Pretrattamento di ozonizzazione su fanghi biologici per aumentarne la biodegradabilità anaerobica

The aim of the experimental activity is to evaluate the impacts of ozone pretreatment on anaerobic digestion and particularly the enhancement of biogas production. Sludge solubilization was estimated in terms of modification of soluble chemical oxygen demand and solids concentration. Batch anaerobic digestion highlighted the enhancement of ozonated sludge biodegradability at the ozone dose of 0,05 gO3/gVSS; the anaerobic digestion rate of ozonated sludge increased for all the doses applied. The ozone dose of 0,05 0,05 gO3/gVSS results in a +640% increase of the soluble COD concentration of +657%, with the achievement of a +7,8% increase in biogas production.

La richiesta di energia da parte dell’uomo è in costante aumento, e necessita per questo dello sviluppo di sistemi di produzione basati sullo sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili, in alternativa ai combustibili fossili di uso comune, e di una transizione sempre più marcata verso un modello economico di tipo circolare, in grado di limitare gli apporti di materia ed energia e minimizzare scarti e perdite, rendendo quindi il sistema produttivo più efficiente e meno impattante per l’ambiente. Tra le fonti rinnovabili, il biogas prodotto dalla digestione anaerobica rappresenta un’alternativa promettente, in quanto tale processo consente il recupero energetico da matrici di scarto, quali a esempio i fanghi biologici degli impianti di trattamento delle acque reflue, riducendone allo stesso tempo il carico organico: a questo proposito, l’investigazione sulle possibili tecniche di ottimizzazione della digestione anaerobica assume un ruolo cruciale. Il presente elaborato ha l’obiettivo di valutare l’efficacia di una di queste tecniche di ottimizzazione, ovvero il pretrattamento di ozonizzazione sui fanghi in ingresso alla digestione anaerobica per aumentarne la biodegradabilità e incrementare quindi la produzione di biogas. L’attività si inserisce nel progetto PerFORM WATER 2030 (www.performwater2030.it), ed è stata svolta con la collaborazione del partner SIAD e del coordinatore CAP Holding. La fase preliminare del lavoro ha previsto la caratterizzazione dell’impianto di San Giuliano Milanese Ovest attraverso la realizzazione di bilanci di massa sulla linea acque e sulla linea fanghi, allo scopo di comprendere al meglio le caratteristiche delle diverse unità di trattamento in termini di parametri operativi, prestazioni generali del sistema e completezza dei processi, con particolare attenzione alla fase di digestione anaerobica; questa attività preliminare è stata necessaria anche per far emergere e risolvere le principali criticità del funzionamento generale (e in particolare della linea fanghi e della digestione anaerobica) in vista della futura applicazione del pretrattamento di ozonolisi a piena scala nell’impianto di San Giuliano Milanese Ovest. Successivamente, è stata condotta una sperimentazione in scala di laboratorio, che ha previsto lo svolgimento di test di degradabilità anaerobica in batch per valutare la produzione potenziale di metano del fango tal quale e trattato a diverse dosi di ozono; il substrato utilizzato è il fango in ingresso al pre-ispessitore dell’impianto di depurazione di San Giuliano Milanese Ovest, trattato alle dosi di 0,12 gO3/gSSV, 0,01 gO3/gSSV e 0,05 gO3/gSSV. I risultati ottenuti hanno mostrato una consistente solubilizzazione delle componenti particolate in seguito all’applicazione di ozono nei fanghi, massima in corrispondenza della dose di 0,05 gO3/gSSV, alla quale è stato riscontrato un incremento della concentrazione di COD solubile pari a + 657%. Per quanto riguarda la produzione potenziale di metano, invece, essa è aumentata del + 7,6% alla dose di 0,05 gO3/gSSV, corrispondente alla massima solubilizzazione; per le dosi di 0,01 gO3/gSSV e 0,12 gO3/gSSV, invece, il BMP è diminuito rispettivamente del 20,5% e 8,7%: tale fenomeno può essere attribuito alla formazione di composti inibenti o tossici per la biomassa metanigena, come ad esempio le aldeidi (generate dall’ossidazione degli acidi grassi a lunga catena) o al consumo per via aerobica della sostanza organica solubilizzata, dovuto alla presenza di ossigeno residuo nel fango derivante dalla decomposizione dell’ozono. Riguardo il rateo di produzione del metano, espresso tramite la costante cinetica ipotizzata di primo ordine, esso è aumentato del 57,8% e dell’84,5% in corrispondenza delle dosi di 0,01 gO3/gSSV e 0,05 gO3/gSSV, probabilmente a causa della solubilizzazione del substrato, ed è diminuito del -3,7% alla dose di 0,12 gO3/gSSV, possibilmente dovuta a fenomeni di inibizione della biomassa dovuti alla presenza di una concentrazione di ozono troppo elevata. Al fine di valutare l’incremento netto della produzione di metano verificatosi alla dose di 0,05 gO3/gSSV, è stata valutata la perdita di metano associata al consumo per via aerobica del substrato dovuto alla presenza di ossigeno residuo nel fango a partire da prove respirometriche, svolte allo scopo di valutare la velocità del consumo di ossigeno presente nei fanghi ozonati; è stato così ottenuto un incremento netto della produzione di metano pari a 6,50 mLCH4/gSV,S: ciò conferma che l’ozonizzazione alla dose di 0,05 gO3/gSSV ha determinato un incremento della produzione potenziale di metano nonostante il parziale consumo per via aerobica di sostanza organica. L’attività sperimentale portata avanti nel presente lavoro ha previsto esclusivamente lo svolgimento di test in laboratorio, ma la sperimentazione proseguirà applicando il pretrattamento di ozonizzazione anche a piena scala all’interno dell’impianto di San Giuliano Milanese Ovest, al fine di dare un seguito ai risultati finora ottenuti.