Effluenti e digestati, la sostenibilità è possibile

Dalle prove condotte dal Crpa su separazione e microfiltrazione. Messe a fuoco tecniche innovative che facilitano l’uso agronomico dei liquami zootecnici e dei sottoprodotti del biogas. Rendendoli idonei alla fertirrigazione.

In futuro si presterà sempre più attenzione alla tematica dei trattamenti degli effluenti zootecnici e dei digestati per incrementare la sostenibilità economica ed ambientale del comparto agro-zootecnico. Due modalità per perseguire tale obiettivo sono ormai abbastanza delineate.

La prima, incrementare l’efficienza di utilizzo dei nutrienti (Npk) contenuti negli effluenti e nei digestati, riducendo così al tempo stesso sia gli apporti di fertilizzanti di sintesi, sia il loro costo d’acquisto che i rischi di perdita dei nutrienti verso aria (emissioni) e acqua (contaminazione da nitrati). Ciò può essere conseguito con tecniche di spandimento innovative, che permettano la distribuzione degli effluenti nelle epoche in cui l’efficienza d’uso dei nutrienti risulta più elevata: con coltura in atto e in sviluppo vegetativo.

Sistemi di distribuzione efficienti sono lo spandimento dei liquami rasoterra in bande, con interramento oppure attraverso la tecnica della fertirrigazione (pivot, manichette e ali gocciolanti).

La seconda, il riequilibrio dei carichi di azoto e fosforo di origine zootecnica rendendo economicamente e tecnicamente sostenibile una delocalizzazione del surplus di nutrienti da aree ad elevato carico zootecnico verso aree prevalentemente vocate a produzioni vegetali. Gli effluenti, opportunamente trattati e dopo concentrazione degli elementi nutritivi, potrebbero sostituire i fertilizzanti di sintesi.

Separazione solido/liquido

La tecnica, qui indagata, di separazione solido/liquido (S/L) con successiva microfiltrazione della frazione chiarificata può facilitare l’uso agronomico delle frazioni microfiltrate rendendole idonee alle innovative tecniche di distribuzione in prossimità degli allevamenti o degli impianti di biogas e inoltre agevolare la delocalizzazione delle frazioni solide e addensate ricche di nutrienti verso aree a minor carico zootecnico.

Le efficienze di separazione e le capacità di lavoro di un innovativo sistema di microfiltrazione prodotto da Wamgroup (Sepcom Mft) sono state monitorate dal Crpa. Le efficienze di “separazione solido/liquido” sono state testate allo scopo di quantificare il maggiore livello di allontanamento dei nutrienti raggiungibile a seguito dell’applicazione di Sepcom Mft in aggiunta a un separatore a compressione elicoidale (Sepcom 0150V). Ogni fluido ha caratteristiche chimico-fisiche e reologiche diverse in funzione della tipologia di allevamento zootecnico che lo origina e dei trattamenti al quale è stato sottoposto (es. digestione anaerobica).

Pertanto le efficienze di separazione e microfiltrazione sono state valutate su 4 differenti tipologie di fluido:

  • liquame suino tal quale a medio tenore di solidi totali (40 kg/t);
  • liquame suino tal quale a ridotto contenuto di solidi totali (24 kg/t);
  • digestato agro-zootecnico da digestione anaerobica di biomasse dedicate e quote di effluenti bovini, tipologia di matrice frequente in quanto molti impianti di biogas sono annessi ad allevamenti bovini o vengono alimentati da effluenti bovini;
  • digestato agro-zootecnico da digestione anaerobica di effluenti suini, bovini e quote modeste di biomasse dedicate.

L’effluente è stato prima sottoposto a separazione S/L mediante compressione elicoidale con la produzione di una frazione solida palabile e una frazione chiarificata. La frazione chiarificata è stata successivamente microfiltrata per ottenere una frazione addensata e una microfiltrata.

Microfiltrazione

La microfiltrazione oggetto dei test si basa esclusivamente su processi fisici e meccanici. Il cuore del sistema di microfiltrazione è composto da un’elica che ruota all’interno di un vaglio cilindrico filtrante in acciaio, che può arrivare a 15 µm di spaziatura, disposti in verticale per sfruttare anche la forza di gravità.

L’elica, funzionando da girante, fa sì che una parte di acqua, contenuta nel refluo, e le particelle con granulometria inferiore alla spaziatura attraversino il cilindro filtrante (microfiltrato), mentre la rimanente aliquota di prodotto fuoriesca come addensato dalla bocca superiore della macchina.

La caratterizzazione chimica del liquame suino sottoposto a trattamento di separazione e microfiltrazione viene riportata in tabella 1. Essendo state condotte tre sessioni di test per ciascuna delle due aziende suinicole, si riporta l’intervallo dei valori riscontrati.

Sempre in tabella 1 si illustrano le caratteristiche chimiche della frazione solida palabile ottenuta dalla separazione S/L, della frazione addensata e della frazione microfiltrata in uscita dal microfiltro.

Previo test di settaggio, le prove di microfiltrazione sul liquame suino sono state condotte utilizzando un vaglio con spaziatura 25 µm. Tale configurazione si è dimostrata la più prestazionale analizzando la concentrazione dei Solidi totali (ST) nel microfiltrato in relazione alla capacità di lavoro (4,2 ± 1 m3/h).

L’efficienza di separazione

In figura 1 si illustrano le efficienze di separazione e microfiltrazione mediamente riscontrate sui liquami suini. Con il termine “efficienza di separazione” si intende la quantità di uno specifico componente (sostanza secca o solidi totali, azoto e fosforo) segregato all’interno delle varie frazioni ottenute dal processo di separazione e microfiltrazione (fatta 100 la quantità in ingresso).

