Application of ADM1 to full-scale digester in view of digestion scenarios

The fate of wastewaters has always received high attention due to their harmfulness to both man and the environment. The treatment of wastewaters is a complex system made up of multiple steps, which require time and energy. Especially in developed countries, the Wastewater Treatment Plants have become important entities in the national electricity demand. Therefore, the Anaerobic Digestion process of the sludges has gained great importance. Its operation can be optimised in different ways. Among them, Anaerobic co-Digestion is very attractive because it allows to achieve three goals at the same time: exploitation of the oversized anaerobic reactors, that is reflected in both an increase in biogas production and a decrease in the specific cost of the process; improvement of the conditions of the anaerobic system, that is reflected in both increasing methane and biogas production; possible recover of wastes, as OFMSW, food wastes and dairy by-products. However, Anaerobic co-Digestion is a sensible system that should be managed adequately. Modelling is a beneficial tool to understand the biological processes that happen during anaerobic treatment, and so to improve their performance. In this thesis, the simulation of a full-scale digester by means of the Anaerobic Digestion Model nr. 1 by the International Water Agency Task Group has been studied. The platform AQUASIM 2.0 was used to implement the simulation. The samples collected in the plant under study have been completely characterised. Many difficulties were encountered in the definition of the system into the variables of the existing model, especially because of lack of data. Therefore, also the tests that have been conducted at bench-scale were tried to be simulated to evaluate some of the parameters of the model. In the end, fair approximation of the operation of the real plant was achieved.

La fase conclusiva delle acque reflue ha sempre ricevuto grande attenzione a causa della loro nocività per l'uomo e l'ambiente. Il trattamento delle acque reflue è un sistema complesso costituito da più passaggi, che richiedono tempo ed energia. Soprattutto nei Paesi sviluppati, gli impianti di trattamento delle acque reflue sono diventati importanti entità nella domanda nazionale di elettricità. Pertanto, il processo di digestione anaerobica dei fanghi ha acquisito grande importanza. Il suo funzionamento può essere ottimizzato in diversi modi. Tra questi, la co-digestione anaerobica è molto interessante perché consente di raggiungere tre obiettivi contemporaneamente: lo sfruttamento dei reattori anaerobici sovradimensionati, che si riflette sia in un aumento della produzione di biogas che in una diminuzione del costo specifico del processo; miglioramento delle condizioni del sistema anaerobico, che si riflette sia nell'aumento della produzione di metano e di biogas; possibile recupero di rifiuti, come OFMSW, rifiuti alimentari e sottoprodotti caseari. Tuttavia, la co-digestione anaerobica è un sistema ragionevole che dovrebbe essere gestito in modo adeguato. La modellazione è uno strumento utile per comprendere i processi biologici che si verificano durante il trattamento anaerobico, e quindi per migliorare le loro prestazioni. In questa tesi, la simulazione di un digestore in scala reale per mezzo del modello ADM nr. 1 del gruppo di lavoro dell’International Water Agency è stato studiato. La piattaforma AQUASIM 2.0 è stata utilizzata per implementare la simulazione. I campioni raccolti nell’impianto studiato sono stati caratterizzati completamente. Molte difficoltà sono state incontrate nella definizione del sistema nelle variabili del modello esistente, soprattutto a causa della mancanza di dati. Pertanto, i test che sono stati condotti in scala di laboratorio sono stati provati ad essere simulati per valutare alcuni dei parametri del modello. Alla fine, è stata raggiunta una giusta approssimazione del funzionamento dell'impianto reale.