Biogas, stato igienico-sanitario dei digestati agrozootecnici

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1 SALMONELLA ED ESCHERICHIA COLI INDAGATI IN 6 IMPIANTI REALI E IN LABORATORIO Biogas, stato igienico-sanitario dei digestati agrozootecnici In tutti i casi analizzati la digestione anaerobica e il successivo stoccaggio del hanno dimostrato di ridurre il livello di contaminazione in Escherichia coli delle deiezioni bovine in ingresso. In scala reale la salmonella è risultata presente in solo 4 su 183 campioni esaminati e totalmente assente nei digestati in stoccaggio di L. Rossi, S. Piccinini, M. Garuti, M. Soldano, F. Verzellesi Il corretto uso agronomico del agrozootecnico, il sottoprodotto della digestione anaerobica finalizzata alla produzione di biogas, è ormai prassi diffusa tra gli agricoltori. Infatti stanno sempre più adottando modalità di spandimento avanzate poiché hanno toccato con mano il suo valore agronomico, in termini di apporto di sostanza organica e di nutrienti, e i vantaggi che ne derivano. Tuttavia, nonostante un incremento dell accettabilità sociale, in certi contesti l opinione pubblica considera ancora l uso agronomico come lo «smaltimento» di un materiale sconosciuto e potenzialmente pericoloso per l uomo e per l ambiente. In particolare, uno dei timori più diffusi è la possibilità che in digestione anaerobica, trattandosi di un processo biologico, si abbia non solo lo sviluppo dei batteri utili alla pro- duzione di biogas, ma anche quello di batteri patogeni per la salute umana o comunque dannosi per i tanti prodotti dop di cui la Pianura Padana è terra di origine. Tale timore è associato al fatto che la digestione anaerobica applicata a biomasse agrozootecniche è condotta prevalentemente in condizioni di (temperatura di C) e non in termofilia (temperatura di C) e gli addetti ai lavori sanno però che la scelta non è casuale: quello mesofilo è un processo biologico molto robusto, facilmente gestibile con buone prestazioni e particolarmente idoneo per biomasse a basso tenore di sostanza secca (quali gli effluenti zootecnici). Obiettivo dello studio Grazie a due progetti di ricerca, BiogasDOP finanziato dal Mipaaf e Biogas_Micotossine_Clostridi finanziato dalla Regione Emilia-Romagna, è stato possibile approfondire il tema della qualità igienico-sanitaria, e non solo, dei digestati agrozootecnici ottenuti prevalentemente da processi mesofili. L approccio è stato portato avanti su due fronti: a livello sperimentale con test in continuo condotti in laboratorio e in scala reale con il monitoraggio prolungato di 6 impianti dislocati nelle aree di produzione di Grana Padano e Parmigiano-Reggiano, due tipici prodotti dop delle aree a elevata vocazione agricola in cui insistono anche numerosi impianti di biogas. Le attività di ricerca hanno avuto il supporto del Consorzio italiano biogas e dei Consorzi di tutela dei formaggi Grana Padano e Parmigiano-Reggiano. Le analisi microbiologiche sono state eseguite da Laboratori Iren Acqua Gas (Liag) presso il laboratorio di Reggio Emilia. Approccio metodologico e parametri indagati Sia nell attività sperimentale, sia nei test in scala reale, sulle biomasse in ingresso (effluenti zootecnici, insilati di cereali e sottoprodotti) e sui digestati in uscita sono stati determinati (con le metodiche analitiche ufficiali previste per fanghi, rifiuti e fertilizzanti organici) gli stessi parametri microbiologici: salmonella (assenza-presenza in 25 g di tal quale); Escherichia coli (MPN/g di tal quale; per il significato di MPN si veda il riquadro di pag. 52); enterococchi (MPN/g di tal quale). Questi sono infatti i microrganismi «indicatori» imposti dalle normative europee e nazionali per il trattamento di biomasse residuali, quali i sottoprodotti animali a basso rischio, e per l impiego agronomico di prodotti fertilizzanti organici commerciali derivati da scarti e rifiuti organici (per ulteriori approfondimenti vedi tabella A pubblicata all indirizzo internet riportato a fine articolo). Solo di recente il decreto effluenti del 25 febbraio 2016 ha inserito la salmonella, che deve risultare «assen- 43/2016 L Informatore Agrario 51

