Produzione biologica combinata di idrogeno e metano da ... · vaccino/ovino) viene versato in una...

Produzione biologica combinata di idrogeno e

Workshop

ENERGIA DA RESIDUI ORGANICI

AGROINDUSTRIALI:

IL PROGETTO V.E.R.O.BIO

BioBioBioBio

Produzione biologica combinata di idrogeno e

metano da residui organici biodegradabili –

Parte 1

U.O. Università di Cagliari – coordinatore Prof. Ing. A. MuntoniDipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale ed Architettura DICAAR

Valutare se l’integrazione tra ciclo di gestione di residui di origine

agroindustriale e urbana e quello dei liquami urbani può portare:

1. ad una maggiore stabilità del processo di digestione anaerobica

2. alla possibilità di un recupero energetico innovativo attraverso

la bio-produzione di idrogeno e metano

Obiettivo generale

PROGETTO V.E.R.O.BIO. PROGETTO V.E.R.O.BIO. –– U.O. U.O. DiCAARDiCAAR

la bio-produzione di idrogeno e metano

3. alla possibilità di un recupero di materiali attraverso

compostaggio della fase residuale solida

11)) valutazione delle prestazioni, in termini di produzione di HH22, di

un processo di digestione anaerobica ad umido di residui agro-

industriali e urbani in cui:

a)a) non è previsto il pretrattamento della biomassa o

l’uso di specifici inoculi od additivi chimici;

b)b) è previsto l’apporto di fanghi attivi da depurazione di

Obiettivi specifici


b)b) è previsto l’apporto di fanghi attivi da depurazione di

liquami urbani

22)) sperimentazione di un processo doppio stadio per la

produzione in serie di idrogeno e metano

33)) valutazione della possibilità di riciclare tramite compostaggio

aerobico il residuo solido in uscita dai bioreattori

- monitoraggio e controllo attivo del pH

- monitoraggio e controllo attivo della T

- monitoraggio del potenziale redOX

- monitoraggio dell’OD

- captazione in continuo del gas prodotto

Sono stati utilizzati due reattori completamente automatizzati:

Attrezzature – produzione di H2 e CH4


Utilizzati per:

-Test in batch

-Test in semicontinuo bi-stadio

Reattore BioFlo 110, New Brunswich Scientific - Eppendorf

Reattore DIAFERM, Diachrom

�Residui della produzione del formaggio � SIERO DI LATTE

�Residui della produzione dell’olio di oliva � ACQUE DI VEGETAZIONE

�Rifiuti urbani � UMIDO da RACCOLTA DIFFERENZIATA (Co-substrato)

Materiali – produzione di H2 e CH4


�Rifiuti urbani � UMIDO da RACCOLTA DIFFERENZIATA (Co-substrato)

�Fanghi attivi aerobici da depurazione acque reflue civili

�Fanghi metanigeni da depurazione acque reflue

SIERO

Sottoprodotto della lavorazione del latte per la produzione del formaggio. Il latte (in questo caso

vaccino/ovino) viene versato in una caldaia (temperature tra 25 e 33°C) in cui viene aggiunto il

caglio. La cagliata viene rotta in frammenti che vengono cotti a 60°C e poi pressati e messi in

salamoia (per salare la forma e rimuovere il siero).

In funzione del tipo di latte, della lavorazione, dei fermenti lattici utilizzati, il siero originato ha

caratteristiche molto diverse



Caseificio “Ferruccio Podda” – Sestu

ACQUE DI VEGETAZIONE

Acque derivanti dalla lavorazione delle olive basata esclusivamente su processi di estrazione

meccanici (discontinui a pressione o continui a centrifugazione) per la produzione dell’olio.

