configurazioni: i pretrattamenti meccanici sono stati eseguiti per 15, 30 e 45 min, i pretrattamenti termici sono stati eseguiti a temperature di 60, 90 e 120 °C per 15, 30 e 45 min, il pretrattamento di cavitazione è stato condotto per 10 min con una potenza di 4kW e infine il pretrattamento a ultrasuoni per 30 min a 0.02 kWh/L. Tra i pretrattamenti fisici eseguiti, il più promettente risulta essere il pretrattamento termico e in particolare quello eseguito a 90°C per 30 min con inoculo CAS acclimatato per 5 giorni con un rapporto S/I= 1:1, con produzione di biogas di circa 1000 NL/kgSV e un tenore di metano del 70% v/v. Per completare lo studio sono stati calcolati la cinetica di disintegrazione del primo ordine, le produzioni di biogas massime potenziali teoriche e i tempi di latenza con il modello di Gompertz modificato. Infine è stato calcolato l’Energy Sustainable Index (ESI) per valutare se le configurazioni di digestione anerobica testate siano energeticamente sostenibili. Per concludere, è stata eseguita un’analisi economica per identificare le configurazioni di digestione anaerobica economicamente redditizie.