2 te» in 5 campioni su 5, come unico parametro microbiologico da determinare sul ai fini dell uso agronomico. I risultati ottenuti nell ambito di questo studio sono di particolare utilità per comprendere se i digestati agricoli possono o meno presentare problemi di carattere igienico-sanitario e dove si collocano rispetto ai limiti indicati. Di seguito si riportano gli indicatori ottenuti, relativamente ai parametri salmonella ed Escherichia coli, dall attività condotta in scala reale nei 6 impianti di biogas e, sinteticamente, le evidenze dell attività sperimentale. Rsultati ottenuti in scala reale I 6 impianti di biogas monitorati (3 in area Parmigiano-Reggiano e 3 in area Grana Padano) presentano le caratteristiche riassunte in tabella 1. Sono impianti scelti per la diversa taglia, il diverso piano di alimentazione, tutti comunque installati in allevamenti di bovini da latte. Il latte prodotto è destinato alla produzione di formaggi a pasta dura dop (Grana Padano e Parmigiano-Reggiano) in 5 casi sui 6, mentre in uno è destinato a latte alimentare. Un solo impianto opera in termofilia, gli altri 5 in. In ciascun impianto, oltre alla rilevazione dei piani di alimentazione, delle prestazioni energetiche, ecc., sono state eseguite 8 sessioni di campionamento distanziate di circa giorni per un arco temporale complessivo di circa 10 mesi (maggio 2014-febbario 2015), con prelievo di 335 campioni in totale. In dettaglio sono stati campionati: liquami bovini (46 campioni); letami bovini e frazioni solide da separazione solido-liquido di liquami (55 campioni); insilati vari (39 campioni); sottoprodotti vegetali (12 campioni); digestati tal quali allo scarico dei digestori (50 campioni); digestati palabili da separazione solido-liquida (42 campioni); digestati chiarificati (40 campioni); digestati in stoccaggio (51 campioni). Mediamente sono stati eseguiti 47 campioni per impianto nei due alimentati a soli effluenti bovini e 60 campioni per impianto nei restanti 4. Per maggiori informazioni sul campionamento vedi riquadro pubblicato a pag. 54. TABELLA 1 - Caratteristiche degli impianti di biogas oggetto di monitoraggio Impianto 1 Area Parmigiano- Reggiano 2 Grana Padano 3 Parmigiano- Reggiano 4 Grana Padano 5 MOST PROBABLE NUMBER Il Most Probable Numer (MPN), letteralmente «numero più probabile», è un metodo di conteggio batterico indiretto, in cui la densità di popolazione di microrganismi vitali viene stimata sulla base di una manifestazione visibile della loro crescita in un dato campione. Condizioni igienico-sanitarie dei liquami e del Per quanto concerne il microrganismo patogeno salmonella, l indagine ha fornito un quadro del tutto tranquillizzante (tabella 2): sono risultati positivi 6 campioni su 335, pari all 1,7% del totale. Tra i campioni positivi non compare mai il in stoccaggio. Per quanto riguarda l Escherichia coli il quadro emerso permette di affermare che in scala reale la digestione anaerobica, anche quando condotta in, migliora lo stato igienico-sanitario delle deiezioni bovine in ingresso. La contaminazione media rilevata, ad esempio nei liquami (la matrice chiaramente più contaminata, insieme ai letami bovini), presenta variazioni di 1-2 ordini di grandezza, in Parmigiano- Reggiano Biomasse (% in peso di tal quale) effluenti bovini (79) insilati (21) effluenti bovini (48) insilati (39) sottoprodotti (13) effluenti bovini (100) effluenti bovini (29) insilati (64) sottoprodotti (7) effluenti bovini (50) insilati (43) sottoprodotti (7) quanto compresa, arrotondando, tra 10 4 e 10 6 MPN/g tal quale, con valori medi intorno a 10 5 MPN/g tal quale (tabella 3). Se si osserva la contaminazione in Escherichia coli misurata nei digestati tal quali, prelevati allo scarico giornaliero dai digestori, emerge una riduzione in tutti gli impianti monitorati (tabella 3). L entità di tale abbattimento si aggira sui due ordini di grandezza e risulta variabile da impianto a impianto. Come già evidenziato da numerosi studi condotti in passato, uno dei fattori che influisce sui risultati ottenuti è il tempo di ritenzione che caratterizza l impianto. Si può osservare