OLR: carico organico del digestore — come calcolare e dimensionare

OLR (organic loading rate) è la massa giornaliera di sostanza secca organica (VS, dall'inglese volatile solids) introdotta nella camera in rapporto al suo volume utile: OLR = ΣmVS / V, espressa in kg VS/(m³·d). Negli impianti di biogas agricolo si colloca solitamente nell'intervallo di circa 2–4 kg VS/(m³·d), mentre i limiti dipendono dalla composizione del mix, dalla temperatura, dalla qualità della miscelazione e dal potere tampone; valori superiori a circa 4–5 richiedono un controllo particolare.

Formula e dati di input

OLR = (Σ mᵢ · TSᵢ · VSᵢ) / V, dove mᵢ è la massa fresca del substrato i al giorno (kg), TSᵢ — frazione di sostanza secca (adimensionale), VSᵢ — frazione di sostanza secca organica nella sostanza secca, V — volume utile della camera (m³). I dati TS e VS provengono da analisi di laboratorio di ogni lotto (essiccazione a circa 105 °C e calcinazione a circa 550 °C); i valori di catalogo sono solo un'approssimazione iniziale.

Esempio di calcolo

Ipotesi (semplificate, a scopo illustrativo): camera con volume utile di 3 000 m³, dose giornaliera:

OLR = 10 398 / 3 000 ≈ 3,5 kg VS/(m³·d). Con due camere da 3 000 m³ ciascuna e la stessa dose, il carico sarebbe di circa 1,7. Si noti che il liquame aggiunge molto volume, ma poca VS: ecco perché un'alta percentuale di liquame riduce l'OLR e abbrevia l'HRT (a volume costante della camera, un flusso maggiore significa un tempo di ritenzione più breve).

Relazione con la resa

La produzione di metano aumenta con l'OLR fino a un certo punto, ma la resa per unità di VS diminuisce con tempi di reazione troppo brevi: parte della materia esce non decomposta. D'altra parte, un carico troppo basso indica che la camera è sovradimensionata rispetto alla dose.

Conseguenze del sovraccarico

• accumulo di acidi grassi volatili (AGV), aumento del rapporto FOS/TAC, diminuzione del pH,
• formazione di schiuma,
• riduzione del contenuto di CH₄, aumento di CO₂,
• miscelazione insufficiente (aumento della viscosità con alto TS),
• maggiore contenuto di potenziale residuo nel digestato e maggiore emissione di metano dal deposito.

Regole pratiche

1. Aumentare la dose gradualmente (ad es. di 0,2–0,5 kg VS/(m³·d) a settimana, a seconda dell'impianto), monitorando pH, FOS/TAC e produzione di gas.
2. Calcolare l'OLR per l'intero impianto e per le singole camere, se ce ne sono più di una, soprattutto in configurazione in serie.
3. Considerare il volume utile, non quello geometrico — schiuma, sedimenti e zona gassosa riducono il volume effettivamente utilizzabile.
4. Variare la dose durante la giornata, per evitare picchi (alimentatori temporizzati, non un'unica grande somministrazione).
5. Utilizzare analisi TS/VS: un insilato con contenuto variabile di sostanza secca può modificare l'OLR di diverse percentuali senza cambiare la massa fresca.

OLR e altri parametri

Nella valutazione di un impianto di biogas è utile considerare tutti e quattro i parametri insieme; un'alta resa volumetrica ottenuta a scapito di una bassa resa per VS può risultare non conveniente, poiché consuma più substrato.

Resa e carico — completamento dell'esempio

Nella camera dell'esempio (3 000 m³, dose di 10 398 kg VS/d), assumendo una resa di 0,30 m³ CH₄ per kg di VS dosato, la produzione è di circa 3 120 m³ CH₄/d, ovvero una resa volumetrica di circa 1,04 m³ CH₄/(m³·d). Questo calcolo serve anche come verifica dei dati: se il risultato supera il potenziale teorico dei substrati, c'è un errore nei dati (ad es. misurazione del gas sovrastimata o VS sottostimati).

Quando l'OLR può trarre in inganno

Lo stesso OLR calcolato per un insilato ad alto contenuto di sostanza secca e per scarti di cucina non ha lo stesso significato: gli scarti si degradano molto più rapidamente e rischiano più velocemente l'acidificazione. È quindi utile integrare l'OLR con la quota di frazioni facilmente degradabili (grassi, zuccheri) nella dose.

Variazione dell'OLR con il cambio di stagione

In primavera e in estate la temperatura ambientale aumenta, mentre in inverno l'impianto consuma più calore. Pertanto, lo stesso OLR può avere una stabilità diversa a seconda della stagione. È buona pratica annotare i valori limite di OLR ai quali l'impianto ha lavorato stabilmente in inverno e in estate, e adottare un livello più conservativo durante i cambi di mix o in caso di guasti ai miscelatori.