Separare i solidi dai liquidi migliora la qualità dei liquami

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1 SPERIMENTAZIONE FACOLTÀ DI AGRARIA DI TORINO - CRPA SU EFFLUENTI ZOOTECNICI Separare i solidi dai liquidi migliora la qualità dei liquami Il trattamento di separazione dei liquami tal quali o post digestione anaerobica ha importanti effetti ai fini ambientali e agronomici. Le frazioni chiarificate contengono azoto a pronto effetto, quelle solide sono più adatte a un utilizzo ammendante e sono più facilmente trasportabili La separazione dei liquami permette di ottenere una frazione solida (nella foto) e una chiarificata con azoto a pronto effetto. Foto archivio Crpa di S. Monaco, S. Pelissetti, D. Sacco, P. Mantovi, G. Bonazzi, C. Grignani Negli ultimi anni si è assistito a un notevole aumento di soluzioni impiantistiche per il trattamento degli effluenti zootecnici. L applicazione della direttiva nitrati (91/676/Cee) ha infatti spinto le aziende zootecniche ad adottare soluzioni per la gestione dei reflui e la riduzione delle eccedenze di azoto (Fabbri et al., 2008), ad esempio attraverso la separazione solido-liquido con il trasferimento fuori azienda della frazione solida. Inoltre, i provvedimenti volti all incentivazione delle energie rinnovabili hanno portato alla diffusione della digestione anaerobica di effluenti zootecnici e altre biomasse di origine agricola (Navarotto, 2008; Fabbri et al., 2010). Effetti dei trattamenti I trattamenti hanno come effetto la modificazione delle caratteristiche degli effluenti zootecnici, rendendo diverso il loro valore fertilizzante. La separazione solido-liquido del liquame tal quale porta alla produzione di due frazioni con caratteristiche differenti. Nella frazione chiarificata vengono concentrati i composti soluti, e tra questi lo ione ammonio che è più facilmente disponibile per l assorbimento da parte delle colture. La sua utilizzazione agronomica dovrebbe quindi essere effettuata vicino alle fasi di crescita della coltura. La frazione solida d altra parte presenta un più elevato contenuto di sostanza organica e può essere quindi valorizzata come ammendante, con distribuzioni anche autunnali. La digestione anaerobica determina invece una riduzione della sostanza organica meno stabile presente nel materiale in ingresso all impianto. Inoltre, pur non determinando una riduzione dell azoto presente nei substrati di origine, causa una trasformazione di questo dalla forma organica a quella ammoniacale, più facilmente disponibile per le colture ma anche a rischio di perdita nell atmosfera. La ricerca Nell ambito di un progetto finanziato dal Mipaaf (vedi approfondimento a pag. 48), il Dipartimento Agroselviter dell Università di Torino ha effettuato delle prove di laboratorio per la valutazione delle caratteristiche agronomiche e ambientali di alcuni liquami provenienti dai trattamenti effettuati in impianti pilota e descritti da Mantovi et al., I materiali derivavano dalla separazione solido-liquido di liquame suino e bovino tal quali o dopo digestione anaerobica, anche in codigestione con insilato di mais. Su questi materiali sono stati studiati gli effetti «agronomici» della digestione anaerobica e della separazione solido-liquido, analizzando le dinamiche di decomposizione e la disponibilità degli elementi nutritivi. Un altro filone di attività più «ambientale» ha riguardato invece l emissione di anidride carbonica (CO2), protossido di azoto (N2O) e ammoniaca (NH3) dopo la distribuzione al suolo delle diverse tipologie di effluente. Liquami a confronto In tabella 1 si riportano l elenco dei materiali studiati e la loro caratterizzazione chimico-fisica. Le analisi di caratterizzazione degli effluenti zootecnici 46 L Informatore Agrario 20/2011