Nel primo istogramma del grafico si evidenzia la ripartizione percentuale in peso delle frazioni ottenute, calcolate in seguito ad effettiva pesata delle frazioni stesse.

La frazione solida da separazione S/L rappresenta in peso il 7,4%, quella addensata il 24,5% e quella microfiltrata il 68,1%. Il 67,6% della sostanza secca, 39,8% nella frazione solida e 27,8% in quella addensata, viene concentrata in un peso pari al 31,9% del liquame in ingresso (sommando il peso della frazione solida e di quella addensata). Nella frazione solida, se unita a quella densa, viene concentrato il 37,8% dell’azoto ed il 54,8% del fosforo.

La tabella 2 riporta le caratteristiche chimiche (intervallo dei valori riscontrati) relative al trattamento dei digestati, con la caratterizzazione delle frazioni ottenute (tre test per ciascun impianto di biogas). Le prestazioni più interessati col digestato, in termini di concentrazione di solidi totali nel microfiltrato in rapporto alla capacità di lavoro riscontrata (8,5 ± 3,1 m3/h), sono state ottenute con la microfiltrazione a 50 µm.

Le efficienze di separazione e microfiltrazione mediamente ottenute nei test sul digestato sono illustrate in figura 2.

La frazione solida da separazione S/L rappresenta il 9,9%, quella densa il 18,7% e quella microfiltrata il 71,4%. Il 52,7% della sostanza secca, 29,1% nella frazione solida e 23,6% in quella densa, viene concentrata in un peso pari al 28,6% (sommando il peso della frazione solida e di quella addensata) del digestato in ingresso. Nella frazione solida, se unita quella densa, viene concentrato il 32% dell’azoto ed il 49,5% del fosforo.

I vantaggi del microfiltro

Il microfiltro si pone l’obiettivo di rimuovere ulteriormente dalle frazioni liquide separate azoto e fosforo. Una delocalizzazione dei nutrienti tramite la sola frazione solida palabile risulta spesso insufficiente. Se si aggiunge alla linea il microfiltro, la quota di nutrienti delocalizzabile con le due frazioni a ridotto volume (solido ed addensato) aumenta.

I test hanno evidenziato che con solo l’impiego della separazione S/L, la quota di N e P segregata nella frazione solida palabile risulta 9,7% per N e 8,3% per P nei test sul liquame suino e 11,6% per N e 13,6% per P in quelli sul digestato. Con l’aggiunta del microfiltro è possibile segregare nella frazione addensata un ulteriore 20,4% - 28,1% per N e 35,9% - 46,5% per P in aggiunta alle quote già segregate nel solido.

La microfiltrazione, inoltre, permette di asportare dalla frazione microfiltrata il fosforo in rapporto 1,7 rispetto all’azoto, riequilibrando il carico in fosforo rispetto al carico in azoto nella frazione microfiltrata, in particolare per i liquami suini ove tale rapporto risulta generalmente troppo sbilanciato verso il fosforo rispetto alle esigenze nutrizionali delle colture.

Il microfiltro ha efficacemente selezionato le classi granulometriche dei solidi contenuti nella frazione microfiltrata. Prima della filtrazione (se considerati i test condotti sul digestato con filtro a 50 µm), la quota di solidi con granulometria superiore a 50 µm era pari al 20%. Nella frazione microfiltrata la quota dei solidi con una granulometria superiore ai 50 µm si è ridotta al 2,7%.

L’utilizzo agronomico

La tecnica pertanto può facilitare l’uso agronomico delle frazioni microfiltrate rendendole idonee alle innovative tecniche di distribuzione mediante fertirrigazione (pivot, manichette ed ali gocciolanti) evitando così l’intasamento delle linee e dei gocciolatori.

La separazione S/L mediante compressione elicoidale seguita da microfiltrazione può rappresentare, infine, il primo step di linee complesse di trattamento e di recupero dei nutrienti da effluenti zootecnici e digestati.

La microfiltrazione meccanica permette di ottenere da un lato frazioni filtrate da avviare a ultrafiltrazione, osmosi inversa o strippaggio, dall’altro frazioni solide ed addensate da avviare ad essiccazione.

 

Gli autori sono del Crpa (Centro ricerche produzioni animali) di Reggio Emilia.

 

 

tab. 1 Effluenti suinicoli - Caratterizzazione chimica del liquame suino e delle frazioni ottenute dopo il processo di separazione e microfiltrazione
Solidi Totali ST (kg/t) Azoto totale N (kg/t) Azoto ammoniacale + N-NH4 (%NTK) Fosforo P (kg/t)
Liquame suino 22 - 48 2,2 – 2,6 64 - 68 0,4 – 0,5
Frazione solida palabile 217 - 295 4,4 – 5,6 26 - 31 1,0 – 1,1
Addensato 41 - 87 2,8 – 3,6 44 - 53 1,0 – 1,7
Microfiltrato 13 - 28 1,9 – 2,4 66 - 68 0,2 – 0,3

 

tab. 2 Digestato - Caratterizzazione chimica del digestato tal quale e delle frazioni ottenute dopo il processo di separazione e microfiltrazione
Solidi Totali ST (kg/t) Azoto totale N (kg/t) Azoto ammoniacale + N-NH4 (%NTK) Fosforo P (kg/t)
Digestato tal quale 56 – 80 4,8 – 5,0 58 - 65 0,7 – 1,1
Frazione solida palabile 155 - 260 5,6 – 6,2 42 - 50 1,4 – 3,3
Addensato 60 – 81 5,0 – 5,5 56 - 62 0,7 – 2,1
Microfiltrato 39 – 56 4,0 – 4,8 60 - 65 0,4 – 0,8

 

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