Caratterizzazione chimico-fisica dei FVR

Il contenuto in ST e la percentuale in SV indicano la frazione della materia organica che può essere convertita in biogas, mentre il rapporto C/N rappresenta la disponibilità di sostanza organica in rapporto al principale nutriente che è rappresentato dall'Azoto. I diagrammi ternari riportati nella Fig.7a-b consentono la localizzazione dei campioni di frutta e vegetali nel piano secondo ST, SV e C/N

Come si può notare i campioni di frutta che presentano elevati valori di ST e SV e C/N sono spostati nel piano del diagramma verso il vertice C/N, mentre i campioni di vegetali sono distribuiti maggiormente verso il centro.

I campioni di frutta, infatti, hanno un valore di ST medio pari al 14,0%, con un minimo del 7,5% e un massimo del 23,2%. I campioni di vegetali presentano un valore medio del 6,7%, con un minimo del 3,3% e un massimo dell'11,45%. Il contenuto in SV per la frutta è in media pari al 10,3%, con un valore minimo del 5,0% e uno massimo del 12%, mentre per i vegetali il contenuto medio è pari al 4,7%, con un valore minimo del 2,0% e uno massimo del 9,0%. Il rapporto C/N medio è pari a 40 per la frutta con un valore minimo di 19 ed uno massimo di 53. Per i vegetali si ha un valore medio di 13,4, con un minimo di 10 ed uno massimo di 21. Le patate rappresentano una categoria separata con un valore di ST medio del 21,8%, di SV medio del 17,4 % e un rapporto C/N pari a 23. I macro elementi, i microelementi e gli elementi in tracce sono fondamentali per il metabolismo batterico.

La visualizzazione della distribuzione di variabilità dei parametri C/N, SV e il contenuto in Zolfo per vegetali e frutta sono mostrati nella Fig.8a-c. La concentrazione dello Zolfo è una caratteristica rilevante per le materie prime alimentate a un impianto di digestione anaerobica e in genere, nella frutta è inferiore ai vegetali. In particolare i broccoli, il cavolfiore, il cavolo e la cipolla hanno il contenuto in Zolfo maggiore su base secca (0,7-1,0%). La concentrazione di Zolfo nelle patate è situata approssimativamente tra la frutta e i vegetali.

Le determinazioni analitiche non hanno mostrato sostanziali differenze tra Carbonio fisso, Idrogeno e Ossigeno su base secca nella frutta (22,0%, 6,5% e 44,0% rispettivamente), nei vegetali (20,0%, 6,5%, 40% rispettivamente) e nelle patate (15,0 %, 6,5%, 43% rispettivamente). Il contenuto in ceneri su base secca è differente per la frutta (2%-9%), per i vegetali (0,7%-16,0%) e per le patate (5%).

Il contenuto energetico mostra valori di PCI su base umida compresi nell'intervallo tra 0,7 MJ kgss-1 e 1,9 MJ kgss-1 per i vegetali, tra 1,2 MJ kgss-1 e 3,9 MJ kgss-1 per la frutta e di 3,5 MJ kgss-1 per le patate. Questi valori consentono di conoscere esattamente la quantità di energia immessa in un digestore anaerobico e di conseguenza l'energia che può essere ottenuta sotto forma di biogas e che rimane nel digestato. Le concentrazioni dei microelementi, dei macroelementi e degli elementi in tracce sono riportate nella

4. Impiego della Digestione Anaerobica

Tabella 3. Non sono state rilevate differenze rilevanti nel contenuto di nutrienti tra frutta e vegetali. Il Calcio, il Potassio, il Magnesio e il Sodio sono gli elementi più abbondanti.

Figura 7: Distribuzione dei campioni nei diagrammi ternari. Frutta (a), Vegetali (b). (a)

52 4. Impiego della Digestione Anaerobica

Tabella 3: Macro elementi, microelementi e elementi in tracce presenti nei residui di frutta e vegetali.

