HRT e SRT: tempo di ritenzione idraulica e dei solidi nel digestore e la loro scelta

HRT (tempo di ritenzione idraulica) è il tempo medio di permanenza del liquido nella camera, calcolato come volume attivo diviso per la portata giornaliera, mentre SRT (solids retention time) rappresenta il tempo medio di permanenza della biomassa microbiologica. In un tipico serbatoio completamente miscelato senza ricircolo, entrambi i valori sono uguali, pertanto l’HRT deve essere più lungo del tempo di duplicazione dei metanogeni a crescita più lenta. Negli impianti di biogas agricoli, solitamente si attesta su alcune decine di giorni.

Formule ed esempio

HRT = V / Q, dove V è il volume attivo (m³) e Q è il volume giornaliero di substrato alimentato (m³/d).

Esempio: una camera di 3 000 m³, con un dosaggio di 65 t/d di substrato con densità di circa 1 t/m³ → Q ≈ 65 m³/d. HRT ≈ 3 000 / 65 ≈ 46 giorni. Con due camere (6 000 m³ totali) e lo stesso dosaggio, l’HRT totale sarà di circa 92 giorni. Un aumento del dosaggio del 30% ridurrà l’HRT a 35 giorni nella prima configurazione.

In pratica, la portata è maggiore della massa dosata se si utilizza il ricircolo del digestato per la diluizione; in tal caso, l’HRT calcolato rispetto alla portata totale differisce da quello calcolato rispetto al substrato fresco. L’operatore dovrebbe chiarire quale indicatore viene riportato.

Perché non è possibile ridurre all’infinito

I metanogeni hanno una bassa velocità di crescita. Se l’HRT è più breve del tempo necessario per la rigenerazione della biomassa, la perdita per efflusso supera l’incremento e la popolazione diminuisce (dilavamento). Conseguenze: aumento degli acidi grassi volatili (LKT), calo del pH, riduzione della produzione di metano. Il margine di sicurezza dipende dal regime (termofilo tollera un HRT più breve) e dai substrati (il liquame con basso contenuto di sostanza secca richiede un approccio diverso rispetto all’insilato).

Intervalli tipici

Gli intervalli indicati sono orientativi; ogni progetto deve essere verificato per il mix specifico.

Degradazione e tempo

La curva di produzione del metano nel tempo ha un andamento simile a una funzione esponenziale: la maggior parte del potenziale viene rilasciata nelle prime settimane, mentre le ultime percentuali richiedono tempi significativamente più lunghi. Per questo motivo, la pratica prevede l’accoppiamento di una camera principale con una seconda camera (o un serbatoio di digestato con recupero del gas), che aumentano il tempo di ritenzione totale senza un eccessivo incremento del volume della camera principale.

Configurazione a cascata

Due o più camere in serie garantiscono una distribuzione del tempo di permanenza più vicina a un flusso a pistone: i cicli brevi delle particelle sono meno probabili, quindi una minore quantità di materia non completamente degradata finisce nel digestato. A parità di volume totale, questo approccio offre generalmente una resa superiore rispetto a una singola camera di grandi dimensioni, soprattutto per substrati difficilmente degradabili.

Regole pratiche

1. Conosci l’HRT attuale calcolato sulla base dei dosaggi reali, non di quelli di progetto.
2. Quando aumenti il dosaggio, assicurati che l’HRT non scenda al di sotto del valore in cui l’impianto ha lavorato stabilmente.
3. Allunga il tempo di ritenzione se nel digestato è presente molta materia non degradata o se dal serbatoio di digestato si sprigiona molto gas.
4. Documenta l’HRT insieme all’OLR; insieme descrivono il carico della camera.
5. Esegui un test del potenziale metanigeno residuo del digestato (BMP o test 28–60 d) per valutare se la riduzione o l’allungamento del tempo siano giustificati.

Il test del potenziale residuo è il modo migliore per trasformare la discussione sull’HRT ottimale in dati concreti provenienti dal proprio impianto.

Ricircolo e separazione come metodo per ottenere SRT > HRT

Nei reattori senza trattenimento della biomassa, l’SRT è uguale all’HRT. Negli impianti con ricircolo della biomassa concentrata (ad esempio, dopo la separazione del digestato), una parte dei microrganismi ritorna nella camera, quindi l’SRT è più lungo dell’HRT. Ciò garantisce una maggiore stabilità e consente un carico più elevato, ma aumenta anche la concentrazione di azoto ammoniacale e sali, fattori da considerare nel controllo dell’inibizione.

Test pratico di fattibilità

Confronta l’HRT con il tempo in cui il test BMP dei substrati raggiunge una parte significativa del potenziale (ad esempio, l’80–90%). Se l’HRT è notevolmente più breve, nel digestato rimane energia; se è significativamente più lungo, la camera potrebbe essere sovradimensionata o il dosaggio troppo basso. È utile ripetere il controllo dopo ogni modifica significativa del mix.

Esempio: effetti dell’aumento del dosaggio

Un impianto con una camera di 3 000 m³ e un HRT di 46 giorni aumenta il dosaggio del 30% (da 65 a circa 85 m³/d). L’HRT scende a circa 35 giorni, il che significa una riduzione del tempo di reazione di quasi un quarto. Se in precedenza nel digestato era presente una frazione fibrosa non degradata significativa, dopo la riduzione dell’HRT la sua percentuale aumenterà e la resa per unità di SV diminuirà. Il guadagno derivante dal dosaggio aggiuntivo potrebbe quindi essere inferiore a quanto suggerito da un semplice calcolo.