- colorazione scura, odore pungente;

- pH acido (4,5 - 6);

- elevato carico organico (50-150 g COD/l; zuccheri, tannini, polialcoli, pectine e lipidi);

- elevato contenuto di polifenoli;

- contenuto di carboidrati = fino al 60% del peso totale secco (potenzialmente adatto per la

produzione fermentativa di H ma, finora, pochi studi condotti)



produzione fermentativa di H2 ma, finora, pochi studi condotti)

- refluo considerato “difficile” (Beccari et al., 1999; Rozzi and Malpei, 1996; Vitolo et al., 1999)

FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI SOLIDI

Ricostruita in laboratorio simulando una composizione media di frazione organica

proveniente da raccolta differenziata contenente:

Componente % peso



carne 10

frutta/vegetali 65

pane 10

pasta 15

1° set di prove - risultati: SIERO NON DILUITO E NON INOCULATO

� Marcato effetto del pH sulla

produzione di H2

�Max produzione specifica a pH 7.5

(∼ 45 Nl H2/kg SV ; ∼ 82 Nl H2/kg TOC )

15

20

25

30

35

40

45

50

Nl

H2/k

g S

V

pH 5,5

pH 6,5

pH 7,5

pH 8,5

SIERO - Test in batch – produzione di H2


0

5

10

0 20 40 60 80 100

Tempo (h)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

H2

[%]

Tempo (h)

pH 5,5

pH 6,5

pH 7,5

pH 8,5

�Max percentuale di H2 nel gas a pH 7,5

con un valore pari a 86% v/v

SIERO – Percorsi metabolici

pHAcido acetico

(mmol)Acido butirrico

(mmol)Bu/Ac

H2OBS(mmol)

H2EXP(mmol)

H2OBS/H2EXP%

1) C6H12O6 + 2 H20 � 2 CH3COOH + 2CO2 + 4H2

2) C6H12O6 � CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2

Usando il glucosio come substrato modello e considerando le equazioni 1) e 2), è

possibile fare alcune considerazioni e calcolare la produzione teorica attesa di H2 (H2EXP)



pH(mmol) (mmol)

Bu/Ac(mmol) (mmol) %

6.5 24.19 12.49 0.51 80.5 73.4 109.7

7.5 52.76 13.93 0.26 138.3 133.4 103.7

� metabolismo misto: acetico – butirrico (H2OBS/H2EXP prossimo a 100%)

� è stato misurato anche acido propionico (no H2), ma solo alla fine della prova

� è stato prodotto anche acido lattico, ma poi viene consumato (possibile fermentazione a

acido acetico, propionico e butirrico)

Percorsi metabolici - LATTOSIO

GLUCOSIOGLUCOSIO

FERMENTAZIONE LATTICA

FERMENTAZIONE ACETICA/PROPIONICA

FERMENTAZIONE BUTIRRICA

2 CH3CHOHCOOH � CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2

3 CH3CHOHCOOH � 2 CH3CH2COOH + CH3COOH + H2O + CO2

C6H12O6 � 2 CH3CHOHCOOH ACIDO ACIDO

LATTICOLATTICO


LATTOSIOLATTOSIO

GLUCOSIOGLUCOSIO

+ +

GALATTOSIOGALATTOSIO

FERMENTAZIONE ACETICA C6H12O6 + 2 H20 � 2 CH3COOH + 2CO2 + 4H2

FERMENTAZIONE PROPIONICA C6H12O6 � 2 CH3CH2COOH + 2H2O

FERMENTAZIONE BUTIRRICA C6H12O6 � CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2

FERMENTAZIONE ETANOLICA C6H12O6 � 2 CH3CH2OH + 2CO2

SIERO – Cinetica del processo

� = � exp �−� � � � �� − �� + 1��

• H produzione specifica cumulata (Nl H2/kg SV)

• P massima produzione specifica (Nl H2/kg SV )

• Rm massima velocità di produzione (Nl H2/kg SV h)

• λ lag phase (h)

• t tempo (h)

SIERO NON DILUITO E NON INOCULATO

Modello di Gompertz



pH

SIERO NON DILUITO E NON INOCULATO

P

(Nl H2/kg SV)

Rm

(Nl H2/kg SV h)

λ

(h)

6.5 20.89 1.999 11.998

7.5 47.15 2.199 13.642

8.5 5.13 0.721 63.362

� a pH 7,5 si è rilevata anche la massima produzione specifica e velocità

di produzione specifica

2° set di prove - risultati: SIERO INOCULATO (45% Siero; 55% Fango attivo)

�Non si sono ottenuti risultati migliori

rispetto ai test effettuati senza inoculo

�Diluizione del carico organico alimentato

�Differenza di comportamento (diverso

pH ottimale) � microbiologia???5

10

15

20

25

30

35

40

Nl

H2/k

g S

V pH 5,5

pH 6,5

pH 7,5

SIERO - Test in batch – produzione di H2


0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50

H2

[%]

