Tecnica NIRS: possibili applicazioni per una caratterizzazione rapida dei digestati

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Convegno

Rifiuti. Gli aspetti innovativi Rifiuti. Gli aspetti innovativi

nella ricerca industriale e nella ricerca industriale e nella gestione ai diversi nella gestione ai diversi

livelli territoriali livelli territoriali

applicazioni per una applicazioni per una

caratterizzazione caratterizzazione

rapida dei digestati rapida dei digestati

Alessandra Immovilli, Claudio Fabbri, Nicola Labartino, Sergio Piccinini CRPA - Reggio Emilia

Rimini 8 Novembre 2013

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zootecnici in Italia (Fine 2012):

756 MWe

Andamento del

numero di impianti biogas

Ripartizione per tipologia di

alimentazione

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Presupposti:

• Con la rapida diffusione degli impianti di biogas è emersa la necessità di avere sistemi di analisi delle matrici in ingresso e in uscita più rapidi ed

economici rispetto a quelli tradizionali.

• Uno dei sistemi individuati è stata la spettroscopia NIR, già da anni ampiamente utilizzata con

successo in campo zootecnico.

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Spettroscopia NIR descrizione:

• Si basa sull'assorbimento delle radiazioni

elettromagnetiche nel vicino infrarosso (780-2500 nm)

• E' una tecnica non distruttiva e non utilizza reagenti chimici

• E' veloce e completa (fornisce più parametri

contemporaneamente)

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Spettroscopia NIR analisi secondaria:

Analisi di riferimento

Modello

Trattamenti matematic i

Predizione

Spettri

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Obiettivi:

• Valutare la possibilità di utilizzare la tecnica NIRS per una caratterizzazione rapida dei digestati

partendo dal campione tal quale.

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Materiali e metodi 1:

• Lo strumento utilizzato è un apparecchio a monocromatore della Unity Scientific

Intervallo spettrale utilizzato 1200-2400 nm, 1nm Rivelatore InGaAs

Modulo porta campione rotante

Spectra Stars

2500 RTW

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Materiali e Metodi 2:

Analisi di riferimento Calibrazione

pH

Solidi Totali (ST) Solidi Volatili (SV) Azoto Totale (NTK)

Azoto ammoniacale (N-NH

₄⁺

) Fosforo totale (P tot)

FOS/TAC

N°max 226 campioni di digestato provenienti da differenti impianti

Validazione

N°max 107 campioni

di digestato esterni

alla calibrazione

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Materiali e Metodi 3:

• Caratteristiche analitiche dei digestati in calibrazione

pH ST SV NTK N-NH4+ P totale FOS TAC

[-] [%] [%tq] [g/Kg tq] [g/Kg tq] [g/Kg tq] [g Haceq/l] [g CaCO

_3/

/l]

N° campioni 116 226 226 102 174 40 78 78

media 7,8 6,8 5,1 3,5 1,9 0,6 4,2 12,7

Min 7,2 1,8 1,2 1,9 0,6 0,3 1,5 6,3

Max 8,3 16,8 13,4 6,7 3.6 2,1 10,9 24,2

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Risultati 1:

• Coefficienti di correlazione ed errore standard in calibrazione

Variabili pH ST SV NTK N-NH

₄⁺

Coefficiente di correlazione

(R

²

) 0,71 0,94 0,92 0,86 0,85

Errore standard in calibrazione

(SEC) 0,13 0,63 0,61 0,34 0,20

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Risultati 2:

• Correlazione tra valore predetto e valore analitico

R

²

= 0,9055 R

²

= 0,8965

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Risultati 3:

• Correlazione tra valore predetto e valore analitico

R

²

= 0,8176 R

²

= 0,8887

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Conclusioni 1:

• La scarsa variabilità del parametro pH in questa tipologia di matrice ha permesso di ottenere una

calibrazione con R

²

accettabile ma con scarse prestazioni in validazione

• Per P tot e FOS/TAC non sono state ottenute calibrazioni

soddisfacenti presumibilmente a causa del numero esiguo di

campioni in calibrazione che andrà quindi aumentato.

pH ST SV NTK ^N-

NH

₄⁺

Ptot FOS TAC

[-] [%] [%tq] [g/Kg

tq] [g/Kg

tq] [/Kg tq] [g

Haceq/l] [g CaCO₃/l]

N°cam

pioni

116 226 226 102 174 40 78 78

media

7,8 6,8 5,1 3,5 1,9 0,6 4,2 12,7

Min

7,2 1,8 1,2 1,9 0,6 0,3 1,5 6,3

Max

8,3 16,8 13,4 6,7 3,6 2,1 10,9 24,2

Dev.st

0,2 ^2,7 ^2,3 ^0,9 ^0,5 ^0,2 ^1,8 ^2,8

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Conclusioni 2:

• Le buone performance predittive ottenute per le

calibrazioni di ST, SV, NTK e N-NH ₄ ⁺ ne rendono

possibile l'impiego come metodo analitico in supporto a quello tradizionale.

• Tuttavia bisogna continuare ad indagare diversi aspetti

che limitano l'applicazione della spettroscopia NIR ad

altri parametri più complessi ma determinanti per il

controllo del processo di DA.

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