Effect of reactor configuration and operating parameters on volatile fatty acid production from decentralized septic tanks sludge

Decentralized wastewater treatment plants (DWWTPs) provide an essential alternative to centralized systems, particularly in small or remote communities. Septic tanks, the most common form of DWWTPs, are often criticized for their limited treatment performance and for the large amounts of sludge they generate. This sludge has to be treated and disposed of but usually it is without resource recovery, even though it contains substantial fractions of biodegradable organic matter with significant potential for valorization. This study investigates the production of volatile fatty acids (VFAs) from septic tank sludge through anaerobic fermentation, with the aim of identifying operational strategies that enhance yield, efficiency, and process stability. Five semi continuous reactors were operated under different conditions of temperature, organic loading rate (OLR), and feeding strategy. The results demonstrate that operating at 20 °C with low, sequential OLRs and including solids in the feedstock produced the most stable and productive system, achieving high acidification efficiency and VFA yields. These findings highlight that a careful combination of temperature, loading OLR, and feeding strategy is essential to maximize VFA recovery from septic tank sludge. The study shows that septic tanks, beyond their conventional role in decentralized sanitation, can serve as a source of valuable bio based products when integrated with optimized fermentation processes. This supports the transition of decentralized wastewater management from disposal oriented practices to sustainable solutions.

Gli impianti decentralizzati di trattamento delle acque reflue (DWWTPs) rappresentano un’alternativa essenziale ai sistemi centralizzati, in particolare nelle comunità piccole o remote. Le fosse settiche, la forma più comune di DWWTP, sono spesso criticate per le loro prestazioni limitate e per le grandi quantità di fango che generano. Questo fango deve essere trattato e smaltito, ma di solito ciò avviene senza recupero di risorse, nonostante contenga frazioni consistenti di sostanza organica biodegradabile con un significativo potenziale di valorizzazione. Questo studio indaga la produzione di acidi grassi volatili (AGV) dai fanghi di fosse settiche attraverso la fermentazione anaerobica, con l’obiettivo di identificare strategie operative che migliorino la resa, l’efficienza e la stabilità del processo. Cinque reattori semicontinui sono stati gestiti in diverse condizioni di temperatura, carico organico e strategia di alimentazione. I risultati dimostrano che l’operatività a 20 °C con carico organico bassi e sequenziali e includendo la frazione solida nel substrato ha prodotto il sistema più stabile e produttivo, ottenendo un’elevata efficienza di acidificazione e rese di AGV. Questi risultati evidenziano che una combinazione accurata di temperatura, regime di carico e strategia di alimentazione è essenziale per massimizzare il recupero di AGV dai fanghi di fosse settiche. Lo studio mostra che le fosse settiche, oltre al loro ruolo convenzionale nella sanità decentralizzata, possono servire come fonte di preziosi prodotti bio based quando integrate con processi di fermentazione ottimizzati. Ciò supporta la transizione della gestione decentralizzata delle acque reflue da pratiche orientate allo smaltimento a soluzioni sostenibili.