D. Carecci, A. Catenacci, S. Rossi, F. Casagli, G. Ferretti, A. Leva, E. Ficara. Chemical Engineering Journal, 149981 A plant-wide modelling framework to describe microalgae growth on liquid digestate in agro-zootechnical biomethane plants.. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149981
La coltivazione di microalghe sul digestato liquido proveniente dalla co-digestione anaerobica di materie prime agricole è un'opzione interessante per la rimozione dei nutrienti dal digestato e il recupero delle risorse tramite produzione di biomassa. Entrambi i reattori considerati in questo sistema di bioraffineria comportano bioprocessi complessi. Sebbene in letteratura siano presenti studi su scala pilota in cui vengono validati sistemi di accoppiamento tra digestione anaerobica e processi di biorisanamento a base di alghe, non sono disponibili precedenti tentativi di modellizzazione dell'intero sistema. In questo lavoro si propone un modello plant-wide, denominato ADAB (anaerobic digestion algae-bacteria), che accoppia due modelli ben consolidati per la digestione anaerobica (IWA - ADM1) e i processi di biorisanamento basati sulle alghe (ALBA). I modelli sono stati modificati con le necessarie equazioni ed estensioni per sviluppare un'interfaccia dedicata tra i due. Sono state integrate le dinamiche del fosforo, incluse le correzioni di attività e i processi di precipitazione. Il modello ALBA è stato inoltre integrato con modelli termici per simulare sia le vasche di coltura all'aperto che i sistemi coperti da serre. Inoltre, unità di separazione solido/liquido per il per il pre-trattamento del digestato sono state incluse in ADAB. La coerenza della previsione del sottomodello fisico-chimico adottato (PCM) è stata verificata con i risultati della letteratura di riferimento e del software Visual MINTEQ. La ridotta complessità del PCM rispetto allo stato dell’arte limita il campo di applicazione del modello, ma si traduce in migliori prestazioni computazionali e sembra essere particolarmente adatto alla simulazione di digestori agro-zootecnici. Un'analisi di scenario che include diverse condizioni di progettazione e funzionamento del co-digestore è stata condotta per valutare gli impatti sulla coltivazione microalgale. L'analisi ha evidenziato l'importanza di un'adeguata progettazione della bioraffineria, ma anche una notevole robustezza delle prestazioni del sistema. L'uso del modello ADAB può facilitare una valutazione più realistica della fattibilità tecnica, ambientale ed economica a piena scala delle bioraffinerie microalgali basate sul digestato.
Parsy, A., Ficara, E., Mezzanotte, V., Guerreschi, A., Guyoneaud, R., Monlau, F., Sambusiti, C., Incorporating saline microalgae biomass in anaerobic digester treating sewage sludge: Impact on performance and microbial populations, Bioresource Technology (2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130444
L’obbiettivo dello studio è l’acclimatazione di batteri procarioti anaerobi a biomassa costituita da microalghe saline. È stato condotto una prova in semi-continuo utilizzanto due reattori da 1.5 litri ciascuno, in condizioni mesfile, per 10 settimane (HRT 21 giorni). Il primo reattore è stato alimentato solamente con fango di depurazione (controllo); mentra il secondo con un mix (80/20% w/w) di fango di depurazione e biomassa costituita da microalghe coltivate in condizioni di salinità (70g/L). La salinità raggiunta all’interno del reattore dopo la fase di acclimatazione è stata di 14 g/L. La produzione di biometano tra controllo e reattore acclimatato è risultata comparabile (205±29 NmLMethane·gVolatileSolids-1). La valutazione della tolleranza alla salinità degli archea metanogenici ha rivelato che la salinità causa una inibizione del 50% della produzione di metano, aumentata dopo l’acclimatazine da 10 a 27 g/L. L'analisi della composizione microbica ha mostrato variazioni significative nella popolazione di archea metanogenici dopo la co-digestione con la biomassa di microalge saline, in particolare metanigeni metiltrofici (+27%) e acetotrofici (-26%). Questo studio ha evidenziato la possibilità di trattare efficentemente le microalghe saline nella co-digestione con fanghi di depurazione in futuri impianti industriali di biogas.