inoltre come impianti che operano in raggiungano valori bassi di Escherichia coli e del tutto comparabili con quelli ottenuti dall impianto che opera in termofilia (impianto 5). Tralasciando i risultati ottenuti sulle frazioni ottenute da separazione solido-liquido dei digestati (peraltro poco diversi dai valori dei tal quali), di seguito si riportano i risultati ottenuti dal campionamento dei digestati prelevati dagli stoccaggi aziendali. Effetto dello stoccaggio Confrontando i dati relativi ai digestati tal quali (tabella 3) con quelli dei digestati in stoccaggio (tabella 4) balza all occhio l effetto positivo della permanenza Tipologia termofilia Potenza (kwe) HRT (giorni) Grana Padano effluenti bovini (100) HRT = tempo di ritenzione idraulica; CSRT = reattori di tipo completamente miscelati; = digestione anaerobica condotta a temperature di C; termofilia = digestione anaerobica condotta a temperature di C. In 5 dei 6 impianti monitorati la digestione anaerobica avviene in condizioni mesofile, nel restante è condotta in termofilia. 52 L Informatore Agrario 43/2016

3 TABELLA 2 - Presenza di salmonella ( 1 ) negli impianti monitorati Biomassa analizzata Impianto liquame bovino letame bovino e separato solido ( 2 ) insilati vari ( 3 ) sottoprodotti agroindustriali tal quale ( 4 ) chiarificato palabile in stoccaggio totale 1 1/8 0/16 0/8 0/9 0/8 0/8 0/8 1/65 2 1/8 0/8 0/10 0/3 0/8 0/5 0/5 0/7 1/54 3 0/7 0/8 1/8 1/8 1/8 0/8 3/47 4 0/8 0/6 0/12 0/3 0/8 0/8 0/7 0/12 0/64 5 0/7 0/9 0/9 0/6 0/8 0/6 0/6 0/8 0/59 6 0/8 0/8 0/9 1/5 0/8 0/8 1/46 Totale 2/46 0/55 0/39 0/12 1/50 2/40 1/42 0/51 6/335 ( 1 ) Per ogni tipologia di biomassa i risultati sono espressi come numero di campioni positivi sul numero di campioni analizzati; ( 2 ) Frazione solida da liquame bovino; ( 3 ) Insilati di mais, sorgo e triticale; ( 4 ) Digestato allo scarico dai digestori. Il patogeno salmonella è risultato presente in soli 6 campioni di biomassa, di cui 2 di liquami bovini, su 335 analizzati. TABELLA 3 - Escherichia coli nei liquami bovini e nei digestati tal quali prelevati negli impianti monitorati ( 1 ) Liquami bovini Digestati tal quali Impianto media minimo massimo Dev. st media in stoccaggio, che si manifesta soprattutto sui digestati che in uscita dai digestori avevano un livello di contaminazione tendenzialmente più elevato. In tutti gli impianti si osserva comunque un attenuazione nei valori massimi rilevati. Tale fenomeno è più evidente nell impianto che opera in termofilia. In linea generale, pertanto si può affermare che lo stoccaggio contribuisce a migliorare ulteriormente e comunque a stabilizzare il livello di contaminazione in Escherichia coli raggiunto a seguito della digestione anaerobica. È infine da evidenziare che in generale nei digestati in stoccaggio, quelli destinati all uso agronomico, prevalgono valori di Escherichia coli inferiori al limite di 10 3 MPN/g tal quale, previsto dal dlgs 75/2010 per la libera commercializzazione dei prodotti fertilizzanti organici. Esisti dell attività di laboratorio I risultati emersi dalle indagini condotte negli impianti in scala reale sono stati confermati da quelli ottenuti dall attività sperimentale in laboratorio. I test sono stati condotti con l ausilio dell impianto pilota di cui dispone minimo ( 2 ) massimo Dev. st. 1 5,06 4,40 5,89 0,60 2,55 1,72 3,84 0,66 2 4,65 3,99 5,30 0,51 1,07 0,95 1,72 0,26 3 4,69 4,34 5,19 0,26 3,06 1,61 3,79 0,64 4 4,72 3,97 5,38 0,47 1,16 0,95 2,03 0,40 5 4,11 3,48 5,38 0,65 1,10 0,95 2,13 0,41 6 5,36 4,56 5,86 0,44 3,22 0,95 4,08 0,94 ( 1 ) Valori espressi in log (MPN/g di tal quale); MPN = Most Probable Number (vedi riquadro a pag. 52). Media di 8 campioni prelevati in 10 mesi. ( 2 ) I valori risultati inferiori a 10 MPN/g di tal quale sono stati posti uguali a 9 MPN/g di tal quale (log 9 = 0,95). In tutti gli impianti monitorati la contaminazione media in Escherichia coli dei digestati tal quali, prelevati allo scarico dai digestori, risulta inferiore, di circa due ordini di grandezza, rispetto a quella dei liquami bovini in ingresso. il laboratorio Crpa Lab, costituito da digestori anaerobici alimentati in