pH nel digestore: quale intervallo è corretto e che cosa indicano le variazioni

Il pH corretto in un impianto di biogas agricolo rientra di norma nell'intervallo 7,0–8,2, mentre i microrganismi metanigeni lavorano al meglio a pH di circa 6,8–7,5. Il valore del pH da solo non basta a valutare il processo: è un indicatore ritardato, perché il tampone (bicarbonati e ammonio) maschera per molto tempo l'accumulo di acidi. Lo stato del processo emerge solo dall'insieme: pH, FOS/TAC, acidi grassi e composizione del gas.

Da dove viene il tampone

Nel digestore operano due principali sistemi tampone:

• carbonato: CO₂ disciolta nel liquido e bicarbonati, legati ai cationi; la loro quantità determina l'alcalinità (TAC),
• ammonio: azoto ammoniacale liberato da proteine e urea, che neutralizza gli acidi.

Per questo gli impianti a liquame hanno in genere un pH più alto e una maggiore alcalinità rispetto agli impianti alimentati solo con insilato di mais, che hanno una piccola riserva di tampone e perdono stabilità più rapidamente.

Perché il pH reagisce tardi

Quando nel digestore giungono acidi in quantità superiore alla capacità dei metanogeni, i bicarbonati li neutralizzano e il pH quasi non cambia. Il calo si verifica solo dopo l'esaurimento dell'alcalinità. In pratica ci vogliono alcuni giorni, e una discesa del pH sotto circa 6,8–7,0 segnala già un grave disturbo. Per questo FOS/TAC e profilo degli acidi (AGV) sono indicatori più sensibili.

Anche un pH alto non è privo di rischi

Il contenuto di ammoniaca libera dipende da pH e temperatura. A parità di concentrazione di azoto ammoniacale (TAN), un aumento del pH di 0,3 unità può raddoppiare la concentrazione di NH₃. Esempio semplificato (pKa di NH₄⁺ circa 8,86 a 38 °C): con TAN 3,5 g N/l e pH 7,5 l'NH₃ libera è di circa 145 mg N/l, con pH 7,8 di circa 280 mg N/l. Di qui, con il liquame avicolo e substrati simili, un pH alto è un segnale di cautela.

Intervalli orientativi

Gli intervalli dipendono dal substrato; più importante del valore assoluto è la tendenza e il riferimento allo storico del singolo impianto.

Come misurare

1. Preleva il campione sempre dallo stesso punto e alla stessa ora.
2. Misura il più rapidamente possibile dopo il prelievo: la fuga di CO₂ innalza il pH del campione.
3. Misura a una temperatura vicina a quella del digestore o con compensazione della temperatura.
4. Calibra l'elettrodo con soluzioni tampone (di solito 7,0 e 4,0 oppure 10,0) prima delle serie di misure e puliscilo: grassi e biofilm causano deriva.
5. Le sonde in continuo installate nel digestore richiedono un controllo regolare e il confronto con la misura di laboratorio.

Azioni in funzione della tendenza

• Calo del pH: riduci o sospendi la dose di substrati facilmente degradabili, verifica il FOS/TAC, valuta l'aggiunta di un tampone (calce, bicarbonato di sodio, ceneri — con cautela) e aumenta la quota di liquame.
• Aumento del pH: calcola l'NH₃ libera, limita i substrati ricchi di azoto, diluisci e, se necessario, aumenta la quota di substrati carboniosi.
• Oscillazioni: cerca le cause in un dosaggio non uniforme.

La sola correzione del pH non elimina la causa; è un rimedio temporaneo che fa guadagnare tempo per modificare il dosaggio o la miscela.

Il pH nelle singole fasi

Diversi gruppi di microrganismi hanno ottimi differenti: idrolisi e acidogenesi lavorano bene a pH di circa 5,5–6,5, la metanogenesi a pH neutro. Nei sistemi a due stadi il primo digestore lavora intenzionalmente a pH più basso. Nei sistemi a uno stadio l'intero processo deve svolgersi nell'intervallo favorevole ai metanogeni, ed è uno dei motivi per cui i substrati facilmente degradabili vanno dosati con cautela.

Additivi correttivi

Nell'immediato si impiegano calce, bicarbonato di sodio o altri agenti alcalini. La loro dose si stabilisce sulla base del TAC e dell'obiettivo (ad es. aumento dell'alcalinità di un determinato valore), non «a occhio». Un eccesso di calcio può provocare la precipitazione di carbonati e la formazione di incrostazioni su scambiatori e tubi. Tali agenti non risolvono il problema alla radice; dopo la stabilizzazione del processo occorre modificare il dosaggio o la composizione della miscela.

Registro del pH nella pratica

Registra il pH insieme a data, ora rispetto al dosaggio, temperatura del campione, dose e sua composizione. Dopo alcuni mesi si ottiene il profilo di funzionamento «normale» di quel dato impianto, più prezioso di qualsiasi valore tratto dalla letteratura. Uno scostamento di 0,2–0,3 da tale profilo senza una causa evidente va trattato come motivo per verificare il FOS/TAC e la composizione del gas.