Tecnologie innovative per il trattamento dei liq
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- Lucio Molteni
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1 Tecnologie innovative per il trattamento dei liq SPECIALE REFLUI di Giuseppe Bonazzi Sergio Piccinini Claudio Fabbri Tra le varie proposte delle ditte specializzate, quella della digestione anaerobica sembra offrire le prospettive più interessanti. Essa può infatti assicurare l'autonomia energetica di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato nelle zone vulnerabili Centro Ricerche Produzioni Animali CRPA Reggio Emilia alla produzione di biogas è frutto delle recenti L incentivazione politiche energetiche che prevedono di assegnare, liquame grezzo fango FLOTTATORE chiarificato DIGESTORE ANAEROBICO fango supero DEPURATORE AEROBICO ai produttori di energia rinnovabile, i cosiddetti Certificati verdi (Cv). Oggi il valore dell energia elettrica dotata di Cv ceduta alla rete elettrica è circa 0,18-0,20 /kwh; attualmente la durata dei Certificati verdi è di dodici anni, presumibilmente prorogabili di altri quattro anni (in quota ridotta al 60% dell energia elettrica prodotta) per l energia rinnovabile ottenuta da biomasse, come è il biogas, se non si è usufruito, in fase di realizzazione dell impianto, di un contributo pubblico in conto capitale. Quando poi l energia elettrica prodotta viene autoconsumata in azienda il suo valore è addirittura più alto, collocandosi tra 0,22 e 0,25 /kwh. Ora si è in attesa di un nuovo decreto sugli incentivi per le energie rinnovabili; le proposte in discussione prevedono un aumento a 15 anni della durata dei Certificati verdi e un incremento del valore dell energia elettrica da biogas sino a 0,30 /kwh. Questo ulteriore elemento di convenienza s inserisce positivamente nel contesto di grande preoccupazione che deriva dall urgenza di ottemperare, anche nel nostro Paese, agli obblighi della Direttiva nitrati (91/676/Cee). La maggior parte delle aziende zootecniche ha vissuto il 2006 come l anno più nero, non solo per la crisi di mercato, ma anche perché ha visto designare, dopo l applicazione nelle varie regioni dell articolo 3 della Di- STABILIZZAZIONE- STOCCAGGIO digestato chiarificato effluente STOCCAGGIO FERTIRRIGAZIONE CENTRIFUGA FOGNATURA PUBBLICA USO AGRONOMICO Figura 1 - Produzione di biogas finalizzata al sostegno energetico di un impianto di depurazione aerobico in un allevamento suinicolo liquame grezzo fango FLOTTATORE DIGESTORE ANAEROBICO effluente STRIPPATORE chiarificato frazione solida STABILIZZAZIONE- STOCCAGGIO digestato chiarificato frazione solida STOCCAGGIO FERTIRRIGAZIONE CENTRIFUGA FOGNATURA PUBBLICA USO AGRONOMICO Figura 2 - Produzione di biogas finalizzata al sostegno energetico di un impianto di strippaggio dell ammoniaca in un allevamento suinicolo (linea in corso di sperimentazione) 2 SUPPLEMENTO SUINICOLTURA N
2 SPECIALE REFLUI rettiva citata, come Zone Vulnerabili da nitrati le aree agricole ove insistono i terreni su cui effettuano lo spandimento degli effluenti, con tutte le conseguenze che tale definizione comporta. Particolarmente pesante è apparso l obbligo di ridurre l applicazione di azoto da effluenti da 340 a 170 kg/ha/anno, con la necessità quindi di raddoppiare la disponibilità di terreno per gli spandimenti. Ne è seguita una richiesta pressante di indicazioni su possibili linee di trattamento dei liquauami Figura 3 - Prototipo di impianto di strippaggio dell azoto contenuto nei liquami con relativo sistema di cattura mi, atte a ridurne il contenuto di azoto, pur essendo gli allevatori consapevoli che tali operazioni comportano dispendio energetico e, quindi, costi aggiuntivi che vanno a gravare sui già magri bilanci aziendali. SOSTENIBILITÀ ECONOMICA Il valore più alto dell energia autoprodotta ha riacceso la speranza di uscire vivi dalla trappola nitrati. Infatti, una linea di trattamento