continuo, del volume di 24 dm 3, miscelati e riscaldati (in : 39 C ± 0,4 C), con misura in continuo della quantità di biogas prodotto (sistema manometrico) e misura discontinua della qualità del gas prodotto. Sono state poste a confronto tre tesi, ciascuna replicata tre volte: liquame bovino con tempo di ritenzione di 30 giorni; 90% liquame bovino e 10% insilato di mais con tempo di ritenzione di 50 giorni; 80% liquame bovino, 15% insilato di mais e 5% polpe di bietola insilate con tempo di ritenzione di 50 giorni. In questa sede si tralasciano tutti i dati qualitativi delle matrici caricate e le rese in biogas/biometano ottenute, in quanto del tutto conformi ai valori tipici attesi per ciascuna di esse, per concentrare l attenzione sugli aspetti igienico-sanitari. Indicatori igienico-sanitari rilevati Polpe di bietola e insilati sono risultati puliti, fatta eccezione per un occasionale contaminazione osservata in un campione di insilato di mais. Il liquame bovino presentava significativi livelli di contaminazione in Escherichia coli, del tutto in linea con i valori misurati nei vari impianti in scala reale. La ricerca di salmonella ha sempre dato esito negativo nelle matrici avviate al carico (in particolare nel liquame bovino, nonostante i prelievi in stalla a distanza di giorni). Gli effetti del processo di digestione anaerobica, regolarmente sviluppatosi in tutte e tre le tesi, risultano chiari: il in uscita ha presentato una contaminazione in Escherichia coli inferiore rispetto al liquame in ingresso, con una riduzione di due ordini di grandezza (tabella 5) e tale abbattimento è riscontrabile sin dalle prime settimane di processo. Tale andamento è stato osservato in tutte e tre le tesi e il confronto tra la contaminazione media iniziale misurata nelle tre repliche di ciascuna tesi e quella media rilevata nei digestati settimanalmente analizzati ha evidenziato un abbattimento medio di quasi due ordini di grandezza della presenza di Escherichia coli, altamente significativo all analisi statistica. Infine, la ricerca di salmonella nei digestati ha confermato la sua totale 43/2016 L Informatore Agrario 53

4 TABELLA 4 - Escherichia coli nei digestati in stoccaggio prelevati nei 6 impianti monitorati ( 1 ) Impianto Media Minimo ( 2 ) Massimo Dev. st. 1 2,27 1,93 2,97 0,41 2 1,79 0,95 4,49 1,31 3 1,42 0,95 2,73 0,70 4 1,61 0,95 2,50 0,52 5 1,08 0,95 1,61 0,25 6 2,06 0,95 3,02 0,85 ( 1 ) Valori espressi in log (MPN/g di tal quale); MPN = Most Probable Number (vedi riquadro a pag. 52). Media di 8 campioni prelevati in 10 mesi. ( 2 ) I valori risultati inferiori a 10 MPN/g di tal quale sono stati posti uguali a 9 MPN/g di tal quale (log 9 = 0,95). In tutti gli impianti la contaminazione media in Escherichia coli dei digestati stoccati è risultata inferiore a 3 log (MPN/g di tal quale), cioè a 10 3 MPN/g tal quale, limite previsto dal dlgs 75/2010 per la libera commercializzazione dei prodotti fertilizzanti organici. assenza in tutti i campioni settimanali analizzati nei tre cicli condotti. Tale risultato era atteso, data l assenza in tutte le matrici in ingresso, ma non scontato, data la non omogeneità di distribuzione dei microrganismi in una massa, anche se liquida. Sicurezza del TABELLA 5 - Valori medi di escherichia coli rilevati nei test di laboratorio ( 1 ) Alimentazione dell impianto Matrice 100% liquame bovino 90% liquame bovino 10% insilato di mais 80% liquame bovino 15% insilato di mais 5% polpe di bietola log MPN/g di tal quale Liquame bovino in ingresso 5,08 a 5,08 a 5,08 a Digestato 2,63 b 2,80 b 2,84 b Lettere simili indicano che le tesi a confronto non differiscono significativamente per α 0,05 (test T per campioni appaiati). MPN = Most Probable Number (vedi riquadro a pag. 52). La contaminazione in Escherichia coli dei digestati è risultata di due ordini di grandezza inferiore rispetto a quella dei liquami bovini in ingresso, indipendentemente dall alimentazione utilizzata. In accordo a quanto già evidenziato da altri studi condotti sia a livello nazionale sia internazionale, dalle attività condotte è emerso in modo piuttosto chiaro che anche in scala reale la digestione