Prove sperimentali di trattamento di reflui di distilleria

sintesi delle caratteristiche e dei risultati

Il comparto della distillazione in Italia rappresenta una importante realtà economica ed industriale data l’enorme disponibilità di sottoprodotti da trasformare in alcool, provenienti in particolare dal settore viti–vinicolo.

Le distillerie – qualunque siano le materie prime utilizzate – danno luogo a notevoli quantitativi di reflui inquinanti, di solito ad alta concentrazione di sostanza organica, che devono essere trattati prima dello scarico.

Molte grandi distillerie in Italia si sono dotate fin dalla fine degli anni '70 di impianti di trattamento anaerobici/aerobici che oltre a rispondere adeguatamente allo scopo, portano anche ad una consistente produzione di gas che può essere utilmente impiegato nel processo produttivo.

Il trattamento anaerobico primario è particolarmente conveniente in quanto il refluo esce caldo dalla distillazione e non è pertanto necessario alcun apporto energetico esterno per mantenere la temperatura di processo nell’ambito mesofilo e termofilo.

I reflui di distilleria sono costituiti in prevalenza dalle acque di fermentazione e dai residui di distillato.

A causa di ciò le loro caratteristiche variano in conseguenza di molti fattori, tra cui: il materiale fermentato, la metodica di distillazione, il tipo di impianto e la destinazione del prodotto.

Le acque di scarico delle distillerie tuttavia presentano anche caratteristiche comuni quali: l’elevato COD, il rilevante contenuto in solidi e ceneri, il basso pH, la frequente presenza di solfati e solfiti e le elevate temperature.

Caratteristiche medie di alcune acque di scarico di distillerie[1]

Caratteristica	melasso	vino	grano
pH	4.2	4.1	5.4
temperatura (°C)	95	–	34
ST	79	62	33
SV	59	30	30
SST	5	.5	11
ceneri	29	–	3.6
VFA	2.2	0.8	2.1
azoto tot	1.8	.7	1
azoto amm.	0.26	0.03	0.05
solfati	4.36	3.64	–
Fosforo	0.17	1.17	.063
COD	77.7	–	–

Tali caratteristiche, per ciò che riguarda il trattamento depurativo, ci portano a dover affrontare alcuni problemi, in particolare quelli legati al controllo del pH ed alla presenza di solfati e solfiti. Al contrario non ci sono particolari problemi per quanto riguarda l’elevato COD, che invece favorisce l’efficienza depurativa e rende per tutti questi scarichi conveniente l'uso di sistemi anaerobici di trattamento.

Prove di trattamento con reattori ibridi

L’uso della digestione anaerobica per il trattamento dei reflui industriali ed agricoli si è diffuso di pari passo con lo sviluppo di reattori anaerobici avanzati dotati di più efficaci sistemi di ritenzione della biomassa rispetto ai precedenti tipi di reattore, basati sul CSTR (Completely Stirred Reactor). In contrasto con i i vecchi tipi di reattore, dove il tempo di ritenzione dei solidi (SRT) era uguale al tempo di ritenzione idraulico (HRT), i reattori avanzati raggiungono valori di SRT che superano di 10÷100 volte l’HRT. La ritenzione della biomassa nei reattori avanzati è ottenuto sia attraverso lo sviluppo all’interno del reattore di fanghi granulari con buone caratteristiche di sedimentabilità, sia con l’uso di materiali di supporto inerti in grado di intrappolare o far aderire la biomassa. La granulazione è alla base dell’UASB (Upflow Anaerobic Sludge Bed), reattore sviluppato principalmente da Lettinga e collaboratori in Olanda, caratterizzato da una forma generalmente cilindrica con rapporti diametro/altezza molto variabili. L’uso di materiali di supporto, sia in forma fissa che mobile, è invece alla base dei reattori a letto fisso ed a letto espanso.

Il gruppo dei reattori a letto fisso comprende un gran numero di reattori diversi, i più studiati sono di due tipi: il DSFF (Downflow Stationary Fixed Film reactor) sviluppato da Van den Berg e collaboratori in Ottawa, ed il molto più diffuso Filtro Anaerobico nelle sue due forme principali (UAF, Upflow Anaerobic Filter; e DAF, Downflow Anaerobic Filter) dove il materiale dell’impaccamento può essere disposto sia alla rinfusa che in maniera modulare.