liquami sorretta da un impianto di digestione anaerobica può rendere sostenibile economicamente un operazione che, prima dell introduzione dei Cv, non lo era quasi mai a causa degli elevatissimi costi energetici. Oggi, le cose stanno cambiando in senso favorevole per la forte spinta alla diffusione di impianti di biogas, la cui realizzazione viene approvata e autorizzata ai sensi dell articolo 12 del Dlgs n. 387/2003 relativo alla promozione dell energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell elettricità. Il biogas di per sé non dà contributo apprezzabile alla riduzione dell azoto, ma può fornire l energia per sostenere gli impianti a forte domanda energetica, che hanno invece questa capacità. Anche il contesto normativo ambientale gioca a favore. Il nuovo Decreto del Ministero delle Politiche agricole del 7 aprile 2006 prevede che in particolari contesti territoriali caratterizzati da corpi idrici ad elevata vulnerabilità da nitrati e/o a rischio di eutrofizzazione, le Regioni rendano obbligato- Tabella 1 - Perdite di azoto volatile, in percentuale dell azoto totale escreto, e ripartizione percentuale dell azoto residuo tra frazioni liquide e solide risultanti da trattamenti di liquami suinicoli (da tabella 3 Allegato 1 del Dm MiPAF ) I valori di azoto escreto da cui partire per il calcolo sono: - 140,3 kg/t pv/a nel caso di scrofe con suinetti fino a 30 kg di peso vivo; - 152,7 kg/t pv/a nel caso di suini in accrescimento e ingrasso. Linee di trattamento rie, ove tecnicamente possibile, modalità di gestione atte a ridurre il contenuto di azoto degli effluenti zootecnici. Ciò può essere conseguito con il ricorso a varie tecniche di trattamento le cui prestazioni sono illustrate in tabella 1, tratta dall Allegato 1 del Decreto. Inoltre, le Regioni possono prevedere, in accordo alla disciplina comunitaria in materia Perdite di azoto volatile Partizione % dell N netto al campo nelle frazioni separate % Solide Liquide 1. Stoccaggio a giorni del liquame tal quale efficienza media efficienza massima 2. Separazione frazioni solide grossolane (vagliatura ) + stoccaggio efficienza media efficienza massima Separazione frazioni grossolane (vagliatura) + ossigenazione del liquame + stoccaggio efficienza media efficienza massima Separazione meccanica frazioni solide (centrifuga e nastropressa) + stoccaggio efficienza media efficienza massima Separazione meccanica frazioni solide (centrifuga + nastropressa) + ossigenazione della frazione liquida chiarificata + stoccaggio efficienza media efficienza massima Separazione meccanica frazioni solide (centrifuga + nastropressa) + trattamento aerobico a fanghi attivi della frazione liquida chiarificata + stoccaggio efficienza media efficienza massima Note Lo stoccaggio in tutte le linee è stato considerato pari a 90 giorni per le frazioni solide e a giorni per quelle liquide; per la separazione delle frazioni solide grossolane nelle linee 2 e 3 vengono indicati due livelli di efficienza: efficienza media (7 kg/t p.v.), quale si riscontra ancora oggi (2004) nella maggior parte delle situazioni aziendali dove si fa ricorso ai vagli di tipo rotante o vibrante; efficienza massima (13 kg/t p.v.), ottenibile con il ricorso a separatori cilindrici rotanti o a separatori a compressione elicoidale, di maggior costo ma di più elevate prestazioni; anche per la riduzione dell azoto ottenibile nelle diverse linee di trattamento vengono indicati due livelli di efficienza. Quella massima viene raggiunta grazie al processo di compostaggio su platea cui le frazioni solide separate possono essere sottoposte, e grazie ad elevate potenze specifiche e a prolungati periodi di aerazione cui possono essere sottoposte le frazioni liquide; l abbattimento dell azoto nella frazione liquida chiarificata della linea 6 avviene per nitridenitrificazione durante il trattamento a fanghi attivi (nell esempio è stato considerato un