2 TABELLA 1 - Caratteristiche chimiche dei prodotti studiati Trattamento ph Sostanza secca Carbonio organico Azoto Azoto ammoniacale (% N) 8,3 2,78 0,80 0,38 77,0 2,1 Frazione chiarificata del tal quale 8,5 1,26 0,20 0,22 92,2 0,9 Frazione chiarificata del digerito 8,7 1,31 0,20 0,20 87,8 1,0 6,7 5,88 2,63 0,26 54,5 10,1 Frazione chiarificata del tal quale 7,3 2,47 1,07 0,19 64,3 5,6 Frazione solida del tal quale 8,0 13,36 5,61 0,40 29,5 14,1 Frazione chiarificata del digerito 7,9 1,85 0,79 0,20 70,4 3,9 Frazione solida del digerito 8,5 13,70 5,86 0,42 34,6 14,0 codigerito con silomais Frazione chiarificata 8,5 1,57 0,51 0,21 77,0 2,4 Frazione solida 8,7 13,01 5,59 0,50 32,5 11,2 Le analisi di caratterizzazione degli effluenti zootecnici mostrano la diversità delle matrici utilizzate nella sperimentazione. GRAFICO 1 - Azoto minerale nel suolo a 30 giorni dalla distribuzione degli effluenti - fraz. liquida - fraz. liquida fraz. solida Digerito - fraz. solida Codigerito - fraz. liquida Codigerito - fraz. solida C/N mostrano la diversità delle matrici utilizzate nella sperimentazione. In particolare, il ph è più elevato dopo digestione e nei separati solidi. Il contenuto di sostanza secca e di carbonio è più che dimezzato nei chiarificati rispetto ai liquami tal quali, mentre è più che raddoppiato nelle frazioni solide. Anche il contenuto di azoto totale varia a seconda della tipologia di effluente ma, soprattutto, è fortemente modificato il rapporto tra azoto ammoniacale e azoto totale, molto alto nelle frazioni chiarificate dei liquami. Infine, i composti solubili, facilmente degradabili, sono presenti in quantità più alte nelle frazioni chiarificate, mentre la lignina, la cellulosa e l emicellulosa, meno degradabili, sono invece maggiormente presenti nelle frazioni solide dei liquami. Disponibilità di azoto per le colture Al fine di valutare la disponibilità per le colture dell azoto distribuito con gli effluenti trattati, è stato misurato il contenuto in azoto minerale (nitrico e ammoniacale) per alcune settimane dopo la distribuzione al suolo. Per ottenere questo risultato sono state effettuate, in una camera termostatata, delle incubazioni di terreni fertilizzati con i diversi effluenti zootecnici, utilizzando due suoli agrari prelevati in due diverse località del Piemonte. I campioni di suolo sono stati fertilizzati con l equivalente di 170 kg/ha di azoto (limite per l utilizzazione agronomica degli effluenti zootecnici nelle zone vulnerabili secondo la Direttiva nitrati). I risultati (grafico 1) mostrano che dopo 30 giorni dallo spandimento il contenuto in azoto disponibile è molto elevato, soprattutto per i chiarificati, con valori che raggiungono anche il 100% dell azoto distribuito con il fertilizzante. Lo scarso apporto di carbonio che risulta dall utilizzazione agronomica di questi effluenti trattati, infatti, non favorisce l instaurarsi di processi di immobilizzazione dell azoto minerale da parte dei microorganismi. Questo risultato conferma le potenzialità nutritive dei chiarificati e quindi l opportunità di valorizzarli al massimo utilizzandoli in pre-semina o in copertura. Da notare che anche la frazione solida del digestato presenta valori elevati di azoto disponibile, superiori al 50%. Emissione di gas a effetto serra La distribuzione al suolo di materiale organico causa emissione in atmosfera di gas ad effetto serra: anidride carbonica (CO2) e protossido di azoto (N2O) come risultato dei processi microbiologi Azoto minerale nel suolo 150 (% dell N apportato) in codigestione Deviazione standard Dopo 30 giorni dallo spandimento, il contenuto in azoto disponibile è molto elevato, soprattutto per i chiarificati (frazione liquida), con valori che raggiungono anche il 100% dell azoto distribuito con il fertilizzante. Le frazioni chiarificate dei liquami penetrano rapidamente nel suolo riducendo la volatilizzazione dell azoto. Foto archivio Agroselviter - Università di Torino 20/2011 L Informatore Agrario 47

