Assessment of energy and material recovery from winery wastes

Abstract

La produzione di vino genera ingenti quantità di residui organici caratterizzati da stagionalità, elevata biodegradabilità e presenza di polifenoli, fattori che causano importanti impatti ambientali se immessi direttamente nell'ambiente. La digestione anaerobica è un processo biologico particolarmente idoneo al trattamento degli scarti vincioli in quanto genera energia rinnovabile riducendo le emissioni di gas serra. L'effluente della digestione anaerobica ha un contenuto di nutrienti facilmente assimilabili dalle piante maggiore rispetto ai substrati iniziali, quindi risulta un potenziale fertilizzante agricolo. Questo studio ha lo scopo di valutare l'applicabilità della digestione anaerobica per questa tipologia di residui utilizzando test batch e semi-continui, operando con diversi regimi termici (mesofilia e termofilia), trattando gli scarti singolarmente o con altre matrici (co-digestione). Tre diverse applicazioni della co-digestione anaerobica sono state analizzate: due propongono l'integrazione a livello teritoriale utilizzando digestori esistenti presso gli impianti che trattano fanghi di depurazione civili e reflui zootecnici. Il terzo approccio prevede la gestione all'interno della filiera vinicola e il riutilizzo del digestato come fertilizzante. Test di bio-metanazione hanno mostrato che la produzione di metano in termofilia risulta confrontabile a quelle in mesofilia. La vinaccia è il substrato più interessante sia in termini di quantità di scarto prodotto sia di produzione specifica di metano (0.35 - 0.36 m3CH4/kgVS) ma la sua disponibilità è limitata ai mesi successivi la vendemmia. La feccia è invece reperibile lungo tutto l'anno e genera0.37 Nm3CH4/kgVS. Prove in continuo hanno evidenziato la difficolta di un singolo scarto vinicolo a causa della scarsa presenza di nutrienti e la bassa velocità di idrolisi. La co-digestione con fango di depurazione civile e feccia nei due regimi termici i (37°C e 55°C) ha mostrato che carichi maggiori di 3 kgCOD/m3g causano accumulo di acidi grassi volatili. I processi risultano invece stabili a carico organico di 2.8 kgCOD/m3g dove la feccia contribuisce per il 70% del COD influente. Le produzioni specifiche osservate sono 0.38 m3/kgCOD e 0.40 m3/kgCOD rispettivamente in mesofilia e termofilia, valori ben superiori alla produzione da soli fanghi. L'integrazione della co-digestione nella filiera vinicola con il fango di depurazione da acque reflue di cantina ha portato a risultati del tutto confrontabili con quelli osservati nella co-digestigestione con fango civile a 37°C mentre in termofilia il processo non era stabile. I vantaggi di questo approccio sono la possibilità si sostenere energiticamente il processo depurativo, utilizare il surnatante del digestato come fonte di nutrienti nella linea acque e riutilizzare l'effluente come ammendante organico. Le criticità riscontrate in termofilia sono imputabili alla carenza di micr-nutrienti, infatti l'aggiunta di Fe, Co e Ni ha incrementato la stabilità del processo e la produzione fino a 0.45 m3/kgCOD. Test di fitotossicità condotti sul digestato mesofilo hanno però mostrato una residua tossicità che causa inibizione della germinazione. Sebbene il digestato non rispetti i limiti imposti dalla normativa sui fertilizzanti in termini di indice di germinabilità, quindi non possa essere applicato ai suoli agricoli tal quale, i test mostrano un effetto benefico a bassi dosaggi. L'utilizzo della feccia negli impianti di biogas agricoli ha principalmente lo scopo di sostituire le energy crops come il silomais e bilanciare il rapporto C/N, rendendo il processo più sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico. Il sistema è risultato stabile con produzione specifica di di 0.32 m3/kgCOD con il 73% di metano, la feccia permette inoltre di diluire l'azoto ammoniacale che può causare inibizione ad elevate concentrazioni.