Rimozione autotrofa dell'azoto da digestati agro-zootecnici : processi ParNit e ANAMMOX a scala pilota

The work reported here has been carried within the framework of BRAIN (Biotecnologie per la Riduzione dell’Azoto da digestati con processi INnovativi), a broader project aimed at improving that the economic and environmental sustainability of biogas production. BRAIN started in 2010 with funding from the Italian Ministry of Agriculture and Forestry (Ministero delle Politiche Agricole e Forestali) with the specific goal to develop economically viable and environmentally sustainable new technologies for nitrogen removal from zoo-technical manures and from biogas digestate in the production process of bio-methane. Indeed, one of the main factors limiting the diffusion of biogas plants is the excessive concentration of nitrogen in the residual digestate. In fact high nitrogen concentrations prevent a widespread reuse of this material in agriculture, undermining therefore the benefits from biogas plants deployment. The legislative framework is rooted in the Nitrates Directive. In the Pianuara Padana area this directive has been applied by imposing operational limitations, mainly affecting the agricultural and zootechnic sector, in order to preserve the frail equilibrium of the water ecosystem of the Po river basin. The experimental work I carried out aimed specifically at the assessment of the efficiency of nitrogen removal from the liquid component of the digestate by means of a pilot scale SBR reactor, containing ANAMMOX biomass. The procedures I adopted entailed measuring and analysing specific parameters that characterise feeding and development of the ANAMMOX biomass, and quality of the entire process effluent. The results show that ANAMMOX biomass use achieves the objectives. However, further analyses using full scale reactors should be undertaken to confirm the applicability of the process in operational contexts.

Il presente elaborato di tesi fa parte di un progetto di studio più ampio denominato BRAIN (Biotecnologie per la Riduzione dell’Azoto da digestati con processi INnovativi) finalizzato a promuovere la sostenibilità economica ed ambientale nell’ambito della produzione di biogas. Tale progetto, avviato nel 2010 e finanziato dal Ministero delle Politiche Agricole e Forestali, è nato dall’esigenza di sviluppare tecnologie innovative, sostenibili ed economicamente vantaggiose, atte alla rimozione dell’azoto dalle deiezioni zootecniche e dal digestato, a favore dello sviluppo della digestione anaerobica per la produzione di biometano. Uno dei principali fattori limitanti l’impiego e la diffusione degli impianti a biogas, infatti, è l’eccesiva presenza di azoto nel digestato prodotto, caratteristica che ne riduce la possibilità di riutilizzo per scopi agricoli e che, di conseguenza, riduce i vantaggi di tali impianti energetici. Il contesto legislativo di riferimento fa capo alla “Direttiva Nitrati”, recepita e applicata nella zona geografica della Pianura Padana attraverso l’imposizione, soprattutto nei confronti del comparto agro-zootecnico, di forti limitazioni operative, a salvaguardia degli equilibri presenti nell’ecosistema acquatico e contro il deterioramento delle acque che lo ospitano. La sperimentazione da me condotta ha avuto come obiettivo la valutazione dell’efficienza della rimozione di azoto, presente nella frazione liquida del digestato, per mezzo di un reattore SBR, a scala pilota, contenente biomassa ANAMMOX. Le procedure adottate hanno previsto la misura e l’analisi di specifici parametri per la caratterizzazione dell’alimento e dello sviluppo della biomassa ANAMMOX, nonché la qualità dell’effluente dell’intero processo. I risultati ottenuti hanno dimostrato l’effettiva applicabilità della biomassa ANAMMOX per il fine preposto, con l’auspicio che possano essere il punto di partenza per future e più approfondite sperimentazioni, non esclusivamente a scala pilota.