Depurazione del digestato con consorzi alghe-batteri : risultati di una sperimentazione pilota in campo

Recently anaerobic digestion has been a strong diffusion, which means that large amounts of digestate should be treated or disposed of. An interesting solution to this problem may be treatment with plants based on the growth of algal biomass. The purpose of this paper is to deepen the notion of this subject, to address the design and monitoring a microalga-based digestate treatment system at a pilot-scale, verifying that the process is functional for the purpose. Specifically, the removal of the nitrogen load, the growth of the algal population in consortium with bacterial populations, management commitment and applicability in the climate of the Po Valley are evaluated. The pilot plant is located at a farm near Cremona, consisting of two reactors, a raceway (880 L, HRT = 10 - 20.6 d, with pure CO2 dosing) and a column (74.5 L, HRT = 8.5 - 20.6 d), treats digestate from the biogas plant. The monitoring covered 200 days for the raceway, one year for the column. The performance of the two reactors was very variable. Average nitrogen yields were 20 ± 25% (maximum 80%) for the raceway, 22 ± 29% (maximum 71%) for the column. A considerable fraction of the input nitrogen load was nitrified: on average 61 ± 23% for the raceway and 52 ± 30% for the column. Average algal productivity was 29.9 ± 33.4 mgSST/(L∙d) (7.6 ± 8.4 gSST/(m2∙d)) for the raceway and 25.6 ± 29.7 mgSST/(L∙d) for the column. The photosynthetic efficiency calculated on a monthly basis oscillated between 0.98% (August) and 2.42% (September). The microalgal activity in the raceway was particularly weak in August because of a shading sheet, that had the function of reducing the photoinhibition expected in case of very high irradiance. If the data for the period described above are excluded: 21.5 ± 25.6% nitrogen removal and 33.5 ± 34 mgSST/(L∙d) (8.5 ± 8.6 gSST/(m2∙d)).

Recentemente si è verificata una forte diffusione degli impianti di digestione anaerobica, questo implica che grandi quantità di digestato devono essere trattate o smaltite. Una soluzione interessante per questo problema può essere il trattamento con impianti basati sulla crescita di biomassa algale. Il presente elaborato si propone di approfondire le nozioni note sull'argomento, affrontare la progettazione di massima e il monitoraggio di un impianto di trattamento di digestato con microalghe a scala pilota, verificando che il processo sia funzionale allo scopo. Nello specifico si valuta la rimozione del carico di azoto, la crescita della popolazione algale in consorzio con le popolazioni batteriche, l'impegno gestionale e applicabilità nel contesto climatico della pianura padana. L'impianto pilota è situato presso un'azienda agricola del cremonese, è costituito da due reattori, un raceway (880 L, HRT = 10 - 20,6 d, con dosaggio di CO2 pura) e una colonna (74,5 L, HRT = 8,5 - 20,6 d), tratta il digestato proveniente dall’impianto a biogas aziendale. Il monitoraggio ha coperto 200 giorni per il raceway, un anno per la colonna. Le prestazioni ottenute dai due reattori sono state molto variabili. I rendimenti medi di rimozione dell'azoto sono stati: 20±25% (massimo 80%) per il raceway, 22±29% (massimo 71%) per la colonna. Una frazione importante del carico di azoto in ingresso è stata nitrificata: mediamente il 61±23% per il raceway e 52±30% per la colonna. Le produttività algali medie sono state 29,9±33,4 mgSST/(L∙d) (7,6±8,4 gSST/(m2∙d)) per il raceway e 25,6±29,7 mgSST/(L∙d) per la colonna. L'efficienza fotosintetica calcolata su base mensile è oscillata tra 0,98% (agosto) e 2,42% (settembre). L'attività microalgale nel raceway è stata particolarmente ridotta nel mese di agosto, a causa di un telo ombreggiante che aveva la funzione di ridurre la fotoinibizione prevista per irradianze molto elevate. Se si escludono i dati relativi al periodo appena descritto si ottiene: 21,5±25,6% di rimozione dell'azoto e 33,5±34 mg SST/(L•d) (8,5±8,6 gSST/(m2∙d)).