Fermentazione di rifiuti organici in miscela con fanghi di depurazione per la produzione di acidi grassi volatili e valutazione delle rese dopo pretrattamento di cavitazione Co-fermentation of organic waste and sewage sludge for volatile fatty acids production and evaluation of the yields after cavitation pretreatment.

Abstract

I rifiuti organici e i fanghi di depurazione rappresentano i due maggiori flussi di scarto del metabolismo urbano. L’obiettivo di questo lavoro di tesi consiste nella loro valorizzazione attraverso l’ottimizzazione della produzione di acidi grassi volatili (AGV) mediante fermentazione e successivamente attraverso la produzione di biogas mediante digestione anaerobica dell’effluente della fermentazione. Entrambi i processi di fermentazione e biometanazione sono stati condotti in condizioni mesofile, a T=37°C e T=42°C rispettivamente. I rifiuti organici e i fanghi di depurazione sono stati miscelati in rapporto 1:1 su base TVS e sottoposti a cavitazione. La resa di AGV è stata determinata per la miscela cavitata e non cavitata su un primo test batch con un carico organico (OL) pari a 21,4 kgtCOD/m3 e 22,4 kgtCOD/m3 per la miscela cavitata e non cavitata rispettivamente. Nel secondo test batch è stato applicato un carico organico pari a 33,4 e 34,8 kgtCOD/m3 rispettivamente per la miscela cavitata e non cavitata. Dopo aver raggiunto il picco della concentrazione dei VFA, i due reattori sono stati alimentati in semi-continuo con un tasso di carico organico (Organic Loading Rate, OLR) pari a 8 kgTVS/m3*d ed un tempo di ritenzione idraulica (Hydraulic Retention Time, HRT) pari a 5 d e 6,6 d per il substrato cavitato e non cavitato rispettivamente. I test di biometanazione sono stati condotti sui substrati singoli (rifiuti organici e fanghi di depurazione), sulla miscela di rifiuti organici e fanghi cavitata e non cavitata in rapporto 1:1 su base TVS, sull’effluente della fermentazione di queste due miscele e sulla sua frazione solida. Organic waste and biological sludge produced from wastewater treatment plants are the two major waste streams of the urban metabolism. The aim of this thesis is their valorization by optimizing the production of volatile fatty acids (AGVs) through fermentation and subsequent biogas production through the anaerobic digestion of the fermentation effluent. Both processes of fermentation and biomethanation were conducted under mesophilic conditions, with T=37°C and T=42°C respectively. Organic waste and biological sludge were mixed at a 1:1 ratio on TVS basis and then cavitated. The VFAs yield was determined for the cavitated and untreated mixture by carrying out a batch test with an organic loading (OL) of 21,4 kgtCOD/m3 and 22,4 kgtCOD/m3 for the cavitated and untreated mixture respectively. A second batch test was conducted, with an OL of 33,4 and 34,8 kgtCOD/m3 for the cavitated and untreated mixture respectively. After reaching the peak in VFAs production, both reactors were fed in a semi-continuous manner with an organic loading rate (OLR) of 8 kgTVS/m3*d and a hydraulic retention time (HRT) of 5 d and 6,6 d for the cavitated and untreated mixture respectively. The biochemical methane potential (BMP) tests were conducted on the single substrates (organic waste and biological sludge), on the mixture of organic waste and biological sludge cavitated and untreated in a 1:1 ratio on TVS basis, and finally on the fermentation effluent of the two mixtures and on its solid fraction.