abbattimento di circa il 90%); informazioni più dettagliate sulle prestazioni conseguibili con i trattamenti e, in particolare, la ripartizione del volume, dell azoto e del fosforo tra le frazioni risultanti dai trattamenti e sulle efficienze ottenibili dai diversi tipi di dispositivi di separazione applicabili a liquami suini e bovini sono reperibili su manuali che saranno indicati dalle Regioni e dalle Province autonome; le linee di trattamento di cui alla presente tabella relativa ai suini e linee di trattamento analoghe relative ad altre specie animali possono essere affiancate dal processo di digestione anaerobica che, pur non determinando di per sé riduzioni significative del carico di azoto, consente tuttavia, soprattutto con l aggiunta di fonti di carbonio (colture energetiche, prodotti residuali delle produzioni vegetali), di ottenere un digestato a miglior valore agronomico e una significativa produzione energetica in grado di sostenere maggiormente le stesse linee di trattamento elencate. di aiuti alle imprese, finanziamenti nell ambito di accordi e contratti di programma da stipulare con i soggetti interessati per l adozione di queste tecniche, promuovendo la costituzione di consorzi ovvero di altre forme di cooperazione interaziendale al cui interno siano realizzati gli impianti per i trattamenti. In figura 1 è descritta una linea SUPPLEMENTO SUINICOLTURA N
3 SPECIALE REFLUI di trattamento proponibile per un allevamento suinicolo. In questo tipo di allevamento, in genere, la diluizione del liquame è molto elevata (1-4% di sostanza secca) per cui è opportuno evitare di avviare alla digestione anaerobica la totalità del liquame tal quale. Ciò infatti costringerebbe a realizzare reattori di volume troppo grande in rapporto alla sostanza secca convertibile in metano, con forti penalizzazioni in termini di costo di impianto e di recupero del capitale investito. DEPURAZIONE AZIENDALE Più conveniente è invece avviare alla digestione solo una parte del liquame giornalmente prodotto, cercando di concentrare in essa il maggior quantitativo possibile di sostanza secca. Un operazione di questo genere è possibile con il ricorso ai cosiddetti flottatori, dispositivi che sfruttano la capacità dell insufflazione di aria, entro un contenitore, di fare affiorare i solidi sospesi e colloidali. I materiali così affiorati vanno a formare uno strato molto denso di materiale galleggiante facilmente asportabile, di volume contenuto ed avviabile al digestore. La parte di liquame alleggerita 4 A C Tabella 2 - Riduzione dei costi di esercizio (escluso ammortamento) della depurazione dei liquami suini in un allevamento a ciclo chiuso di t p.v realizzata con il recupero di biogas Costi /anno /m 3 /100 kg liquame p.v. presente Senza digestore Con digestore (senza CV) (*) Con digestore (con CV) 0 (**) 0 0 CV= Certificato verde, valore considerato 0,125 /kwh, prezzo Gse (Gestore dei servizi elettrici ) anno (*)= La copertura di tutti i consumi energetici del depuratore aerobico consente una forte riduzione dei costi di esercizio globali, considerando anche quelli del digestore anaerobico. (**)= Considerando anche il ricavo della vendita dei CV il costo di esercizio sarebbe in utile di circa /anno. Reflui civili Cogenerazione Depurazione biologica aerobica Biogas D Figura 4 - Impianto di biogas centralizzato di Spilamberto (Mo) con codigestione di liquami suinicoli, scarti agroindustriali e sottoprodotti animali: a) i due digestori da e m 3 ; b) le nastropresse per la disidratazione del digestato; c) la linea di pastorizzazione (70 C per 1 ora) dei sottoprodotti animali (sangue in particolare); d) il depuratore aerobico a valle della digestione anaerobica dei solidi (chiarificato) va invece direttamente all impianto di trattamento destinato alla riduzione del tenore di azoto. A questo impianto (depuratore aerobico) arriva anche il chiarificato del processo