Tecnica NIRS: possibili applicazioni per una caratterizzazione rapida dei digestati

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1 Tipo di evento Convegno Rifiuti. Gli aspetti innovativi nella ricerca industriale e nella gestione ai diversi livelli territoriali Rimini 8 Novembre 2013 possibili applicazioni per una caratterizzazione rapida Alessandra Immovilli, Claudio Fabbri, Nicola Labartino, Sergio Piccinini CRPA - Reggio Emilia Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.

2 Censimento Impianti di Biogas agro zootecnici in Italia (Fine 2012): 756 MWe Andamento del numero di impianti biogas Ripartizione per tipologia di alimentazione

3 Presupposti: Con la rapida diffusione degli impianti di biogas è emersa la necessità di avere sistemi di analisi delle matrici in ingresso e in uscita più rapidi ed economici rispetto a quelli tradizionali. Uno dei sistemi individuati è stata la spettroscopia NIR, già da anni ampiamente utilizzata con successo in campo zootecnico.

4 Spettroscopia NIR descrizione: Si basa sull'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche nel vicino infrarosso ( nm) E' una tecnica non distruttiva e non utilizza reagenti chimici E' veloce e completa (fornisce più parametri contemporaneamente)

5 Spettroscopia NIR analisi secondaria: Analisi di riferimento Spettri Trattamenti matematici Modello Predizione

6 Obiettivi: Valutare la possibilità di utilizzare la tecnica NIRS partendo dal campione tal quale.

7 Materiali e metodi 1: Lo strumento utilizzato è un apparecchio a monocromatore della Unity Scientific Intervallo spettrale utilizzato nm, 1nm Rivelatore InGaAs Modulo porta campione rotante Spectra Stars 2400 RTW

8 Materiali e Metodi 2: Analisi di riferimento ph Solidi Totali (ST) Solidi Volatili (SV) Azoto Totale (NTK) Azoto ammoniacale (N-NH4+) Fosforo totale (P tot) FOS/TAC Calibrazione N max 226 campioni di digestato provenienti da differenti impianti Validazione N max 107 campioni di digestato esterni alla calibrazione

9 Materiali e Metodi 3: Caratteristiche analitiche in calibrazione ph ST SV NTK N-NH4+ P totale FOS TAC [-] [%] [%tq] [g/kg tq] [g/kg tq] [g/kg tq] [g Haceq/l] [g CaCO3//l] N campioni media 7,8 6,8 5,1 3,5 1,9 0,6 4,2 12,7 Min 7,2 1,8 1,2 1,9 0,6 0,3 1,5 6,3 Max 8,3 16,8 13,4 6, ,1 10,9 24,2 Dev.st 0,2 2,7 2,3 0,9 0,5 0,2 1,8 2,8

10 Risultati 1: Coefficienti di correlazione ed errore standard in calibrazione Variabili ph ST SV NTK N-NH4+ Coefficiente di correlazione (R2) 0,71 0,94 0,92 0,86 0,85 Errore standard in calibrazione 0,13 (SEC) 0,63 0,61 0,34 0,20

11 Risultati 2: Correlazione tra valore predetto e valore analitico R2= 0,9055 R2= 0,8965

12 Risultati 3: Correlazione tra valore predetto e valore analitico R2= 0,8176 R2= 0,8887

13 Conclusioni 1: ph ST SV NTK N- Ptot FOS TAC [-] [%] [%tq] [g/kg tq] [/Kg tq] [g Haceq/l] [g CaCO3/l] NH4+ [g/kg tq] N cam pioni media 7,8 6,8 5,1 3,5 1,9 0,6 4,2 12,7 Min 7,2 1,8 1,2 1,9 0,6 0,3 1,5 6,3 Max 8,3 16,8 13,4 6,7 3,6 2,1 10,9 24,2 Dev.st 0,2 2,7 2,3 0,9 0,5 0,2 1,8 2,8 La scarsa variabilità del parametro ph in questa tipologia di matrice ha permesso di ottenere una calibrazione con R2 accettabile ma con scarse prestazioni in validazione Per P tot e FOS/TAC non sono state ottenute calibrazioni soddisfacenti presumibilmente a causa del numero esiguo di campioni in calibrazione che andrà quindi aumentato.

14 Conclusioni 2: Le buone performance predittive ottenute per le calibrazioni di ST, SV, NTK e N-NH4+ ne rendono possibile l'impiego come metodo analitico in supporto a quello tradizionale. Tuttavia bisogna continuare ad indagare diversi aspetti che limitano l'applicazione della spettroscopia NIR ad altri parametri più complessi ma determinanti per il controllo del processo di DA.

15 Tipo di evento Convegno Rifiuti. Gli aspetti innovativi nella ricerca industriale e nella gestione ai diversi livelli territoriali Grazie per l'attenzione a.immovilli@crpa.it Rimini 8 Novembre 2013 Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.