Tempo (h)

pH 5,5

pH 6,5

pH 7,5

0

5

0 10 20 30 40 50

Tempo (h)

�Max produzione specifica a pH 6.5

(∼ 35 Nl H2/kg SV ; ∼ 54 Nl H2/kg TOC )

�Se si rapporta la produzione di H2 al kg di

SV del solo siero si ottiene un valore massimo

di ∼ 43 Nl H2/kg SV, simile alla produzione

max senza inoculo

SIERO – Percorsi metabolici

pHAcido acetico

(mmol)Acido butirrico

(mmol)Bu/Ac

H2OBS(mmol)

H2EXP(mmol)

H2OBS/H2EXP%

5.5 9.02 1.24 0.14 16.17 20.52 78.8

6.5 19.93 1.68 0.08 36.5 42.2 86.5

2° set di prove - risultati: SIERO INOCULATO (45% Siero; 55% Fango attivo)


6.5 19.93 1.68 0.08 36.5 42.2 86.5

� metabolismo misto prevalente: acetico – butirrico, ma anche altro tipo?

� H2EXP > H2OBS �� produzione di acidi acetico e butirrico, ma non di H2

� è stato misurato anche acido propionico, ma solo alla fine della prova

� assenza di produzione di acido lattico (dovuta alla presenza di inoculo ed alla

prevalenza di un altro tipo di biomassa?)

SIERO – Cinetica del processo

• H produzione specifica cumulata (Nl H2/kg SV)

• P massima produzione specifica (Nl H2/kg SV )

• Rm massima velocità di produzione (Nl H2/kg SV h)

• λ lag phase (h)

• t tempo (h)

Modello di Gompertz

SIERO +FA

SIERO INOCULATO (45% Siero; 55% Fango attivo)

� = � exp �−� � � � �� − �� + 1��


pH

SIERO +FA

P

(Nl H2/kg SV)

Rm

(Nl H2/kg SV h)

λ

(h)

5.5 11.79 4.54 27.62

6.5 33.79 18.88 16.98

� a pH 6.5 si è rilevata la massima produzione specifica, la massima velocità di produzione

specifica e la minore lag phase

�L’utilizzo del siero come substrato per la produzione fermentativa di bio-

idrogeno è fattibile, anche senza diluizione e senza inoculo esterno

�Necessità di prove in semicontinuo per la valutazione della stabilità della

produzione e per la verifica delle condizioni operative ipotizzabili a valle dei test

in batch

SIERO - Test in batch – produzione di H2 - CONSIDERAZIONI


pH 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5

Substrato P (Nl H2/kg SV)

Siero - - 20.89 47.15 5.13

Siero + FA - 11.79 33.79 - -

H2

CO2

SUBSTRATO

CH4

CO2

effluente digestato

Test in semicontinuo/DOPPIO STADIO


REATTORE

IDROGENOGENO

REATTORE

METANIGENO

ALIMENTAZIONE: SIERO TAL QUALE

�pH operativo: 7.5 – 6.5 – 5.5 (prove diverse)

� HRT = 1 e 2 giorni (prove diverse)

� T = 39°C

ALIMENTAZIONE: out primo stadio

� pH operativo: non controllato

� HRT = 15 giorni

� T = 39 °C

Sulla base dei risultati dei test in batch, si è scelto di avviare un test in

semicontinuo settando il pH operativo al valore di 7,5 (risultato ottimale in

precedenza)

�I risultati non sono stati soddisfacenti a causa della elevatissima variabilità

delle prestazioni, nonostante sia stato variato anche l’HRT (da 2 giorni a 1

giorno)

SIERO - Test in semicontinuo/DOPPIO STADIO


Si è scelto quindi di operare con un pH più basso pari a 6,5

�I risultati sono stati ancora una volta poco soddisfacenti

Anche sulla base delle indicazioni presenti in letteratura nei pochi lavori

presenti di produzione biologica di H2 da siero, si è deciso di operare con un

pH pari a 5,5

�� Buoni risultati

10%

20%

30%

40%

50%

H2

( %

)

H2 medio 41.1%20

40

60

Nl

H2

/kg

SV

35.9 Nl H2/kgSV

SIERO - Test in semicontinuo/H2 (pH 5,5 - HRT 48 h)


