Una bioraffineria urbana in scala pilota è stata sviluppata nel contesto territoriale del comune di Treviso (TV) per la produzione di biopolimeri (poliidrossialcanoati, PHA) e biogas da rifiuti organici urbani. In tale contesto, la raccolta differenziata altamente efficiente (87,9% sui rifiuti totali) garantisce la produzione di Frazione Organica di Rifiuti Solidi Urbani (FORSU) di alta qualità (alto contenuto organico biologicamente valorizzabile). Attualmente, la frazione liquida proveniente dal pre-trattamento meccanico della FORSU viene miscelata con fango biologico secondario (WAS) ed inviata al co-digestore anaerobico (ACoD) in piena scala all’interno dell’impianto di trattamento acque (WWTP) di Treviso (70.000 PE) per la produzione di solo biogas. Il sistema sviluppato in scala pilota (100-380 L) prevede l’upgrade dello schema attualmente operativo in piena scala tramite l’installazione di una linea aerobica per la produzione di PHA. Le unità pilota sono le seguenti: a) fermentatore acidogenico per la produzione di acidi grassi volatili (VFA); b) separazione solido/liquido (membrana tubolare di ultrafiltrazione); c) un Sequencing Batch Reactor (SBR) per la produzione aerobica di biomassa mista (MMC) PHAproduttrice; d) reattore aerobico fed-batch per la produzione intracellulare di PHA; e) ACoD per la produzione di biogas dai residui solidi miscelati con WAS prodotto dall’impianto in piena scala. FORSU pressata e WAS sono stati miscelati in una frazione volumetrica del 30% e 70% rispettivamente. La fermentazione acidogenica è stata condotta dopo un prepretrattamento termico (72°C, 48 ore), in modalità batch (5 d) e in mesofilia (37°C). Il processo fermentativo avveniva in un intervallo di pH compreso tra 5.0-5.5 ed era caratterizzato da un rendimento (YVFA) medio pari a 0.43 g CODVFA/g VS(0). La concentrazione di VFA in uscita era pari a 30 g CODVFA/L, con un rapporto CODVFA/CODSOL di 0.84. Questa caratteristica fondamentale della matrice fermentata permetteva di condurre la selezione aerobica della biomassa PHA-accumulante, la cui crescita è garantita dalla presenza di VFA, in modo efficace. Il reattore SBR è stato mantenuto operativo per più di 8 mesi, applicando un OLR di 3.2-4.0 kg COD/m3 .d e HRT pari a 1.0 d (uguale a SRT). La biomassa selezionata era in grado di accumulare fino al 60% di PHA rispetto al suo peso secco (w/w). In relazione al rifiuto organico di partenza, è stato stimato un rendimento complessivo di 107 g PHA/kg VS (approssimativamente del 10%). Il processo mesofilo (37°C) di codigestione (HRT 15-18 d, OLR 2-2.5 kg VS/m3 .d) ha permesso di produrre biogas dai flussi secondari in eccesso ricchi in solidi (30% w/w TS) dopo diluizione con WAS. La produzione specifica di gas (SGP) era pari a 0.4 m3 /kg VS. Applicando tale bioraffineria all’attuale impianto in piena scala è stata stimata una produzione di 114 ton PHA/y, 2314 m3 biogas/d e 5.9 MWh/d di energia elettrica. Rispetto allo scenario ACoD attuale, questo schema può essere ugualmente redditizio se il PHA prodotto è commercializzato ad una soglia minima di 0.82 €/kg. Quindi, un prezzo di mercato più alto e ancora ragionevole potrebbe rendere la bioraffineria un modello di valorizzazione dei rifiuti urbani preferibile rispetto al tradizionale approccio di digestione anaerobica.

Una bioraffineria urbana per la conversione della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) e fanghi municipali in biopolimeri e biogas / Valentino, Francesco; Moretto, Giulia; Lorini, Laura; Bolzonella, David; Pavan, Paolo; Majone, Mauro. - (2019). ((Intervento presentato al convegno Convegno GRICU 2019 - Il contributo dell’Ingegneria Chimica Italiana alla sostenibilità globale tenutosi a Mondello - Palermo.