Al As* B Ba Ca Cd Co Cr Cu Fe Hg* K Li Mg Mn Mo Na Ni Pb Se* Sn Sr V Zn mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Albicocche 0,95 <0,007 0,10 0,014 3,67 0,002 0,029 0,648 0,04 2,37 <0,007 29,81 <0,001 1,31 0,31 0,022 0,08 2,88 0,04 <0,01 <0,03 0,01 0,007 0,08 Melanzane 3,40 <0,004 0,03 0,006 2,68 <0,001 <0,004 0,001 0,42 0,07 <0,004 20,75 <0,001 1,80 0,02 0,001 0,30 0,22 0,13 <0,01 <0,02 0,02 <0,001 0,49 Banane 0,68 <0,012 0,06 0,005 1,79 <0,001 0,015 0,033 0,44 0,26 <0,012 51,70 <0,001 4,35 0,08 0,012 0,08 2,58 0,08 <0,02 <0,06 0,03 <0,002 0,46 Broccoli 0,07 <0,006 0,06 0,015 14,03 <0,001 <0,006 0,002 0,31 0,11 <0,006 27,46 <0,001 4,36 0,02 0,008 3,28 0,27 0,06 <0,01 <0,03 0,08 <0,001 0,30 Cavoli 0,09 <0,004 0,04 0,006 7,96 <0,001 0,004 0,001 0,18 0,08 <0,004 21,15 <0,001 3,02 0,02 0,002 3,43 0,51 0,04 <0,01 <0,02 0,04 <0,001 0,22 Carote 1,01 <0,004 0,03 0,021 6,27 <0,001 <0,004 0,004 0,15 0,12 <0,004 14,27 <0,001 2,24 0,03 0,003 8,75 0,16 0,02 <0,01 <0,02 0,03 <0,001 0,10 Cavolfiori 0,12 <0,004 0,03 0,006 4,22 <0,001 0,005 0,000 0,37 0,08 <0,004 23,04 <0,001 2,87 0,02 0,003 2,89 0,72 0,03 <0,01 <0,02 0,02 <0,001 0,29 Clementini 1,07 <0,008 0,13 0,014 16,53 <0,001 <0,008 0,005 0,98 0,14 <0,008 16,78 <0,001 2,17 0,02 0,003 0,22 1,24 0,19 <0,02 <0,04 0,15 <0,002 0,98 Zucchine 0,14 <0,003 0,02 0,002 2,38 <0,001 0,003 0,002 1,68 0,08 <0,003 18,51 <0,001 1,96 0,01 0,002 0,18 0,66 0,07 <0,01 <0,01 0,01 <0,001 1,16 Cetrioli 2,28 <0,002 0,02 0,004 3,78 <0,001 <0,002 0,001 0,05 0,05 <0,002 12,41 <0,001 1,85 0,01 0,002 1,19 0,07 0,01 <0,003 <0,01 0,02 <0,001 0,06 Indivia 1,02 <0,002 0,01 0,000 3,68 <0,001 0,002 0,025 0,08 0,14 <0,002 12,49 <0,001 1,30 0,03 0,001 0,19 0,31 0,02 <0,004 <0,01 0,00 <0,001 0,08 Finocchi 1,74 <0,003 0,02 0,007 5,47 <0,001 0,018 0,080 0,35 0,52 <0,003 21,62 <0,001 1,38 0,09 0,005 5,59 0,37 0,12 <0,01 <0,02 0,03 0,001 0,54 Limoni 3,16 <0,006 0,04 0,021 13,56 <0,001 <0,006 0,005 0,69 0,10 <0,006 19,71 <0,001 1,64 0,03 <0,001 0,42 0,41 0,31 <0,01 <0,03 0,07 <0,001 1,14 Lattuga 3,05 <0,002 0,01 0,005 6,93 <0,001 0,026 0,038 0,31 0,42 <0,002 30,11 <0,001 1,67 0,08 0,001 1,26 0,28 0,17 <0,005 <0,01 0,02 <0,001 1,13 Meloni 3,43 <0,007 0,03 0,001 3,70 <0,001 0,010 0,001 0,80 0,19 <0,007 37,60 <0,001 3,60 0,02 <0,001 1,15 0,59 0,11 <0,01 <0,03 0,02 <0,001 0,93 Cipolle 0,78 <0,004 0,07 0,021 9,26 <0,001 0,004 0,001 0,51 0,11 <0,004 12,21 <0,001 1,73 0,02 0,002 0,97 0,54 0,13 <0,01 <0,02 0,05 <0,001 0,80 Arance 0,39 <0,006 0,05 0,016 17,61 <0,001 0,012 0,029 0,05 0,25 <0,006 11,85 <0,001 1,63 0,03 0,007 0,11 2,43 0,02 <0,01 <0,03 0,23 <0,001 0,05 Pesche 0,68 <0,008 0,04 <0,002 1,28 0,001 0,020 0,001 1,31 0,24 <0,008 19,06 <0,001 1,28 0,01 <0,002 0,11 3,25 1,50 <0,02 <0,04 0,02 <0,002 8,40 Pere 0,12 <0,008 0,06 0,001 0,94 <0,001 0,007 0,006 0,49 0,08 <0,008 7,86 <0,001 0,68 0,01 <0,002 0,29 0,98 0,31 <0,02 <0,04 0,01 <0,002 1,25 Peperoni 0,34 <0,004 0,01 0,001 0,61 <0,001 <0,004 <0,001 0,83 0,09 <0,004 15,84 <0,001 1,10 0,01 <0,001 0,18 0,77 0,09 <0,01 <0,02 0,00 <0,001 0,76 Ananas 4,86 <0,005 0,02 0,009 3,08 <0,001 0,005 0,001 1,99 0,07 <0,005 12,90 <0,001 1,33 0,16 <0,001 0,08 0,51 0,05 <0,01 <0,03 0,02 <0,001 1,53 Patate 5,48 <0,011 0,07 0,017 4,86 <0,001 0,012 <0,001 0,41 0,19 <0,011 45,30 <0,001 3,33 0,03 <0,002 0,35 0,24 0,13 <0,02 <0,05 0,01 <0,002 0,70 Pomodori 0,48 <0,002 0,01 0,000 1,23 <0,001 0,003 0,001 0,35 0,07 <0,002 9,97 <0,001 0,64 0,01 0,001 0,21 0,68 0,04 <0,004 <0,01 0,00 <0,001 0,39 Cocomeri 2,08 <0,004 0,03 0,006 1,57 0,001 0,013 0,203 0,004 0,81 <0,004 17,13 <0,001 1,65 0,16 0,007 0,08 2,29 0,01 <0,01 <0,02 0,01 0,002 0,02

