Optimization of two phase thermophilic anaerobic digestion of biowaste for bio-hythane production

Abstract

Il processo di digestione anaerobica dei rifiuti solidi urbani, è una tecnologia che si basa sul duplice concetto di riduzione dei rifiuti e recupero energetico. La ricerca di nuovi vettori energetici ha portato recentemente allo sviluppo di nuove tecnologie che si basano sulla produzione biologica di idrogeno utilizzando substrati organici, mediante processi di tipo fotosintetici o fermentativi. Questo lavoro di dottorato ha come obiettivo l’ottimizzazione del processo di digestione anaerobica termofila a fasi separate finalizzato alla produzione di bio-idrogeno, ottenuto nella prima fase del processo (fermentazione), e biogas ottenuto nella seconda fase di trattamento dell’effluente idrolizzato. Punto chiave del lavoro è l’applicabilità in piena scala dell’intero processo, infatti si è scelto di agire su parametri facilmente modificabili e che non comportino ulteriori spese di esercizio. Oltre a questo aspetto, nel lavoro di tesi è stata considerata anche la qualità dell’effluente da digestione anaerobica di rifiuti organici, testata mediante prove di Indice Respirometrico Dinamico e mediante la misura del potenziale di biometanizzazione.

The anaerobic digestion process is a well-known technology for organic waste treatment, and it met the necessity to treat wastes and recover energy from renewable sources. Recently, the urgent necessity of new energy vectors drove the scientific research to biological hydrogen production technology, through photosynthetic and fermentative processes. This PhD thesis deals with the optimization of a two-phase thermophilic anaerobic digestion process treating organic waste for hydrogen and methane production. Nor physical neither chemical pretreatment were used to treat the inoculum or the substrates in order to optimize the process for a sustainable scale-up. It was further verified the biologic stability of the digested material by means of aerobic tests, based on the dynamic respirometric index (DRI), where the oxygen uptake rate by the substrate was continuously monitored, and anaerobic tests that were based on the biochemical methane potential (BMP), where the biogas produced by digestate in long-term batch tests, was measured. These values can be used to define the stability of the reactors effluent to verify the possibility to reduce the treatment time