di separazione del materiale in uscita dal digestore anaerobico (digestato). La depurazione consiste in un processo di nitrificazione-denitrificazione che, se ben condotto, libera in atmosfera azoto in forma molecolare. Gli abbattimenti dell azoto con gli impianti più sofisticati possono arrivare al conseguimento dei limiti di tabella richiesti per lo scarico in acque superficiali, anche se con parecchie incertezze sulla continuità nel tempo di così elevati livelli di prestazione. Non deve sorprendere il fatto che il processo di depurazione dei liquami zootecnici sia di gran lunga più problematico di quello dei liquami civili. I primi infatti hanno dei tenori di nutrienti (azoto e fosforo) e di sostanze carboniose (BOD, COD) che sono da 10 a 50 volte più alti di quelli che si riscontrano nelle acque degli scarichi civili, per cui sono richiesti abbattimenti che arrivano al 98-99%. È invece da ritenere più tranquillamente raggiungibile il conseguimento degli abbattimenti richiesti dallo scarico in pubblica fognatura (70-90%), o di quelli della stessa entità, che consentono di effettuare l utilizzazione agronomica sulle superfici agricole di estensione molto ridotta di cui dispone l allevatore. Quest ultima linea di trattamento (utilizzazione agronomica di liquami depurati con sostegno energetico di un digestore anaerobico) è probabilmente quella con maggiori prospettive di diffusione, considerata anche la sostenibilità dei Fanghi di supero Digestione anaerobica Fanghi disidratati Liquami zootecnici, scarti agroindustria Pretrattamenti Uso agronomico Figura 5 - Schema di flusso ottimale per il trattamento dei liquami zootecnici in depuratori urbani. SUPPLEMENTO SUINICOLTURA N B
4 SN_07_11_Supp_P02-11_Bonazzi :46 Pagina 5 _ Tecnologie per una zootecnia all avanguardia IDEAL Marketing, Costruzioni per l agricoltura - Maneggi e scuderie - Ristrutturazione - Vasche in C.A.V. per liquami - Acqua e biogas - Case prefabbricate Zona Industriale, 1 I Campo di Trens (BZ) Tel Fax mail@wolfsystem.it 40 anni di esperienza, 30 sedi in tutto il mondo, 2500 dipendenti, 3000 strutture costruite all anno, 6000 contenitori all anno
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6 SN_07_11_Supp_P02-11_Bonazzi :54 Pagina 7 SPECIALE REFLUI costi che sembra risultarne. In tabella 2 si evidenzia con chiarezza il forte abbattimento dei costi di depurazione ottenibile con l inserimento in linea di un impianto per la produzione di biogas. LO STRIPPAGGIO Un alternativa alla depurazione biologica aerobica potrebbe essere rappresentata da una tecnica attualmente in fase di sperimentazione in scala pilota, che introdurrebbe notevoli semplificazioni impiantistiche e gestionali. Come si può vedere in figura 2, in una linea del tutto identica a quella di figura 1, è inserito, in luogo del depuratore, un dispositivo che per mezzo di insufflazione di aria e sfruttando il calore di risulta dei sistemi di conversione energetica del biogas prodotto (cogeneratore) per migliorare le prestazioni favorisce la volatilizzazione dell azoto ammo- L ALTERNATIVA DEGLI IMPIANTI CENTRALIZZATI Le soluzioni aziendali non sono le sole possibili. L avvio ai depuratori di acque reflue urbane rappresenta un ulteriore possibilità di trattamento dei liquami zootecnici eccedentari. Il collettamento separato dei liquami zootecnici dalle acque reflue urbane e il loro invio diretto alla digestione anaerobica, in miscela con i fanghi di supero dell impianto di depurazione aerobico, permettono di sfruttarne al meglio il potenziale energetico. Ne consegue la produzione di una elevata quantità di biogas la cui combustione in impianti di cogenerazione consente di ottenere energia da fonti rinnovabili. I fanghi disidratati possono essere destinati all uso agronomico ai sensi del Decreto legislativo 99/92, che regola l utilizzo dei fanghi derivanti da trattamenti di depurazione delle acque reflue