4. Impiego della Digestione Anaerobica

L'Arsenico, il Cadmio, il Mercurio, il Litio, il Selenio, lo Stagno, e il Vanadio sono presenti in tracce o assenti, mentre metalli pesanti quali il Rame, il Piombo e lo Zinco presentano i valori più elevati in tutti i campioni e talvolta superano la concentrazione minima per essere considerati tracce. Sono stati riscontrati alcuni valori elevati (per esempio Nichel, Piombo e Zinco nelle pesche) che potrebbero essere attribuiti situazioni isolate di contaminazione. La concentrazione dei nutrienti quali il Potassio, il Sodio, il Magnesio e il Calcio, la presenza di microelementi e di elementi tracce consentono di evitare l'aggiunta di queste sostanze, come spesso è fatto negli impianti di digestione anaerobica industriali, con una conseguente riduzione dei costi. Questa caratteristica, unitamente all'elevato contenuto in sostanza organica fa sì che i FVR possano essere impiegati tal quali direttamente in un processo di digestione anaerobica, con la condizione che siano impiegate per l'alimentazione degli impianti formulazioni bilanciate tra frutta e vegetali. La Tab.4 riporta la composizione principale delle formulazioni impiegate nello studio sperimentale. In particolare mostra come nella fase di avvio, ma anche nelle fasi 1 e 2 le miscele sono state composte principalmente da residui di vegetali (la frazione di frutta era pari a circa un terzo del totale), mentre durante la fase 3 erano costituite da residui di frutta.

Tabella 4: Composizione delle miscele di FVR (intervallo di variazione e valore medio). La concentrazione prevista per il metano nel biogas si situa tra il 43,0% e il 70,0%, mentre la concentrazione di anidride carbonica tra il 30,0% e il 57,0 %. In particolare le concentrazioni più elevate per il metano (> 60,0%) sono state previste per la frutta piuttosto che per le patate e i vegetali.

Come già riportato in precedenza, il periodo sperimentale può essere suddiviso in quattro fasi, in ciascuna delle quali è stata ottenuta la sostituzione completa della biomassa all'interno del reattore. In funzione della stagionalità dei residui prodotti dal mercato ortofrutticolo, le formulazioni impiegate per l'alimentazione del digestore pilota hanno mostrato una composizione differente in tutto il periodo sperimentale. E' importante sottolineare che l'impiego di substrati con un alto contenuto di residui di frutta influenza notevolmente il processo di digestione anaerobica.

Infatti, i residui di frutta contengono un alto quantitativo di zuccheri semplici che incrementano la concentrazione di CO2 nel biogas a discapito del contenuto di Metano.

Frazione di frutta (%) ST (% tq) (%TS) SV MJ kgPCS -1_ss Avvio 33,4 5,4-16,5 (Media: 9,6) (Media: 85,0) 80,8-90,8 16,1-17,6 Fase 1 33,1 4,4-16,1 (Media: 8,8) (Media: 86,4) 78,8-90,5 15,3-17,5 Fase 2 28,4 3,4-13,2 (Media: 7,1) (Media: 84,9) 81,3-90,0 13,7-16,6 Fase 3 60,6 4,3-21,8 (Media: 9,5) (Media: 87,9) 81,7-93,8 15,0-17,1

54 4. Impiego della Digestione Anaerobica

Figura 8: Rapporto C/N (a). Contenuto SV % (b). Contenuto S % (c).

(a) (b)

4. Impiego della Digestione Anaerobica