3 APPROFONDIMENTO Il Progetto di ricerca Il presente contributo deriva dall attività svolta dal Dipartimento di agronomia, selvicoltura e gestione del territorio dell Università di Torino nell ambito del progetto di ricerca «Effetti dovuti alla digestione anaerobica sulla disponibilità di azoto negli effluenti zootecnici, ai fini del superamento del limite di 170 kg N/ha/ anno imposto dalla Direttiva nitrati», finanziato dal Ministero delle politiche agricole, alimentari e forestali e coordinato dalla Fondazione Crpa studi e ricerche di Reggio Emilia. L attività sperimentale è stata svolta nel periodo ed era articolata in tre azioni condotte dalle tre Unità di ricerca coinvolte nel progetto: produzione e caratterizzazione di diversi substrati digeriti anaerobicamente, ottenuti in reattori a scala di laboratorio (Centro ricerche produzioni animali); studio delle dinamiche di azoto e carbonio dei prodotti ottenuti nell azione 1, mediante prove di laboratorio e simulazioni modellistiche (Dipartimento Agroselviter, Università di Torino); caratterizzazione delle frazioni solide degli effluenti digeriti con prove di utilizzo in vaso e determinazioni sulla qualità della sostanza organica (Centro di ricerca per lo studio delle relazioni tra pianta e suolo - Cra- Rps, Roma). ci di trasformazione del carbonio e dell azoto. Le emissioni di CO2 dopo la distribuzione degli effluenti zootecnici sono riportate nel grafico 2. A parità di apporto azotato, i materiali derivati dal trattamento dei liquami bovini forniscono un maggiore quantitativo di carbonio al suolo ed emettono maggiori quantità di CO2 rispetto al liquame suino e al materiale derivato da codigestione. Ad esempio, confrontando le frazioni chiarificate dei liquami tal quali, quella derivante da liquame bovino emette circa 3 volte rispetto a quella da suino. Questa differenza si riduce molto se si osservano i risultati dopo digestione anaerobica: questo trattamento determina una riduzione di carbonio in tutte le tipologie di prodotto e causa quindi GRAFICO 2 - CO 2 emessa dopo la distribuzione su suolo dei materiali studiati Controllo non fertilizzato - fraz. liquida - fraz. liquida fraz. solida Digerito - fraz. solida Codigerito - fraz. liquida Codigerito - fraz. solida Urea Nitrato ammonico GRAFICO 3 - Emissioni di ammoniaca dopo distribuzione su suolo dei prodotti studiati Azoto volatilizzato (% dell N ammoniacale) Digerito - fraz. liquida fraz. liquida La distribuzione delle frazioni chiarificate, digerite e non, ha l effetto positivo di ridurre la volatilizzazione di oltre un terzo Emissione di CO 2 (mg di carbonio/kg suolo) L apporto azotato, uguale per tutti gli effluenti, era pari a 170 kg/ha. in codigestione Concimi minerali Deviazione standard anche una diminuzione delle emissioni di CO2 dopo la distribuzione. Ad esempio, nei prodotti derivanti da liquame bovino, la digestione anaerobica provoca una riduzione di circa il 50% delle emissioni. La misura dell emissione di N2O (protossido di azoto) dopo distribuzione degli effluenti trattati è importante dal punto di vista del loro impatto ambientale poiché questo gas determina un effetto serra quasi 300 volte più potente della CO2. I risultati della prova (dati non riportati) hanno dimostrato, e in qualche modo confermato, che le perdite di questo gas non determinano una riduzione di azoto rilevante dal punto di vista agronomico. Tuttavia, le perdite registrate per la frazione chiarificata del liquame bovino tal quale sono state elevate e significative da un punto di vista ambientale. Un risultato importante della prova ha permesso di evidenziare che la digestione seguita da separazione, poiché diminuisce il quantitativo di carbonio disponibile per i microrganismi, riduce l emissione di N2O (protossido di azoto). Volatilizzazione dell ammoniaca L utilizzazione agronomica degli effluenti zootecnici può anche essere causa di emissioni ammoniacali in atmosfera. In questo caso però, a differenza di quanto detto per il protossido di azoto, le perdite per volatilizzazione