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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

Francesca Cillerai

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.

Rel. Silvia Fiore. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio, 2021

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Abstract:

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.

Relators: Silvia Fiore
Academic year: 2020/21
Publication type: Electronic
Number of Pages: 93
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-35 - ENVIRONMENTAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: Politecnico di Torino
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/17365
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