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Scale-up di biotecnologie innovative per la rimozione dell'azoto e il recupero di materia per l'eco-ammodernamento di impianti di depurazione esistenti
No full textAvviamento, messa a regime ed ottimizzazione dell'impianti piena scala per la rimozione via nitrito dell'azoto e l'iperaccumulo del fosforo, nonchè gestione di processi e impianti di recupero di PHA da fanghi di depurazione in sistemi via nitrito
Assessment of energy and material recovery from winery wastes
Full text linkLa produzione di vino genera ingenti quantità di residui organici caratterizzati da stagionalità, elevata biodegradabilità e presenza di polifenoli, fattori che causano importanti impatti ambientali se immessi direttamente nell'ambiente. La digestione anaerobica è un processo biologico particolarmente idoneo al trattamento degli scarti vincioli in quanto genera energia rinnovabile riducendo le emissioni di gas serra. L'effluente della digestione anaerobica ha un contenuto di nutrienti facilmente assimilabili dalle piante maggiore rispetto ai substrati iniziali, quindi risulta un potenziale fertilizzante agricolo. Questo studio ha lo scopo di valutare l'applicabilità della digestione anaerobica per questa tipologia di residui utilizzando test batch e semi-continui, operando con diversi regimi termici (mesofilia e termofilia), trattando gli scarti singolarmente o con altre matrici (co-digestione). Tre diverse applicazioni della co-digestione anaerobica sono state analizzate: due propongono l'integrazione a livello teritoriale utilizzando digestori esistenti presso gli impianti che trattano fanghi di depurazione civili e reflui zootecnici. Il terzo approccio prevede la gestione all'interno della filiera vinicola e il riutilizzo del digestato come fertilizzante.
Test di bio-metanazione hanno mostrato che la produzione di metano in termofilia risulta confrontabile a quelle in mesofilia. La vinaccia è il substrato più interessante sia in termini di quantità di scarto prodotto sia di produzione specifica di metano (0.35 - 0.36 m3CH4/kgVS) ma la sua disponibilità è limitata ai mesi successivi la vendemmia. La feccia è invece reperibile lungo tutto l'anno e genera0.37 Nm3CH4/kgVS. Prove in continuo hanno evidenziato la difficolta di un singolo scarto vinicolo a causa della scarsa presenza di nutrienti e la bassa velocità di idrolisi.
La co-digestione con fango di depurazione civile e feccia nei due regimi termici i (37°C e 55°C) ha mostrato che carichi maggiori di 3 kgCOD/m3g causano accumulo di acidi grassi volatili. I processi risultano invece stabili a carico organico di 2.8 kgCOD/m3g dove la feccia contribuisce per il 70% del COD influente. Le produzioni specifiche osservate sono 0.38 m3/kgCOD e 0.40 m3/kgCOD rispettivamente in mesofilia e termofilia, valori ben superiori alla produzione da soli fanghi. L'integrazione della co-digestione nella filiera vinicola con il fango di depurazione da acque reflue di cantina ha portato a risultati del tutto confrontabili con quelli osservati nella co-digestigestione con fango civile a 37°C mentre in termofilia il processo non era stabile. I vantaggi di questo approccio sono la possibilità si sostenere energiticamente il processo depurativo, utilizare il surnatante del digestato come fonte di nutrienti nella linea acque e riutilizzare l'effluente come ammendante organico. Le criticità riscontrate in termofilia sono imputabili alla carenza di micr-nutrienti, infatti l'aggiunta di Fe, Co e Ni ha incrementato la stabilità del processo e la produzione fino a 0.45 m3/kgCOD. Test di fitotossicità condotti sul digestato mesofilo hanno però mostrato una residua tossicità che causa inibizione della germinazione. Sebbene il digestato non rispetti i limiti imposti dalla normativa sui fertilizzanti in termini di indice di germinabilità, quindi non possa essere applicato ai suoli agricoli tal quale, i test mostrano un effetto benefico a bassi dosaggi.
L'utilizzo della feccia negli impianti di biogas agricoli ha principalmente lo scopo di sostituire le energy crops come il silomais e bilanciare il rapporto C/N, rendendo il processo più sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico. Il sistema è risultato stabile con produzione specifica di di 0.32 m3/kgCOD con il 73% di metano, la feccia permette inoltre di diluire l'azoto ammoniacale che può causare inibizione ad elevate concentrazioni
Optimization of thermophilic anaerobic digestion of winery bio-waste by micro-nutrients augmentation
No full textThermophilic anaerobic digestion is a suitable technology to treat agricultural waste because of its higher biogas production,
hygienisation effect and solids removal efficiency. Although these benefits, poor effluent quality and instability are encountered
in some cases. The anaerobic co-digestion of winery waste and waste activated sludge at 55°C, operating at 23 days HRT and
with an organic loading rate of 3.2 kg COD/m3d, was characterized by accumulation of volatile fatty acids, pH fall and reduction
of biogas production, while mesophilic process was steady at long term. The study evaluated the effect of trace elements (iron,
cobalt and nickel) augmentation in the thermophilic reactor at different concentration of micro-nutrients. The addition improved
the process stability: pH became constant and average volatile fatty acids concentration was below 1,000 mg COD/L. The biogas
production increased from 0.38 to 0.45 m3/kg COD, corresponding to 90% of COD removal, while mesophilic reactor removed
the 78% of total COD. Digestate had interesting characteristics as fertilizer in fact the higher solids removal (28%) allowed to
concentrate the phosphorus in the particulate fraction and nitrogen was transformed into more available form for plants growth
