10.5 Metodologia per quantificare le prestazioni di riduzione dei fanghi e mineralizzazione

Per determinare la digestione del trattamento dei fanghi acquaponici nei bioreattori aerobici e anaerobici, è necessario seguire una metodologia specifica. In questo capitolo viene presentata una metodologia adattata ai fini del trattamento dei fanghi acquaponici. Sono state sviluppate equazioni specifiche per quantificare con precisione le loro prestazioni (Delaide et al. 2018), che dovrebbero essere utilizzate per valutare le prestazioni del trattamento applicato in uno specifico impianto acquaponico.

Al fine di valutare le prestazioni del trattamento, è necessario raggiungere un approccio di bilancio di massa. Richiede che TSS, COD e masse nutritive siano determinati per tutti gli ingressi del reattore (ossia fanghi freschi) e le uscite (ossia effluenti). Anche il contenuto del reattore deve essere sottoposto a campionamento all’inizio e alla fine del periodo in esame. L’ingresso, l’uscita e il contenuto dei reattori devono essere perfettamente miscelati per il campionamento. L’ingresso e l’uscita del reattore devono essere essenzialmente campionati ogni volta che i reattori sono alimentati con fanghi freschi.

Quindi, le prestazioni di riduzione dei fanghi del reattore (η) possono essere formulate come segue:

$\ eta_s = 100% (1- (\ Delta S + S_ {out}) /S_ {in}) $ (10.6)

dove ΔS è il fango all’interno del reattore alla fine del periodo studiato meno quello all’inizio del periodo, SSUBUT/sub è il fango totale che ha lasciato il reattore nel deflusso e SSUBIN/SUB è il fango totale che è entrato nel reattore per afflusso.

Per la riduzione organica, il fango (cioè il termine S) può essere caratterizzato dalla massa secca dei fanghi (cioè TSS) o dalla massa di ossigeno necessaria per ossidare i fanghi (COD). Pertanto, per le prestazioni di riduzione COD e TSS, minore è l’accumulo e minore è la quantità nel deflusso, maggiore è la prestazione di riduzione (cioè alta percentuale) e quindi meno solidi scaricati dall’anello.

Sulla base dello stesso bilancio di massa, delle prestazioni di mineralizzazione dei nutrienti del trattamento (ρ), ossia della conversione in ioni solubili dei macro e dei micronutrienti presenti nei fanghi sotto forme non disciolte, si può usare la seguente formula:

$\ zeta_n = 100% ((DN_ {out} -DN_ {in})/(TN_ {in} -DN_ {in})) $ (10.7)

dove ρ è il recupero del nutriente N alla fine del periodo studiato in percentuale, DNSubout/sub è la massa totale del nutriente disciolto nel deflusso, DNsubin/sub è la massa totale del nutriente disciolto nell’afflusso e TNsubin/sub è la massa totale dei nutrienti disciolti più non disciolti nell’afflusso.

Così, analogamente alle prestazioni di riduzione organica, minore è l’accumulo all’interno del reattore e il contenuto di nutrienti non disciolti nel deflusso, maggiore è la prestazione di mineralizzazione (cioè alta percentuale) e quindi il nutriente disciolto recuperato nell’effluente (o deflusso) per le colture acquaponiche fecondazione (cfr. esempio 10.1). Le equazioni di bilancio di massa presentate sono utilizzate nella casella di esempio.

Esempio 10.1

Le prestazioni di digestione di un bioreattore anaerobico da 250 L sono state valutate per un periodo di 8 settimane. Era alimentato una volta al giorno con 25 litri di fanghi freschi provenienti da un sistema Tilapia RAS, e il volume surnatante equivalente (o uscita) è stato rimosso dal bioreattore. I fanghi freschi (input) avevano un TSS di 10 g di massa secca (DM) per litro o 1%, e il supernatante (output) aveva un TSS di 1 Gdm/L o 0,1%. Il TSS all’interno del bioreattore all’inizio e alla fine del periodo era di 20 Gdm/L. Di conseguenza, gli ingressi, le uscite DM totali e all’interno del bioreattore durante il periodo valutato sono calcolati come segue:

DM in = 0,01 kg/LD $\ volte $25 L $\ volte $7 giorni $\ volte$ 8 settimane = 14 kg

DM out = 0,001 kg/LD $\ volte$ 25 L $\ volte $7 giorni $\ volte$ 8 settimane = 1,4 kg

DM a = DM tf = 250 L $\ volte$ 0,02 kg/L = 5kg

Le prestazioni di riduzione del TSS (ηTSS) del bioreattore possono quindi essere calcolate come segue:

$\ bold {\ eta} _ {TSS} =100% (1- ((5-5) +1.4) /14) = 90\ %$

Le prestazioni di mineralizzazione del bioreattore P possono essere valutate sapendo che i fanghi freschi (input) avevano una concentrazione di P disciolto di 15 mg/L e un contenuto totale P di 90 mg/L. La concentrazione di P disciolto nel surnatante (output) era di 20 mg/L. Di conseguenza, il tenore totale di P nell’input, il totale P disciolto negli ingressi e nelle uscite durante il periodo valutato sono calcolati come segue:

TP in = 0,090 g/ld $\ volte $25 L $\ volte $7 giorni $\ volte$ 8 settimane = 126 kg

DP in = 0,015 g/ld $\ volte$ 25 L $\ volte $7 giorni $\ volte$ 8 settimane = 21 kg

DP out = 0,020 g/ld $\ volte$ 25 L $\ volte $7 giorni $\ volte$ 8 settimane = 28 kg

Le prestazioni di mineralizzazione P (ζSubp/Sub) del bioreattore possono quindi essere calcolate come segue:

$ζ_p = 100% ((28 - 21)/(126 - 21)) = 6,67\ %$