Una bioraffineria urbana per la conversione della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) e fanghi municipali in biopolimeri e biogas

Valentino, Francesco
;
Lorini, Laura;Pavan, Paolo;Majone, Mauro
2019

Abstract

Una bioraffineria urbana in scala pilota è stata sviluppata nel contesto territoriale del comune di Treviso (TV) per la produzione di biopolimeri (poliidrossialcanoati, PHA) e biogas da rifiuti organici urbani. In tale contesto, la raccolta differenziata altamente efficiente (87,9% sui rifiuti totali) garantisce la produzione di Frazione Organica di Rifiuti Solidi Urbani (FORSU) di alta qualità (alto contenuto organico biologicamente valorizzabile). Attualmente, la frazione liquida proveniente dal pre-trattamento meccanico della FORSU viene miscelata con fango biologico secondario (WAS) ed inviata al co-digestore anaerobico (ACoD) in piena scala all’interno dell’impianto di trattamento acque (WWTP) di Treviso (70.000 PE) per la produzione di solo biogas. Il sistema sviluppato in scala pilota (100-380 L) prevede l’upgrade dello schema attualmente operativo in piena scala tramite l’installazione di una linea aerobica per la produzione di PHA. Le unità pilota sono le seguenti: a) fermentatore acidogenico per la produzione di acidi grassi volatili (VFA); b) separazione solido/liquido (membrana tubolare di ultrafiltrazione); c) un Sequencing Batch Reactor (SBR) per la produzione aerobica di biomassa mista (MMC) PHAproduttrice; d) reattore aerobico fed-batch per la produzione intracellulare di PHA; e) ACoD per la produzione di biogas dai residui solidi miscelati con WAS prodotto dall’impianto in piena scala. FORSU pressata e WAS sono stati miscelati in una frazione volumetrica del 30% e 70% rispettivamente. La fermentazione acidogenica è stata condotta dopo un prepretrattamento termico (72°C, 48 ore), in modalità batch (5 d) e in mesofilia (37°C). Il processo fermentativo avveniva in un intervallo di pH compreso tra 5.0-5.5 ed era caratterizzato da un rendimento (YVFA) medio pari a 0.43 g CODVFA/g VS(0). La concentrazione di VFA in uscita era pari a 30 g CODVFA/L, con un rapporto CODVFA/CODSOL di 0.84. Questa caratteristica fondamentale della matrice fermentata permetteva di condurre la selezione aerobica della biomassa PHA-accumulante, la cui crescita è garantita dalla presenza di VFA, in modo efficace. Il reattore SBR è stato mantenuto operativo per più di 8 mesi, applicando un OLR di 3.2-4.0 kg COD/m3 .d e HRT pari a 1.0 d (uguale a SRT). La biomassa selezionata era in grado di accumulare fino al 60% di PHA rispetto al suo peso secco (w/w). In relazione al rifiuto organico di partenza, è stato stimato un rendimento complessivo di 107 g PHA/kg VS (approssimativamente del 10%). Il processo mesofilo (37°C) di codigestione (HRT 15-18 d, OLR 2-2.5 kg VS/m3 .d) ha permesso di produrre biogas dai flussi secondari in eccesso ricchi in solidi (30% w/w TS) dopo diluizione con WAS. La produzione specifica di gas (SGP) era pari a 0.4 m3 /kg VS. Applicando tale bioraffineria all’attuale impianto in piena scala è stata stimata una produzione di 114 ton PHA/y, 2314 m3 biogas/d e 5.9 MWh/d di energia elettrica. Rispetto allo scenario ACoD attuale, questo schema può essere ugualmente redditizio se il PHA prodotto è commercializzato ad una soglia minima di 0.82 €/kg. Quindi, un prezzo di mercato più alto e ancora ragionevole potrebbe rendere la bioraffineria un modello di valorizzazione dei rifiuti urbani preferibile rispetto al tradizionale approccio di digestione anaerobica.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11573/1299704
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