Valutazione delle potenzialità del biochar come materiale adsorbente degli acidi grassi volatili = Evaluation of the potential of biochar as adsorbent material of volatile fatty acids

La digestione anaerobica è un processo di degradazione biologica della sostanza organica che produce biogas. L’accumulo, però, di acidi grassi a concentrazioni elevate inibisce significativamente il processo di digestione anaerobica, riducendo la produzione di biogas e compromettendo l'efficienza complessiva. L’applicazione di biochar come materiale adsorbente ha dimostrato di mitigare gli effetti inibitori degli acidi grassi, dell’ammoniaca, promuovere la generazione di biogas e la concentrazione di metano, mantenendo la stabilità del processo. Il progressivo accumulo delle sostanze adsorbite sulla superficie del biochar ne riduce la capacità di adsorbimento fino all’esaurimento. È quindi necessario prevedere un processo di rigenerazione del biochar esausto, al fine di poter comprendere se esso sia riutilizzabile e se mantenga le stesse performances di adsorbimento. Questo lavoro valuta le performance di biochar di origine differente, prodotti nelle medesime condizioni di pirolisi (pirolisi in reattore a letto fisso a 500°C a 15°C/min con tempo di residenza di 60 min): lolla di riso, lolla di riso attivata con NaOH e digestato proveniente dalla digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti solidi urbani e come bianco il carbone attivo commerciale. Sono stati condotti esperimenti in batch ai fini di determinare i fattori che massimizzano l’efficienza di adsorbimento di 3000 mg/L di acido acetico con i diversi biochar descritti. I parametri valutati sono stati il dosaggio del materiale adsorbente, in particolare 2.5 g/L e 5 g/L, la temperatura, 20°C e 36°C e il pH. Al termine delle prove di adsorbimento, il materiale con maggiore capacità adsorbente è stato sottoposto a rigenerazione. Sono stati studianti e confrontati tre processi di rigenerazione: pirolisi a 300°C a 15°C/min per 30 min, ultrasuoni con bagno di acqua distillata e ultrasuoni con bagno una soluzione di acqua distillata ed etanolo al 10%, per 60 min. L’efficienza di rigenerazione è stata monitorata mediante l’efficienza di adsorbimento a seguito di tre cicli di utilizzo del materiale. I risultati ottenuti dai test di adsorbimento hanno dimostrato che il materiale più promettente come adsorbente è la lolla di riso attivata con NaOH con una concentrazione di 5 g/L per l’adsorbimento di acido acetico con concentrazione di 3000 mg/L, con un’efficienza di rimozione di circa il 24.99% e una quantità di acido acetico adsorbita di 139.18 mg/g. Tra i test di rigenerazione condotti, la rigenerazione eseguita con la pirolisi è risultata essere la più performante, garantendo un’efficienza di rimozione nei successivi cicli rispettivamente del 20.23% e 19.76%, rispettivamente on il secondo e terzo ciclo di rigenerazione-adsorbimento. Questo lavoro di tesi ha dimostrato che l’aggiunta di biochar rappresenta una soluzione valida al fine di adsorbire gli acidi grassi volatili prevenendone l’accumulo nel processo di digestione anaerobica. Inoltre, dai risultati ottenuti a seguito dei test di rigenerazione, è possibile affermare che è possibile rigenerare il materiale adsorbente mantenendo un’efficienza di rimozione che possa garantire il continuo adsorbimento dell’accumulo di acidi grassi nel processo di digestione nel tempo.