domestiche, urbane o industriali nei terreni agricoli. In figura 4 si riportano alcune immagini dell impianto centralizzato di Spilamberto (Mo), in cui viene applicato a livello consortile lo schema illustrato in figura 1. L impianto, gestito da Hera Modena, è attualmente in ristrutturazione, in particolare nella fase di trattamento depurativo a valle della digestione anaerobica; al termine dei lavori l impianto potrà trattare circa m 3 /a di liquami zootecnici, prevalentemente suinicoli, e circa m 3 /a di scarti organici agroindustriali, tra cui anche scarti di macellazione, in particolare sangue (l impianto è dotato di una linea di pastorizzazione per i sottoprodotti animali di categoria 3, come richiesto dal Regolamento CE 1774/2002 emanato dopo l emergenza Bse). Il liquame suino arriva all impianto prevalentemente attraverso condotte, gli scarti organici agroindustriali arrivano invece tramite autobotte. I liquami, dopo il trattamento di digestione anaerobica con recupero di biogas e produzione di energia elettrica e il trattamento depurativo aerobico con nitrificazione/denitrificazione, per il trattamento finale vengono avviati all adiacente depuratore per i reflui civili di Spilamberto. I fanghi di risulta dell impianto, dopo disidratazione con nastropressa, vengono avviati all utilizzo agronomico. L aggiunta degli scarti agroindustriali ai liquami zootecnici in alimentazione all impianto di biogas ha consentito di aumentarne la produzione, e quindi energia elettrica prodotta; ciò, assieme agli introiti garantiti dalla tariffa applicabile agli scarti organici agroindustriali, consente di moderare la tariffa di trattamento per gli effluenti zootecnici. (in genere una soluzione di acido solforico) e va a costituire un fertilizzante azotato ad eleniacale (strippatore). L ammoniaca viene catturata in una torre a lavaggio chimico vata concentrazione, la cui destinazione all impiego agronomico è possibile, tra l altro con SUPPLEMENTO SUINICOLTURA N
7 SN_07_11_Supp_P02-11_Bonazzi :54 Pagina 8 SPECIALE REFLUI la prospettiva di poterlo applicare anche a dosi di N superiori ai 170 kg/ha/a in Zone Vulnerabili da nitrati. Per poterlo fare però, è necessario che vada a buon fine una proposta di emendamento alla Direttiva nitrati che attualmente non lo consente, trattandosi di composto derivato da effluente zootecnico. Un gruppo di lavoro costituito da esperti comunitari, di cui il Centro ricerche produzioni animali (Crpa) di Reggio Emilia fa parte, sta elaborando un documento tecnico, a supporto della richiesta di emendamento. In figura 3 si ha una visione completa dell impianto pilota realizzato dalla ditta Rota di Fiorenzuola d Arda (Pc). Rimprendendo il discorso sugli impianti centralizzati, una integrazione ancor più spinta nel trattamento depurativo con recupero di biogas di biomasse di diversa provenienza si ha con Reflui civili Cogenerazione Depurazione biologica aerobica Biogas lo schema di flusso rappresentato in figura 5, mentre in figura 6 è rappresentato il modello realizzato nell impianto di Camposampiero (Pd), gestito dalla società multiservizi Etra Spa, probabilmente destinato a Fanghi di supero Digestione anaerobica Liquami zootecnici Fanghi disidratati Figura 6 - Schema di flusso dell impianto di Camposampiero Pretrattamenti Miscelazione Compostaggio aerobico Ammendante compostato di qualità diventare un modello anche per altre realtà (figura 7). L impianto è in funzione da circa due anni. Nel corso del 2006 la linea di digestione anaerobica ha trattato circa tonnellate di frazione organica da Frazione organica da raccolta differenziata Triturazione Scarti lignocellulosici raccolta differenziata di rifiuti urbani, circa tonnellate di fanghi di depurazione e quasi tonnellate di liquami zootecnici, principalmente bovini. La quota di liquami zootecnici trattata è ancora conte- IDEAL Marketing, BIOGAS: È ORA DI RACCOGLIERE ENERGIA > IMPIANTI CHIAVI IN MANO > SOLUZIONI DI FINANZIAMENTO > COPERTURA ASSICURATIVA ALL RISK > GESTIONE DEL PROCESSO BIOLOGICO > CENTRO ASSISTENZA E SERVIZI > 10 ANNI DI ESPERIENZA IN ITALIA U.T.S. Italia Tecnologie Ambientali Srl Via San Lorenzo 34, I Brunico (BZ) T , F info@uts-italia.it LEADER DI MERCATO CON OLTRE LA METÀ DEI NUOVI IMPIANTI PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS IN ITALIA 8 SUPPLEMENTO SUINICOLTURA N