0%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tempo (d)

Dopo circa 10 giorni di start-up, la produzione di H2 si attesta intorno ad un valore medio

pari a 35.9 ± 9.0 Nl H2/kg SV (69.3 ± 10.6 Nl H2/kg TOC) con un contenuto medio di H2 nel

biogas prodotto pari a 41,1%

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tempo (d)

substrato pH T HRT produzione riferimenti

CONFRONTO CON LETTERATURA

(reso molto difficile dall’eterogeneità con cui sono presentati i dati e condotti gli

esperimenti e fatto in riferimento al volume di reattore)

SIERO - Test in semicontinuo/H2 (pH 5,5 - HRT 48 h)


Siero tal quale 5.5 39°C 48 h 1.43 Nl H2/l d Presente ricerca

Siero diluito +

inoculo

5.5 55°C 3.5 d 1.5 Nl H2/l d Azbar et al., 2009

Siero tal quale 5.2 35°C 24 h 1.9 Nl H2/l d Venetsaneas et al., 2009

Siero diluito +

inoculo

5 30°C 24 h 0.122 Nl H2/l d Castello et al., 2009

40%

60%

80%

100%

4(

% )

200

300

400

500

4/k

g S

V

SIERO - Test in semicontinuo/CH4 (HRT 10 days)


0%

20%

40%

0 5 10 15 20 25 30 35

CH

4

Tempo (d)

0

100

200

0 5 10 15 20 25 30 35

Nl

CH

4

Tempo (d)

CH4 medio 82.7%383.6 Nl CH4/kgSV

Dopo i primi 2 giorni, la produzione di CH4 si attesta ad un valore medio pari a 383,6 ± 44,5 Nl CH4/kg

VS (639.3 ± 74.1 Nl CH4/kg TOC) con un contenuto medio di CH4 nel biogas prodotto pari a 82,7%.

Substrato pH T HRT Produzione Riferimenti


In letteratura sono riportate poche esperienze sulla produzione combinata di idrogeno e

metano utilizzando siero come substrato

SIERO - Test in semicontinuo/CH4 (HRT 10 days)


Substrato pH T HRT Produzione Riferimenti

Siero tal quale N.C. 39°C 10 d 1.9 Nl CH4/l d

383.6 Nl CH4/kgSV

Presente ricerca

Siero tal quale N.C. 35°C 20 d 0.4 Nl CH4/l d

147 Nl CH4/kgSV

Venetsaneas et al.,

2009

AdV non diluite, non inoculate (pH 4,5 – 5,5 – 6,5)1° set di prove

2° set di prove AdV diluite (20% AdV : 80% acqua), non inoculate (pH

4,5 – 5,5 – 6,5)

ACQUE DI VEGETAZIONE - Test in batch – produzione di H2


4,5 – 5,5 – 6,5)

3° set di proveAdV diluite (5%, 10%, 15%, 20%) inoculate con fango

attivo (pH 4,5 – 5,5 – 6,5)

Co-digestione con FORSU???

Prova costituenti pH

FORSU AdV FA

5.5

4a 25% 5% 70%

4b 25% 10% 65%

4c 25% 15% 60%

4d 25% 20% 55%

Le prove hanno dato risultati soddisfacenti ed hanno

consentito di ipotizzare non solo il rapporto di

miscelazione ottimale tra acque di vegetazione e

frazione organica dei rifiuti urbani, ma anche,

successivamente, di identificare il valore di pH ottimale

ai fini della produzione di idrogeno.



4d 25% 20% 55%

5a

25% 20% 55%

4.5

5b 5.5

5c 6.5

5d 7.5

5e 8.5

RISULTATI

�Marcato effetto del pH sulla

produzione di H2

�Max produzione specifica a pH pari a

7,5 (∼ 69 Nl H2/kg SV)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NlH

2/k

g S

V

pH 4.5

pH 5.5

pH 6.5

pH 7.5

pH 8.5



0

0 20 40 60 80 100

Tempo (h)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 20 40 60 80 100

H2

(%)

Tempo (h)

pH 4.5

pH 5.5

pH 6.5

pH 7.5

pH 8.5

�La percentuale più alta di H2 nel gas prodotto è

stata registrata durante la prova condotta a pH

7,5 con un valore pari a 82,2%.

