Acidi grassi volatili (AGV) nell'impianto di biogas: profilo, soglie e importanza del propionato

Gli AGV, ossia acidi grassi volatili (acetico, propionico, butirrico, valerianico e altri), sono un prodotto intermedio della degradazione della materia organica. In un processo sano vengono consumati quasi subito, quindi la loro concentrazione è bassa; l'accumulo di AGV significa che il ritmo di formazione degli acidi supera la capacità dei metanogeni di consumarli. L'indicatore migliore non è la somma, bensì il profilo: la quota di acetato, propionato e acidi superiori e la direzione dei cambiamenti nel tempo.

Che cosa misuriamo e come

Lo standard è la determinazione cromatografica (GC con rivelatore FID o HPLC) nel filtrato di un campione di sospensione, dopo acidificazione e centrifugazione. Il risultato si esprime in mg/l o g/l per i singoli acidi. La titolazione FOS/TAC fornisce una somma espressa in equivalenti di acido acetico, ma non distingue i singoli acidi. I campioni vanno protetti da un'ulteriore degradazione: raffreddamento rapido, centrifugazione, congelamento se l'analisi non avviene nello stesso giorno.

Ruolo dei singoli acidi

Valori orientativi

In letteratura e nella pratica degli operatori si ritiene che gli impianti agricoli stabili abbiano AGV totali dell'ordine di meno di circa 1–3 g/l (a seconda del substrato), con predominanza dell'acetato. Sono considerati segnali di allerta:

• propionato superiore a circa 1 g/l (in alcune fonti 0,8–1,5 g/l),
• rapporto propionato/acetato superiore a circa 1–1,4 (la soglia di Hill et al. è spesso citata, ma non andrebbe applicata meccanicamente),
• aumento brusco della somma degli AGV di decine di punti percentuali nell'arco di un giorno.

Gli impianti che funzionano stabilmente a concentrazioni più elevate (ad es. con ammoniaca elevata e SAO) mostrano che il valore assoluto dipende dall'adattamento, e conta lo scostamento dalla propria norma.

Perché la tendenza è più importante del numero

Esempio: un impianto ha un livello costante di acetato di circa 0,4 g/l e di propionato di 0,1 g/l. Dopo l'aumento della dose di insilato, nell'arco di quattro giorni l'acetato sale a 1,1 g/l e il propionato a 0,5 g/l. Nessuno di questi valori supera la soglia «da manuale», eppure il profilo è cambiato in modo evidente. La reazione (riduzione della dose) in questo momento previene l'acidificazione che comparirebbe nei giorni successivi.

Che cosa causa l'aumento degli AGV

1. Aumento troppo brusco della dose o cambio della miscela con una più facilmente degradabile.
2. Calo della temperatura, guasto del riscaldamento o della miscelazione.
3. Inibitori: ammoniaca, H₂S, antibiotici, disinfettanti, ossigeno.
4. Carenza di microelementi.
5. HRT ridotto o dilavamento della biomassa.

Gestione

Buone pratiche

• Determina gli AGV regolarmente (ad es. una volta a settimana, più spesso durante l'avviamento e le variazioni della miscela).
• Registra i risultati in un'unica tabella con pH, FOS/TAC, dose e produzione di gas.
• Cura una metodologia coerente, compresa la preparazione del campione.
• Usa il profilo come prova nella valutazione della causa, ad es. di un calo della produzione di gas.

Gli AGV sono un indicatore adatto al problema: permettono di distinguere il sovraccarico dall'inibizione e di rispondere alla domanda se basti rallentare il dosaggio o occorra cambiare la miscela o integrare gli additivi.

Come convertire i risultati

I risultati della cromatografia sono espressi in mg/l dei singoli acidi. Per il confronto con la titolazione la somma si converte in equivalente di acido acetico, tenendo conto delle masse molari (acetico 60, propionico 74, butirrico 88 g/mol). Esempio: 800 mg/l di acetato e 300 mg/l di propionato corrispondono, convertiti in equivalente acetico, a 800 + 300 × 60/74 ≈ 1.043 mg/l. I valori così convertiti si possono confrontare con il risultato del FOS ottenuto dalla titolazione e verificare la concordanza dei metodi; una discrepanza dell'ordine di alcune decine di punti percentuali è normale, perché la titolazione comprende anche altri composti a carattere acido.

Frequenza delle misure e rischio

In un impianto stabile basta una volta a settimana o ogni due settimane. Durante l'avviamento, dopo la modifica della miscela, nell'introduzione di nuovi substrati o in una crisi conviene misurare 2–3 volte a settimana e, in caso di variazioni brusche, ogni giorno. Il costo delle analisi è modesto rispetto alle perdite dovute a qualche giorno di produzione di gas disturbata, perciò molti impianti stipulano con i laboratori contratti per determinazioni periodiche di AGV, TAN, pH e FOS/TAC e raccolgono i risultati in un'unica banca dati insieme alle dosi dei substrati.