rappresentano anche un danno dal punto di vista agronomico, poiché i quantitativi di azoto perso possono rappresentare sino a oltre la metà dell azoto ammoniacale distribuito. Dal punto di vista ambientale, l emissione in atmosfera di ammoniaca determina acidificazione ed eutrofizzazione degli ecosistemi e la formazione di particolato dannoso per la salute umana. La prova di laboratorio è stata effettuata solo sui materiali derivanti da liquame suino. I risultati hanno evidenziato che la distribuzione delle frazioni chiarificate, digerite e non, riduce la volatilizzazione di oltre un terzo (grafico 3). Questa diminuzione è da attribuire alla rapidità di infiltrazione nel suolo delle frazioni chiarificate rispetto al liquame tal quale. Inoltre, la prova ha messo in evidenza che i maggiori quantitativi di azoto sono persi per volatilizzazione nelle prime sei ore dopo la distribuzione degli effluenti. 48 L Informatore Agrario 20/2011

4 TABELLA 2 - Principali caratteristiche agronomiche e ambientali dei prodotti studiati Tipologia di effluente Liquame suino Liquame bovino codigerito con silomais Trattamento Caratteristiche agronomiche efficienza dell azoto capacità ammendante emissioni di anidride carbonica Rischio ambientale emissione di ammoniaca emissione lisciviazione di protossido di nitrati di azoto molto alta molto bassa basso molto alto molto basso medio Frazione chiarificata del tal quale molto alta molto bassa basso medio basso medio-alto Frazione chiarificata del digerito molto alta molto bassa basso medio medio medio-alto alta bassa alto molto alto medio medio Frazione chiarificata del tal quale molto alta bassa alto medio molto alto medio Frazione solida del tal quale medio bassa alta molto alto alto basso Frazione chiarificata del digerito molto alta molto bassa medio medio medio medio Frazione solida del digerito medio alta alta alto molto basso basso Frazione chiarificata del codigerito molto alta molto bassa alto medio alto medio-alto Frazione solida del codigerito media alta alto basso basso Conclusioni I materiali studiati derivanti da trattamento di liquame suino e bovino presentano caratteristiche molto diverse. In tabella 2 sono riassunti i principali aspetti agronomici e di impatto ambientale risultati dalla ricerca. È importante che le differenze vengano considerate sia dagli operatori, al fine di scegliere la corretta epoca e modalità di utilizzazione agronomica, sia da chi si occupa dell aggiornamento del quadro normativo, al fine di apportare modifiche e chiarimenti giustificati dal punto di vista tecnico. In sintesi, l efficienza azotata, ovvero l azoto disponibile per le colture dopo APPROFONDIMENTO Il quadro normativo per l utilizzazione agronomica del digestato La diffusione degli impianti di biogas ha fatto aumentare l attenzione da parte del legislatore per i materiali in uscita e la loro gestione, in particolare per gli effetti del loro utilizzo sull ambiente. Al momento, quando il materiale è derivante da effluenti zootecnici, la sua utilizzazione agronomica è regolata dal dm 7 aprile In questo caso, lo spandimento sui terreni agricoli è soggetto a comunicazione all autorità competente, alla stesura di un piano di utilizzazione agronomica (pua) e al rispetto dei limiti di apporto dell azoto previsti dalla Direttiva nitrati. Quando agli effluenti zootecnici vengono aggiunte altre biomasse, come nel caso della maggior parte degli impianti di digestione anaerobica, la normativa che disciplina l uso agronomico del digestato è più confusa, risulta ancora differenziata a livello regionale e talvolta fa riferimento al campo di applicazione delle norme sui rifiuti (dlgs 152/06) (Mantovi e Bonazzi, 2011). A dimostrazione dell ambiguità e della carenza dell attuale normativa, è in corso l elaborazione di ulteriori atti legislativi a livello nazionale, volti al chiarimento di questi aspetti. distribuzione in campo, può risultare molto alta