�La prova condotta a pH 6,5 ha portato ad una

massima percentuale di H2 nel gas prodotto del

51,4%.

�Durante le prove condotte a pH 5,5 e 8,5 si sono

registrati come massime percentuali di H2 valori

intorno al 30%, a pH 4,5 poco superiori al 10%.

�L’utilizzo delle acque di vegetazione come substrato si è dimostrato fattibile

solo in co-digestione con la FORSU e facendo uso di un inoculo anche se non

pretrattato termicamente

�Necessità di prove in semicontinuo per la valutazione della stabilità della

produzione e per la verifica delle condizioni operative ipotizzabili a valle dei test

in batch

Test in batch – produzione di H2 - CONSIDERAZIONI


in batch

pH 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5

Substrato P (Nl H2/kg SV)

AdV + FORSU + FA 2.98 9.97 42.91 68.98 3.10

PRIMO STADIOPRIMO STADIO

ALIMENTAZIONE: 25% FORSU + 20% AdV + 55% FA

�pH operativo: non controllato

� HRT = 4 e 2 giorni (prove diverse)

� T = 39°C

Test in semicontinuo/DOPPIO STADIO


SECONDO STADIOSECONDO STADIO

ALIMENTAZIONE: outflow primo

stadio

� pH operativo: non controllato

� HRT = 15 giorni

� T = 39 °C

La prova è stata condotta al pH spontaneamente assestatosi su 5.5, valore che in batch

non ha mostrato significativi risultati, ma che in semicontinuo, superata la fase di

avviamento, ha portato a stabilità e ad una produzione media di 58,8 ± 10,7 Nl H2/kgSV

(con HRT = 4 d)

Visti i soddisfacenti risultati � cambio di HRT (2 giorni) e una produzione specifica ancora

maggiore pari a 73,7 ± 10,6 Nl H2/kgSV

150

AdV + FORSU + inoculo - Test in semicontinuo - H2


0

25

50

75

100

125

150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

Nl H

2/k

g S

V

Tempo (d)

HRT = 4 dHRT = 2 d

AdV + FORSU + inoculo - Test in semicontinuo - H2

Rimozione SV = 33.2% (con HRT = 4 d) e 35.9% (con HRT = 2 d)

Concentrazione di H2 nel gas = 36.5 % (con HRT = 4 d) e 40.9% (con HRT = 2 d)

CONFRONTO CON LETTERATURA (non esistono lavori in cui si applica la dark fermentation alle AdV+FORSU; il confronto è

basato su dati di processi in semicontinuo applicati solo alle AdV o solo alla FORSU)


Substrato pH T HRT H2 HRT CH4 Produzione H2 Riferimenti

AdV + FORSU + FA N.C. 39°C 4 d 15 g 0.6 Nl H2/l d

Presente ricercaAdV + FORSU + FA N.C. 39°C 2 d 15 g 2.1 Nl H2/l d

AdV 25% + H2O 75% N.C. 35°C 7,5 h 10 g 0.46 Nl H2/l d Koutrouli et al. 2009

AdV + FORSU + inoculo - Test in semicontinuo – CH4

il pH nel reattore metanigeno, non controllato, si è mantenuto su valori prossimi a 8.0. la

produzione di CH4 media pari a 537,5 ± 59,7 Nl CH4/kgSV quando si alimenta l’effluente

dell’idrogenogeno con HRT pari a 4 d

e a 553,5 ± 35,1 Nl CH4/kgSV quando si alimenta l’effluente dell’idrogenogeno con HRT

pari a 2 d

800 HRT (H2) = 2 dHRT (H ) = 4 d


0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

NlC

H4/

kgS

V

Tempo (d)

HRT (H2) = 2 dHRT (H2) = 4 d

AdV + FORSU + inoculo - Test in semicontinuo – CH4

Rimozione totale SV = 68.4% (con HRT = 4 d) e 70.0% (con HRT = 2 d)

Concentrazione di CH4 nel gas = 76.8% (con HRT = 4 d) e 78.9% (con HRT = 2 d)