INFLUENZA DEL RAPPORTO DI RICIRCOLO A CARICO DELLA FASE METANOGENICA IN UN PROCESSO DI DIGESTIONE ANAEROBICA A FASI SEPARATE DELLA FRAZIONE ORGANICA DEL RIFIUTO SOLIDO URBANO OTTIMIZZATA PER LA PRODUZIONE DI IDROGENO E METANO
No full textAnaerobic co-digestion of winery waste and waste activated sludge: assessment of process feasibility
No full textIn this study the anaerobic co-digestion of wine lees together with waste activated sludge in
mesophilic and thermophilic conditions was tested at pilot scale. Three organic loading rates (OLRs
2.8, 3.3 and 4.5 kgCOD/m3d) and hydraulic retention times (HRTs 21, 19 and 16 days) were applied to
the reactors, in order to evaluate the best operational conditions for the maximization of the biogas
yields. The addition of lee to sludge determined a higher biogas production: the best yield obtained
was 0.40 Nm3
biogas/kgCODfed. Because of the high presence of soluble chemical oxygen demand
(COD) and polyphenols in wine lees, the best results in terms of yields and process stability were
obtained when applying the lowest of the three organic loading rates tested together with mesophilic
conditions
Ottimizzazione della digestione anaerobica termofila di rifiuti vinicoli mediante l'aggiunta di micro-elementi: produzione di biogas e fertilizzante
No full textI rifiuti agro-industriali, ottenuti dalla lavorazione di frutta e verdura, posso
rappresentare un'interessante fonte per la produzione di prodotti ad alto valore aggiunto (Rebecchi et al., 2003) come il biogas e gli fertilizzanti organici. Diversi studi hanno evidenziato che il processo di digestione anaerobica termofila di reflui derivanti dalla vinificazione è più instabile a carichi organici medio-alti rispetto al processo mesofilo (Da Ros et al., 2014). Le cause non chiare ma una possibile ragione può essere il maggior fabbisogno di micro-nutrienti della biomassa metanigena termofila rispetto a quella mesofila (Takashima et al., 2011). Lo scopo di questo studio è ottimizzare la digestione anaerobica termofila di feccia di vinificazione e fango di depurazione. Sono state condotte prove in mesofilia e termofilia in parallelo per permettere il confronto fra i due regimi termici. Il processo mesofilo ha raggiunto la stabilità durante il secondo HRT a regime, senza l'aggiunta di micro-nutrienti e ha registrato una produzione di biogas media pari a 0.39 m3/kgCOD. Invece la digestione anaerobica a 55°C ha mostrato segni di instabilità fin dal primo HRT a regime con accumulo di acidi grassi volatili e onseguentemente riduzione dei valori di pH. Il processo termofilo è stato quindi recuperato e sono stati aggiunti quotidianamente sali di ferro, nichel e cobalto in modo da ottenere concentrazioni di 4.3 mgFe/l, 0.46 mgNi/l e 0.51 mgCo/l nella miscela di alimentazione. Dopo l'aggiunta di metalli la produzione di biogas è passata da 0.32 m3/kgCOD a 0.46 m3/kgCOD. In questo modo il processo è divenuto stabile e ha raggiunto una rimozione di COD pari al 79%. La riduzione dei patogeni e la stabilizzazione della matrice organica rende il digestato un ottimo ammendante, riducendo in questo modo l'uso di oncimi sintetici con evidenti vantaggi economici e ambientali
BIOGAS PRODUCTION IMPROVEMENT BY CO-DIGESTION OF CATTLE SLURRY WITH WINERY WASTE AND GRASS
No full text
Influence of temperature and hydraulic retention on the production of volatile fatty acids during anaerobic fermentation of cow manure and maize silage
Full text linkThe aim of this study was to verify the efficiency of a separate hydrolysis step by testing different working temperatures (37-55°C) and hydraulic retention times (two, four and six days) and by evaluating readily biodegradable carbon production. The fermentation products included primarily acetic, propionic and butyric acids. These acids can be easily converted into biogas or can be recovered in a biorefinery approach, for example, to produce polyhydroxyalkanoates. The optimal condition was found by applying an organic loading rate of 17.9 gTVS m-3 with a four-day retention time at 37°C for an acidification yield of 183.2 gCODVFA kgVSfed-1
Sieving of municipal wastewater and recovery of bio-based volatile fatty acids at pilot scale
No full textThis study combined at pilot scale the recovery of cellulosic primary sludge from the sieving of municipal wastewater followed by the production of bio-based VFAs through acidogenic fermentation. The sieving of municipal wastewater was accomplished by a rotating belt filter which allowed the removal of around 50% of suspended solids when operated at solids loading rates higher than 30–35 kgTSS/m2 h. The solids recovered by sieving contained around 40% of cellulose, which is a suitable raw material for the production of bio-based VFAs. Initially, fermentation batch tests of cellulosic primary sludge were carried out adjusting the initial pH of the sludge at values of 8, 9, 10 and 11, in order to evaluate the best production yields of bio-based VFAs and their composition. The highest VFAs yield achieved was 521 mgCODVFA/gVS occurring when pH was adjusted at 9, while propionic acid reached 51% of the total VFAs. Then, the optimal conditions were applied at long term in a sequencing batch fermentation reactor where the highest potential productivity of bio-based VFAs (2.57 kg COD/m3 d) was obtained by adjusting the pH feeding at 9 and operating with an hydraulic retention time of 6 days under mesophilic conditions. The cost-benefit analyses for the implementation of cellulosic primary sludge recovery was carried out consideringthe anaerobic digestion as reference scenario. The economical assessment showed that the production of bio-based VFAs from cellulosic primary sludge as carbon source and/or as chemical precursors give higher net benefits instead of the only biogas production
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