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9 SN_07_11_Supp_P02-11_Bonazzi :54 Pagina 10
10 SN_07_11_Supp_P02-11_Bonazzi :54 Pagina 11 nuta, ma potrà arrivare sino a t/anno (dato di progetto), fornendo un contributo significativo alla riduzione dell impatto della zootecnia da latte nel bacino scolante della laguna di Venezia (area vulnerabile). Sono presenti due cogeneratori con potenza elettrica installata di 500 kw ciascuno e, nel corso del 2006, sono stati prodotti circa 1,8 milioni di metri cubi di biogas. CONCLUSIONI Il trattamento dei liquami zootecnici, al fine di ridurne il carico azotato, deve avvenire nel rispetto di due condizioni: l immissione in atmosfera dell azoto eccedente in forma prevalentemente molecolare, l unica non inquinante, per evitare di trasferire l inquinamento da un corpo recettore (acqua/suolo) ad un altro (atmosfera) e il contenimento dei costi energetici. Per quanto riguarda la se- Figura 7 - Impianto di biogas centralizzato di Camposampiero (Pd), con codigestione di fanghi di depurazione civile, frazioni organiche di rifiuti urbani da raccolta differenziata e liquami zootecnici; in primo piano il digestore anaerobico (3.300 m 3 ) e il gasometro sferico (2.600 m 3 ) conda condizione, la digestione anaerobica offre interessanti prospettive, potendo assicurare l auto-sostentamento energetico di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato di liquami zootecnici prodotti in Zone Vulnerabili da nitrati. Altre interessanti prospettive per la riduzione del carico azotato sono rappresentate da: trattamento dei liquami zootecnici in impianti interaziendali con utilizzo agronomico dei liquami trattati; trattamento dei liquami zootecnici in depuratori di acque reflue urbane. È necessario però razionalizzare e rendere chiare le procedure autorizzative, sia per la costruzione e gestione degli impianti di biogas, sia per l allacciamento alla rete elettrica nazionale. Anche la scelta della linea di trattamento deve essere frutto d attento studio di fattibilità che tenga conto, da un lato, dell offerta tecnologica presente sul mercato e, dall altro, dello SPECIALE REFLUI specifico aziendale (quantità e qualità dei liquami, possibilità d inserimento in digestione di altre biomasse vegetali, anche di origine extra aziendale, ecc.). BIBLIOGRAFIA Piccinini S. (2004) - Buone prospettive per il biogas da residui zootecnici. L Informatore Agrario, n. 60. Piccinini S., Bonazzi G. (2005) - Nuove strade per smaltire gli effluenti zootecnici. L Informatore Agrario, n. 61. Navarotto P.L., Navarotto L. (2005) - Cofermentazione, una nuova chance per il biogas agricolo. Informatore Zootecnico, n. 9. Piccinini S., Bonazzi G., Sassi D., Soldano M., Verzellesi F. (2005) - Energia dal biogas. Il Divulgatore, n. 12. Piccinini S., Tosi L. (2006) - Esperienze di gestione di impianti di biogas. L Informatore Agrario, n. 1. Navarotto P.L. (2006) - Digestori anaerobici le leggi di riferimento. L Informatore Agrario, n. 3. Bonazzi G. (2006) - Dopo il digestore, deiezioni nei campi. L Informatore Agrario, n. 3. Bonazzi G., Piccinini S., Fabbri C. (2006) - Manure processing: experiences from Italy. Atti Technical Workshop on Manure processing, European Commission DG Environment, Brussels 6-7 November CRPA (2007) - Energia dal Biogas prodotto da effluenti zootecnici, biomasse dedicate e di scarto Progetto UE Agriforenergy. Editore AIEL. SUPPLEMENTO SUINICOLTURA N
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