Substrato pH T HRT H2 HRT CH4 Produzione Riferimenti


AdV + FORSU + FA N.C. 39°C 4 d

2 d

15 d

15 d

537.5 Nl CH4/kgSV

1.55 Nl CH4 / l d

553.5 Nl CH4/kgSV

1.83 Nl CH4 / l d

Presente ricerca

FORSU N.C. 37°C 2 d 15 d 500 Nl CH4/kg SV Liu et al. 2006

AdV N.C. 35°C 12.4 d 5 d 3.24 Nl CH4/ l d Rincon et al. 2009

AdV 25% H2O 75% N.C. 35°C 7.5 h 10 d 1.13 Nl CH4/l d Koutrouli et al. 2009

Test in semicontinuo – Considerazioni

� L’applicazione del processo in semicontinuo per la produzione fermentativa di

bio-idrogeno e bio-metano dal siero non inoculato ha evidenziato un andamento

non particolarmente stabile e valori di produzione specifica inferiori ai migliori

test in batch (condotti peraltro a pH differente)

� L’applicazione del processo in semicontinuo per la produzione fermentativa di

bio-idrogeno e bio-metano da una miscela di AV e FORSU ha evidenziato un

andamento stabile e valori di produzione simile a quella dei migliori test in batch


andamento stabile e valori di produzione simile a quella dei migliori test in batch

(condotti peraltro a pH differente)

substrato pH T HRT H2 HRT CH4 Produzione H2 Produzione CH4

Siero 5.5 39°C 2 d 10 d 35.9 Nl H2/kgSV 383,6 Nl CH4/kgSV

AdV + FORSU + FA N.C. 39°C 4 d 15 d 58.8 Nl H2/kgSV 537,5 Nl CH4/kgSV

AdV + FORSU + FA N.C. 39°C 2 d 15 d 73.7 Nl H2/kg SV 553,5 Nl CH4/kgSV

Valutazione della produzione di compost a valle del processo di

digestione anaerobica – Materiali e metodi

� digestato in uscita dal secondo stadio metanigeno di digestione anaerobica

(TEST 25% FORSU + 20% AdV + 55% FA) miscelato con paglia di grano come

materiale di struttura

� rapporto di miscelazione in peso 30%:70% e 40%:60% (paglia:digestato) allo

scopo di correggere l'umidità ad un valore compreso tra il 50-70% e il FAS (free air

space) tra il 25-35%


space) tra il 25-35%

� utilizzo di semplici reattori in polietilene (capacità 24 l), chiusi ed isolati

termicamente con polistirolo

� aerazione attiva (1,20 laria/min⋅kg SV nei primi 30 giorni; 0,3 laria/min⋅kg SV nei

successivi 60 giorni)

� durata processo 90 giorni

� Giornalmente

• Temperatura

• Concentrazione di O2, CO2 e CH4

nei gas esausti

� Settimanalmente

• Umidità

• Solidi totali e solidi volatili

Valutazione della produzione di compost a valle del processo di

digestione anaerobica – Materiali e metodi


• Solidi totali e solidi volatili

• Conducibilità elettrica

• pH

• TOC

� Test respirometrico per valutare il grado di stabilizzazione a 0, 30 e 90 giorni

� Campioni di compost finali

• Metalli pesanti, rapporto C/N, acidi umici e fulvici

CARATTERIZZAZIONE INIZIALE DEI SUBSTRATI

Parametro Unità di misura Miscela 30/70 Miscela 40/60

Umidità % 70,30 61,46

pH - 7,66 7,55

Conducibilità elettrica mS/cm 8,34 7,83

Solidi volatili % ST 82,83 84,43

Solidi totali % 29,70 38,54


Densità g/l 318,56 415,91

Porosità % 29,46 39,28

FAS % 26,99 35,98

Carbonio organico % ST 39,39 40,53

Azoto totale % ST 3,21 2,83

C/N - 34,76 43,62

Temperatura


I valori maggiori di T sono stati rilevati a partire dal quindicesimo giorno con un valore

massimo di 45.3 °C per la miscela 40/60. Il processo si è sviluppato prevalentemente per

azione di microrganismi mesofili.

Tempo (giorni)

Il pH è stato caratterizzato da valori

alcalini durante l’intero processo. I pH dei

compost finali sono risultati all’interno

dei valori ottimali stabiliti per

l’ammendante compostato verde e misto

dalla legislazione in materia di

fertilizzanti (6-8,5)

pH e solidi volatili


Il contenuto di SV è diminuito in entrambe

le miscele, con una rimozione totale

superiore al 18%, più rapida durante la

prima fase del processo.