anaerobica, seppure condotta in, migliora lo stato igienico-sanitario delle deiezioni zootecniche in ingresso (la matrice più contaminata per eccellenza). Per quanto concerne la salmonella, per la quale è ora richiesta l assenza nei digestati dal recente decreto 25 febbraio 2016, si è osservata, come detto, una presenza limitata a soli 6 campioni su di un totale di 335 e la completa assenza in tutti i digestati in stoccaggio (51 campioni). Un altro aspetto saliente da sottolineare è l effetto migliorativo della permanenza in stoccaggio, che tende a migliorare ulteriormente e a «standardizzare» la qualità del, indipendentemente dalle caratteristiche che possiede allo scarico giornaliero dei digestori. Come si è svolto il campionamento Al campionamento finalizzato all indagine dei parametri microbiologici è stata dedicata una particolare cura, soprattutto durante il monitoraggio degli impianti in scala reale. Infatti, è stata posta la massima attenzione a evitare la contaminazione crociata, che avrebbe inficiato i risultati finali. Il prelievo è stato eseguito con attrezzi adeguatamente puliti (flambatura, avvinatura) e dedicati al singolo impianto; i campioni sono stati posti in contenitori sterili, consegnati in giornata al laboratorio e avviati ad analisi entro le 24 ore dalla consegna. In caso di tubazioni comuni a flussi diversi (ad esempio, o liquami tal quali) è stato effettuato un flussaggio protratto per un tempo adeguato del, prima del prelievo del campione. Difficoltoso è stato anche il campionamento del (tal quale o, più spesso, chiarificato) in stoccaggio in vasca o laguna. Quando non adeguatamente «miscelabile» prima del prelievo mensile, il campionamento è stato concentrato in occasione dei momenti di distribuzione in campo, previa prolungata miscelazione. Preme infine sottolineare che il recente obbligo di caratterizzazione del, non solo chimico-fisica ma anche microbiologica, impone un approccio completamente diverso alla fase di campionamento. Devono infatti essere adottate modalità di prelievo come quelle utilizzate in questo studio che evitino, per quanto possibile, contaminazioni indirette e crociate. In conclusione, una gestione attenta dell impianto di biogas, mirata a ottimizzare il processo biologico e quindi a massimizzarne le prestazioni energetiche, unitamente all adozione delle buone e ormai consolidate pratiche agricole per l uso agronomico del, sono le migliori garanzie per la salvaguardia della qualità delle produzioni agricole, dell ambiente e della salute umana e quindi la migliore risposta per coloro che ancora nutrono dubbi sulla «bontà» del. Lorella Rossi, Sergio Piccinini Mirco Garuti, Mariangela Soldano Fabio Verzellesi Centro ricerche produzioni animali Crpa Lab sezione ambiente ed energia Reggio Emilia Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a: redazione@informatoreagrario.it Per consultare gli approfondimenti e/o la bibliografi a: rdlia/16ia43_8692_web 54 L Informatore Agrario 43/2016

5 $ $ ARTICOLO PUBBLICATO SU L INFORMATORE AGRARIO N. 43/2016 A PAG. 51 Biogas, stato igienico-sanitario dei digestati agrozootecnici TABELLA A - Limiti normativi per il trattamento o l impiego agronomico di biomasse residuali ( 1 ) Matrici e normative di riferimento Parametri microbiologici Fanghi di depurazione Ammendanti organici uso libero dlgs. 99/92 dlgs. 75/2010 Allegato 2 Residui di digestione, compost reg. CE n. 1069/2009 reg. UE n. 142/2011 Allegato V Stallatico trasformato reg. CE n. 1069/2009 reg. UE n. 142/2011 Allegato XI Salmonella MPN/g s.s. Assente in 25 g t.q. in 5 campioni su 5 Assenti in 5 campioni su 5 (nel corso o a termine immagazzinamento) Enterococchi oppure Escherichia coli non previsto non previsto Ufc/g in 4 campioni su 5 e compreso tra e in 1 campione su Ufc/g in 4 campioni su 5 e compreso tra e Ufc/g in 1 campione su 5 (nel corso o al termine della trasformazione) s.s. = sostanza secca; t.q. = tal quale; MPN = Most Probable Number; Ufc = Unità formanti colonia ( 1 ) Sotto forma tal quale o sotto forma di prodotti fertilizzanti liberamente commercializzabili.

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