ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
29-apr-2020
2018/2019
Il presente studio ha avuto come obiettivo l’avviamento ed il monitoraggio di un impianto
a scala reale per la produzione di acidi grassi volatili (VFA) attraverso la fermentazione
di fanghi di depurazione derivanti dal trattamento delle acque reflue. Il reattore
di fermentazione, completamente miscelato, ha come volume utile 315 m3 ed è alimentato
in continuo da una miscela di fango primario - circa il 90% in massa sul totale - e
fango di supero del trattamento biologico a fanghi attivi; il tempo di residenza idraulico
è compreso tra 3 e 4 giorni. Il carico organico risulta mediamente 12 kgSV m-3 d-1. La
massima concentrazione di VFA rilevata nella frazione liquida del fango fermentato è stata
pari 9,5 gVFA-COD/L, attestandosi mediamente ad un valore di 8 gVFA-COD/L. La massa
giornalmente prodotta è pari a circa 650 kgVFA-COD/d.
La frazione liquida del fango fermentato viene dosata nel trattamento a fanghi attivi
del medesimo impianto, per fornire una fonte esterna di carbonio rapidamente biodegradabile
al fine di migliorare l’efficienza di denitrificazione. Per valutare l’efficacia del
liquido fermentato in questo senso, sono state condotte delle prove di denitrificazione in
manometria per stimare il rateo di denitrificazione della soluzione con la biomassa del
medesimo impianto. Il rateo calcolato è variato da un minimo di 3,4 mgN-NO3 - gSV-1 h-1
ad un massimo di 5,9 mg mgN-NO3 - gSV-1 h-1, corrispondenti ad un rateo relativo rispetto
ad una soluzione di acetato sintetico - indicato come uno dei substrati ottimali per il
processo di denitrificazione e testato in parallelo - pari a 100% e 160% rispettivamente.
La frazione solida del fango fermentato viene invece stabilizzata tramite digestione
anaerobica. Per valutare l’effetto della fermentazione sulla produzione di biogas, sono
state effettuate delle prove di BMP (Biochemical Methane Potential) sul fango fermentato
e sul fango tal quale. Dai risultati di tali prove non è stato possibile trarre un’indicazione
generale circa la differente produttività dei due fanghi, facendo concludere che i parametri
di processo della fermentazione, variando, non permettano di stabilire a priori se il fango
fermentato abbia un BMP maggiore o minore del fango tal quale.
The objective of this study was the start-up, the the monitoring and the optimizaztion
of a full-scale plant designed to produce Volatile Fatty Acids (VFA) through the fermentation
of WWTP waste sludge. The fermenter volume, completely stirred, is 315 m3 and
it is fed with a mixture of primary sludge - which accounts for 90% w/w of the total mass
- and waste activated sludge. The average hydraulic retention time is in the range of 4-5
days, while the organic load rate is 12 kgVS m-3 d-1.
The maximum measured concentration of VFAs in the liquid fraction of the fermented
sludge is 9.5 gVFA-COD/L , while the average value is 8 gVFA-COD/L. The VFA mass daily
production is approximately 650 kgVFA-COD/d.
The liquid fraction of the fermented sludge is dosed in the activated sludge treatment
in order to provide an external source of rapidly biodegradable carbon to enhance the denitrification
process. To evaluate the effectiveness of the fermented liquid in this process,
lab scale denitrification tests have been performed with the biomass of the same plant.
The denitrification rate obtained is in the range of 3.4 mgN-NO3 - gVS-1 h-1 - 5.9 mgN-NO3 -
gVS-1 h-1. These rates have been compared to the ones obtained with synthetic acetate -
indicated as one of the best substrates for the denitrification process - and two hydroalcoholic
solutions tested with the same procedure. The fermented liquid rate resulted to
be in the range of 100%- 160% compared to acetate.
The solid fraction of the fermented sludge is stabilized in the anaerobic digestion
process. To assess the fermentation influence on the biogas production, BMP (Biochemical
Methane Potential) tests have been performed with both the fermented sludge and the
fresh mixed sludge. It was not possible to draw general conclusions regarding which of
the two has the highest BMP, as the results depend on the process parameters in the
fermenter that change over time.