Produzione di acidi grassi volatili da fanghi di depurazione delle acque reflue : monitoraggio di un impianto a piena scala

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.

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.