La capacità di carico di un reattore è principalmente determinata dalla quantità di biomassa che questo è in grado di trattenere, oltre al fatto di mantenere un contatto effettivo tra influente e biomassa attiva.

Sia il filtro che l’UASB sono reattori in grado di trattenere elevate quantità di biomassa per unità di volume, al contrario dello DSFF dove la ritenzione della biomassa è ottenuta dall’adesione della stessa alle superfici dei materiali di riempimento. Nel reattore UASB, l’uso di un sedimentatore interno, un dispositivo di separazione gas/solido/liquido, consente la ritenzione di una consistente quantità di fanghi in tutti quei casi in cui l’influente consenta la formazione di granuli densi e con buone velocità di caduta (20÷30 m/h ed oltre). In alcuni scarichi industriali in cui non è possibile ottenere la granulazione, la biomassa si presenta sottoforma di fiocchi e viene trascinata dai flussi interni del reattore (provocati dal biogas che sale nella massa liquida, dal carico e da eventuali ricicli) verso l’uscita (wash–out).

Il reattore UAF, sia con impaccamento modulare che alla rinfusa, è dotato di una ottima capacità di trattenimento della biomassa, ma dopo lunghi periodi di funzionamento è soggetto ad un eccessivo trattenimento della biomassa nel filtro con possibili occlusioni degli spazi vuoti e la formazione di canali preferenziali che by-passano la maggior parte della biomassa attiva.

I reattori UAF presentano alla base una zona priva di impaccamento per consentire una distribuzione ottimale dell’influente nella zona sovrastante dotata di riempimento. Durante l’uso di questi tipi di reattore, Dahab, Young e Wilkie notarono che nell’area di distribuzione avveniva una rilevante crescita di biomassa; studi successivi dimostrarono non solo che questa svolgeva un attivo ruolo di abbattimento del COD, ma che la sua attività superava quella della biomassa adesa. In seguito a queste ricerche vennero sperimentati reattori dotati via via di minori volumi di impaccamento (in genere fra 1/4 ed 1/2 del volume del reattore), che per questa caratteristica non poteva più identificarsi con l’UAF, e vennero chiamati SBAF o UASF ed anche UASBF (Upflow Anaerobic Sludge Bed Filtered).

In concreto il reattore SBAF può essere considerato come un reattore UASB dotato di un riempimento nella parte superiore (e da ciò il nome UASF o UASBF) avente la funzione di trattenere la biomassa anche in forma flocculata. Infatti l’impaccamento, operando la separazione delle bolle gassose che si formano dall’attività batterica e che aderiscono ai fiocchi di biomassa, si comporta come un sedimentatore statico ad urto nella separazione gas/liquido/solido. La possibilità di trattenere anche la biomassa in fiocchi offre quindi un vantaggio rispetto ai normali sedimentatori di cui sono dotati gli UASB.

Disegno schematico di reattore ibrido

Caratteristiche quali-quantitative dell’effluente

Caratteristiche dei reflui di alimentazione

Caratteristiche	Grappa 1	Grappa 2	Grappa 3	Vino 1	Vino 2
pH	3.79	3.76	4.6	3.1	3.8
COD	9200	14000	21000	31070	24500
Azoto totale (come N)	25	5		555
Azoto ammoniac.(come N)	2.2	assente		assente
Fosforo tot.		12		82
Solfato (come SO4)		54		374
Cloruri (come Cl)		60
Solidi totali (in mg / g)	0.24		14.61	23.36
Solidi volatili (in mg / g)	0.21		6.70	20.39
Solidi sospesi totali (in mg/g)			1.46	0.51
solidi sospesi volatili (in mg/g)			0.68	0.48
VFA (come Ac Acetico)			6300	2500	3600
AT (come carbonato di Ca)			1800

Tutti i valori, eccetto il pH ed i solidi, in ppm

Andamento del COD (in g/l) in ingresso

Carico organico volumetrico applicato al reattore (in g COD al litro di reattore al giorno).

Prestazioni del digestore

produzione di gas, espressa in volumi di reattore al giorno (litri di biogas prodotto al giorno/volume del reattore in litri)

qualità del biogas, espressa come pressione parziale del metano(%)

caratteristiche dell’effluente scaricato

COD solubile e totale in uscita dal digestore

Rendimento di rimozione della sostanza organica

Contenuto di solfuri nel biogas

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[1] Esclusi pH e temperatura, tutti i dati in g/l