Tali valori risultano più alti rispetto ai dati di

rimozione riportati da altri autori, compresi

tra 5% e 14%Tempo (giorni)

Tempo (giorni)

INDICE RESPIROMETRICO STATICO


I valori dell’indice respirometrico statico sono decresciuti sensibilmente durante i primi 30

giorni con un’attenuazione nei successivi 60 giorni di maturazione.

Al termine del processo entrambi i compost hanno raggiunto valori dell’indice

respirometrico inferiori al limite stabilito dalla Regione Sardegna per il compost finito

maturo (< 200 mg O2/kg SV⋅h)

Tempo (giorni)

Parametro Unità di misura Miscela 30/70 Miscela 40/60Ammendante Compostato

MistoUmidità % 67,64 58,04 ≤ 50

pH - 8,10 8,04 6-8,5

Conducibilità elettrica mS/cm 9,63 9,72 -

Solidi volatili % ST 67,25 68,83 -

Solidi totali % 32,36 41,96 -

Acidi umidi e fulvici % ST 2,52 2,60 ≥ 7

CARATTERIZZAZIONE FINALE DEI COMPOST E LIMITI DEL

D. LGS. 75/2010 IN MATERIA DI FERTILIZZANTI


TOC % ST 33,61 33,83 ≥ 20

Ntot % ST 1,41 0,99 -

Corg/Ntot - 23,84 34,17 ≤ 25

Arsenico mg/kg ST < 0,3 < 0,3 -

Cadmio mg/kg ST < 0,02 < 0,02 < 1,5

Cromo totale mg/kg ST 6,00 2,80 -

Rame mg/kg ST 64,00 16,50 < 230

Nichel mg/kg ST 14,50 5,00 < 100

Piombo mg/kg ST 24,50 10,50 < 140

Zinco mg/kg ST 170,00 77,50 < 500

IRS mg O2/kg SV×h 173,97 125,30 -

Parametro Unità di misura Miscela 30/70 Miscela 40/60

CONFRONTO CARATTERIZZAZIONE INIZIALE E FINALE

� L’obiettivo finale di riciclare tramite compostaggio aerobico il residuo in uscita dal

secondo stadio metanigeno è stato raggiunto con l’ottenimento di un compost di

buona qualità

Valutazione della produzione di compost a valle del processo di digestione

anaerobica – Conclusioni


Iniziale Finale Iniziale FinalepH - 7,66 8,10 7,55 8,04Solidi volatili % ST 82,83 67,25 84,43 68,83Solidi totali % 29,70 32,36 38,54 41,96Acidi umidi e fulvici % ST 0,55 2,52 0,92 2,60TOC % ST 39,39 33,61 40,53 33,83Ntot % ST 3,21 1,41 2,83 0,99Corg/Ntot - 34,76 23,84 43,62 34,17

IRS mg O2/kg SV×h 1556,64 173,97 1543,30 125,30

Esecuzione di un gran numero di test con studio sistematico e

substrato-specifico dell’influenza di alcuni parametri operativi

fondamentali

Avanzamenti rispetto allo stato dell’arte


fondamentali

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

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2) Cappai G., De Gioannis G., Giordano G., Muntoni A., Polettini A., Pomi R. (2010). Assessment through batch tests of hydrogen production from mixtures of biodegradable residues. In Atti del “Venice 2010 Third International Symposium on Energy from Biomass and Waste”, 8 - 10 Novembre 2010, Venezia, (Editore CISA Publisher – Gruppo EUROWASTE, Padova, Ottobre 2010), memoria su CD ROM (14 pagine). ISBN: 978-88-6265-008-3.

3) Cappai G., De Gioannis G., Giordano G., Muntoni A., Polettini A., Pomi R., Spiga D. (2011). Batch hydrogen production from food waste. In Atti del “Sardinia 2011 XIII International Waste Management and Landfill Symposium”, 3 - 7 Ottobre 2011, S.Margherita di Pula (CA), Cossu R., He P., Kjeldsen P., Matsufuji Y., Reinhart D. e Stegmann R. Eds. (Editore CISA Publisher - Gruppo EUROWASTE, Padova, Settembre 2011), pp. 99 - 100 volume degli abstract, forma estesa della

1 (CD ROM), 978-88-903557-1-4 (volume degli abstract).

