Come sottoprodotto del trattamento biologico delle acque reflue, gli impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP) generano inevitabilmente grandi quantità di fanghi delle acque reflue (WAS), rappresentando una sfida significativa. Il WAS è un tipico rifiuto solido che può facilmente causare inquinamento secondario se non adeguatamente trattato. In genere, i costi di trattamento e smaltimento dei WAS rappresentano fino al 60% dei costi operativi totali di un impianto di trattamento delle acque reflue. Tuttavia, il WAS è ricco di materia organica come proteine e carboidrati, il che lo rende una risorsa bioenergetica rinnovabile. WAS è comunemente usato per la digestione anaerobica per produrre metano. Gli acidi grassi a catena corta (SCFA) sono prodotti intermedi della digestione anaerobica, tra cui acido acetico, acido propionico, acido isobutirrico, acido n-butirrico, acido isovalerico e acido n-valerico. Pertanto, la produzione di SCFA dalla fermentazione dei fanghi ha attirato crescente attenzione negli ultimi anni, poiché gli SCFA risultanti non sono solo una fonte di carbonio preferita per la rimozione biologica di azoto e fosforo, ma anche materie prime per la produzione microbica di plastiche biodegradabili.
A causa del basso tasso di decomposizione dei fanghi e del rapido consumo da parte dei batteri metanogeni, la resa di SCFA dalla fermentazione dei fanghi di acque reflue (WAS) è generalmente bassa. Pertanto, gli studi precedenti si sono concentrati principalmente sulla promozione della produzione di SCFA accelerando la decomposizione dei fanghi o inibendo l’attività dei metanogeni. La letteratura riporta che vari metodi di pretrattamento WAS, come il pretrattamento enzimatico, nitrito libero, termico, Fenton, ozono e ultrasonico [9] [10] [11], nonché le condizioni operative dei reattori anaerobici (ad esempio, controllo acido e alcalino) [9], possono aumentare efficacemente la produzione di SCFA. Ad esempio, il pretrattamento dei fanghi attivi di rifiuto (WAS) con nitrito libero (1,54-1,80 mg/L) per 2 giorni migliora significativamente la disintegrazione dei fanghi, aumentando così la produzione di acidi grassi a catena corta (SCFA) di 1,5-3,7 volte [12]. Inoltre, anche l’aumento di certa materia organica nei fanghi di fermentazione, come carboidrati e poliidrossialcanoati intracellulari (PHA), può promuovere la produzione di SCFA.
Il polialluminio cloruro (PAC) è un coagulante inorganico prodotto dall'idrolisi parziale di una soluzione acida di cloruro di alluminio in uno specifico reattore. I PAC sono tipicamente composti da monomeri di alluminio (come Al³⁺, Al(OH)₂⁺, ecc.), dimeri (Al₂O₃), trimeri (Al₃O₄) e polimeri macromolecolari inerti con pesi molecolari tipicamente superiori a 3000 Da[18]. Le forme chimiche dell'alluminio idrolizzato possono essere classificate in tre categorie in base alla velocità di reazione con gli indicatori del ferro: monomeri (Ala) (reazioni istantanee, ovvero monomeri, dimeri e trimeri dell'alluminio), polimeri a velocità media (Alb) (reazione entro 120 minuti, ovvero Al₂O₃) e sol o gel (Alc) (non reattivi, ovvero polimeri di alluminio con pesi molecolari tipicamente superiori a 3000 Da). In determinate condizioni, quando è presente una grande quantità di prodotti di idrolisi dell'alluminio polinucleare (Alb) altamente carichi, i PAC sono superiori ai tradizionali coagulanti a base di alluminio (come AlCl3 e allume) nella rimozione del particolato e/o della materia organica. Dagli anni ’80, i precipitati di polifosfati (PAC) sono stati ampiamente utilizzati nel trattamento dell’acqua e delle acque reflue in tutto il mondo per la rimozione di particelle fini e metalli pesanti, la precipitazione di fosfati e l’inattivazione di virus. Durante il trattamento delle acque reflue, i PAC vengono inevitabilmente assorbiti e concentrati dai fanghi, provocandone l'accumulo in grandi quantità all'interno dei fanghi. Il contenuto di PAC nei fanghi dipende fortemente dalla fonte d'acqua e da altri prodotti chimici utilizzati e varia in modo significativo tra le diverse regioni.
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