nelle frazioni chiarificate se utilizzate durante la stagione vegetativa. Invece la loro distribuzione su terreni che verranno coltivati solo nelle stagioni successive (ad esempio spandimenti autunnali su terreni nudi che vedranno la semina di una coltura primaverile-estiva) non può che conseguire basse efficienze di utilizzo dell azoto e quindi maggiori rischi di lisciviazione dei nitrati. L utilizzo delle frazioni chiarificate inoltre diminuisce l emissione di ammoniaca a causa della maggiore infiltrazione dopo spandimento su suolo. Ciò rende possibile la distribuzione anche senza interramento o con interramento superficiale. È chiaro quindi che per questi materiali sarebbe ottimale un uso in copertura con tecniche di fertirrigazione o nuove tecniche di distribuzione. Le frazioni solide derivanti dai liquami, digeriti e non, concentrando la sostanza organica sono più adatte a un utilizzo ammendante oltreché più utilmente trasportabili. Dal punto di vista ambientale si sottolinea come la digestione anaerobica del liquame bovino seguita da separazione solido-liquido permetta una riduzione delle emissioni di anidride carbonica e di protossido di azoto, grazie alla riduzione del contenuto di carbonio disponibile per i microrganismi. Stefano Monaco Simone Pelissetti Dario Sacco Carlo Grignani Dipartimento di agronomia, selvicoltura e gestione del territorio Università di Torino Paolo Mantovi Fondazione Crpa Studi e ricerche Reggio Emilia Giuseppe Bonazzi Centro ricerche produzioni animali (Crpa) Reggio Emilia Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivete a: redazione@informatoreagrario.it Per consultare gli approfondimenti e/o la bibliografi a: 11ia20_5743_web 20/2011 L Informatore Agrario 49

5 agronomia Articolo pubblicato su L Informatore Agrario n. 20/2011 a pag. 46 Separare i solidi dai liquidi migliora la qualità dei liquami Bibliografia Fabbri C., Bonazzi G., Moscatelli G., Navarotto P. (2008) - Soluzioni possibili per ridurre le eccedenze di azoto. L Informatore Agrario, 18: Fabbri C., Soldano M., Piccinini S. (2010) - L agricoltore crede nel biogas e i numeri lo confermano. L Informatore Agrario, 30: Mantovi P., Fabbri C., Soldano M., Piccinini S. (2009) - La separazione del digestato aumenta il potere fertilizzante. L Informatore Agrario, 43: Mantovi P., Bonazzi G. (2011) - La Direttiva Nitrati: l incidenza sulla gestione agronomica del digestato. In: «Biogas da agrozootecnia e agroindustria», a cura di Vismara R., Canziani R., Malpei F., Piccinini S., Dario Flaccovio Editore. Navarotto P. (2008) - L azoto diventa più assimilabile dopo il trattamento anaerobico. L Informatore Agrario, 22: approfondimento Il Progetto di ricerca Il presente contributo deriva dall attività svolta dal Dipartimento di agronomia, selvicoltura e gestione del territorio dell Università di Torino nell ambito del progetto di ricerca «Effetti dovuti alla digestione anaerobica sulla disponibilità di azoto negli effluenti zootecnici, ai fini del superamento del limite di 170 kg N/ha/anno imposto dalla Direttiva nitrati», finanziato dal Ministero delle politiche agricole, alimentari e forestali e coordinato dalla Fondazione Crpa studi e ricerche di Reggio Emilia. L attività sperimentale è stata svolta nel periodo ed era articolata in tre azioni condotte dalle tre Unità di ricerca coinvolte nel progetto: produzione e caratterizzazione di diversi substrati digeriti anaerobicamente, ottenuti in reattori a scala di laboratorio (Centro ricerche produzioni animali - Crpa spa); studio delle dinamiche di azoto e carbonio dei prodotti ottenuti nell azione 1, mediante prove di laboratorio e simulazioni modellistiche (Dip. Agroselviter Università di Torino); caratterizzazione delle frazioni solide degli effluenti digeriti con prove di utilizzo in vaso e determinazioni sulla qualità della sostanza organica (Centro di ricerca per lo studio delle relazioni tra pianta e suolo - Cra-Rps, Roma).