6) De Gioannis G., Friargiu M., Massi E., Muntoni A., Polettini A., Pomi R., (2012). Effect of pH value on biohydrogen production from cheese whey. In Atti del “Venice 2012 Fourth International Symposium on Energy from Biomass and Waste”, 12 - 15 Novembre 2012, Venezia, Clarke W.P., Cossu R., Diaz L.F., Matsuto T., Nelles M., Stegmann R. Eds. (Editore CISA Publisher - Gruppo EUROWASTE, Padova, Novembre 2012), memoria su CD ROM (12 pagine). ISBN: 978-88-6265-006-9.

7) De Gioannis G., Friargiu M., Massi E., Muntoni A., Polettini A., Pomi R., (2012). Fermentative hydrogen production from the organic fraction of municipal waste. In Atti del “Venice 2012 Fourth International Symposium on Energy from Biomass and Waste”, 12 - 15 Novembre 2012, Venezia, Clarke W.P., Cossu R., Diaz L.F., Matsuto T., Nelles M., Stegmann R. Eds. (Editore CISA Publisher -Gruppo EUROWASTE, Padova, Novembre 2012), memoria su CD ROM (11 pagine). ISBN: 978-88-6265-006-9.

8) De Gioannis G., Friargiu M., Giordano G., Massi E., Muntoni A., Polettini A., Pomi R. (2013). Fermentative hydrogen production form different organic residues. In 1st German-Italian Waste Dialog 2012, Kuchta K., Ritzkowski M., Heerenklage J. Eds. (Editore Buch-& Offsetdruckerei Stubbemann Gmbh, Amburgo (D), Marzo 2013), pp. 89-114. ISBN 978-3-9812867-8-6.

PUBBLICAZIONI


EUROWASTE, Padova, Settembre 2011), pp. 99 - 100 volume degli abstract, forma estesa della memoria su CD ROM (15 pagine). ISBN: 978-88-6265-000-7.

4) Massi E., Alisi C., Ciccoli R., De Gioannis G., Giordano G., Lepri I., Migliore G., Moreno A., Muntoni A., Polettini A., Pomi R., Sprocati A. (2011). Preliminary studies on H2 production from dark fermentation of the organic fraction of municipal wastes. In Atti del “EURASIA Waste Management Symposium”, 14 - 16 Novembre 2011, Istanbul (TK), M. Sinan Bilgili. Eds. (Editore Yildiz University, Istanbul, Ottobre 2011), memoria su CD ROM (8 pagine).

5) Cappai G., De Gioannis G., Giordano G., Massi E., Muntoni A., Polettini A., Pomi R. (2012). Effect of pH and seed microorganisms on fermentative hydrogen production from food waste. In Atti del “SIDISA 2012 - Sustainable Technology for Environmental Protection”, 26 - 29 Giugno 2012, Milano, Bonomo L., Canziani R., Malpei F., Grosso M., Saponaro S. Eds. (Editore Politetcnico di Milano -Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie, Milano, Giugno 2012), p. 125 volume degli abstract, forma estesa della memoria su CD ROM (11 pagine). ISBN: 978-88-903557-2-1 (CD ROM), 978-88-903557-1-4 (volume degli abstract).

9) De Gioannis G., Muntoni A., Polettini A., Pomi R. (2013). A review of dark fermentative hydrogen production from biodegradable municipal waste fractions. Waste Management (Editore Pergamon-Elsevier Science LTD, Oxford, UK). Vol. 33 (2013), pp. 1345-1361. ISSN: 0956-053X, doi: 10.1016/j.wasman.2006.10.011, codice ISI WOS: WOS:000321403300005, codice Scopus 2-s2.0-84875388498.

10) Cappai G., De Gioannis G., Friargiu M., Massi E., Muntoni A., Polettini A., Pomi R., D. Spiga (proposta nel 2013 alla rivista Waste Management). An experimental study on fermentative H2

production from food waste as affected by pH.

Produzione biologica combinata di idrogeno e metano da ... · vaccino/ovino) viene versato in una...

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