Studio e ottimizzazione della fermentabilità di scarti organici di provenienza urbana e valorizzazione degli overflows di processo tramite digestione anaerobica all’interno di una piattaforma pilota integrata per la produzione di biopolimeri e metano

Abstract

La presente sperimentazione si inserisce all’interno del progetto europeo Res Urbis, che ha come scopo la valorizzazione di scarti organici di provenienza urbana tramite la produzione di biopolimeri (poliidrossialcanoati, PHA) e metano, attraverso un approccio integrato successivamente descritto. In particolare, in questa sperimentazione sono state utilizzate due matrici differenti e facilmente reperibili all’interno dell’impianto di trattamento acque di Treviso: fango attivo secondario (dopo ispessimento) e la Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani (FORSU), precedentemente pressata e omogeneizzata. In questo progetto in particolare, la necessità di produrre polimeri biodegradabili (il cui mercato è tuttavia in fase di investigazione) incontra il bisogno di valorizzare i flussi di scarto prodotti dalle città, in linea con l’ideologia dell’economia circolare. La ricerca condotta in scala pilota comprendeva una piattaforma multi stadio anaerobico-aerobico: nel primo stadio anaerobico, si producevano acidi grassi volatili tramite fermentazione acidogenica di un miscela di fango secondario e FORSU; la miscela fermentata ad alto tenore in VFA, fungeva poi da substrato per la linea di produzione del biopolimero (costituita da due stadi aerobici in successione). La valorizzazione degli overflows costituiti dall’eccesso di fango attivo secondario e da cake di fermentato (dopo separazione solido/liquido post-fermentazione), avveniva per mezzo di digestione anaerobica. In questa tesi sono riportati monitoraggio e performance di un fermentatore in scala pilota (volume di esercizio di 380 L) alimentato con una miscela di fango attivo secondario e FORSU con un OLR di circa 10 kgTVS/m3d ed un HRT di 5 d, al fine di valutarne eventuali criticità; parallelamente è stata valutata la migliore condizione termica a cui attuare la digestione anaerobica per la valorizzazione degli overflows confrontando due digestori (volume di esercizio 230 L, HRT 15 d, OLR di 2.2 kgTVS/m3d), il primo tenuto in termofilia (T = 55°C) ed il secondo in mesofilia (T = 37°C). La fermentazione acidogenica di una miscela al 70% v/v di fango attivo secondario e 30% v/v di FORSU è risultata più stabile in regime mesofilo (T = 37°C), pur comportando un minor grado di solubilizzazione della materia organica; la condizione termofila, invece, rendeva più difficoltoso il mantenimento del pH al di sopra di 5.0, causando dunque problemi di inibizione sulla coltura acidogena. Per quanto riguarda la digestione anaerobica, gli SGP (produzione specifica di biogas) calcolati sperimentalmente sui due reattori sono stati confrontati tramite test statistici (Shapiro-Wilk, test-F e test-T di Welch) che hanno mostrato che il digestore termofilo aveva una resa maggiore nella produzione di biogas, ma dai bilanci energetici condotti sulla piattaforma si nota che lavorare in mesofilia è la scelta ottimale. Tuttavia tale scelta va inserita all’interno di un approccio più complesso (che esula dagli scopi della presente tesi), che include anche l’analisi tecnico-economica della linea PHA, trattandosi, come già detto, di una piattaforma integrata per la valorizzazione degli scarti urbani tramite produzione di biopolimeri e metano.