COMPRESSIONE ELICOIDALE della ditta Chior Meccanica

Transcript

1 UNIVERSITÀ DEGLI S TUDI DI T ORINO DEIAFA Dipartimento di ECONOMIA E INGEGNERIA AGRARIA, FORESTALE E AMBIENTALE SEZIONE DI MECCANICA Via L. da Vinci, Grugliasco - TO Segreteria FAX Risultati delle prove svolte sul SEPARATORE A COMPRESSIONE ELICOIDALE della ditta Chior Meccanica Grugliasco gennaio 26

2 Premesse Lo scorso anno, la Regione Piemonte ha commissionato un apposito studio alla sezione di Meccanica del DEIAFA dell Università di Torino con l obiettivo di approfondire le conoscenze sulla separazione solido liquido. Tale studio ha previsto la valutazione in termini di efficienza di separazione, fabbisogni energetici, prestazioni meccaniche di quattro differenti tipologie di separatori, tra cui il separatore a compressione elicoidale modello 3 della ditta Chior. 1. Materiali e metodi Il separatore a compressione elicoidale della ditta Chior meccanica, è stato installato all interno di una stazione di prova appositamente realizzata presso l azienda agricola dei fratelli Bonetto di Racconigi (TO). Tale struttura risulta schematicamente costituita da una serie di pompe per la movimentazione del liquame e lo stoccaggio temporaneo della frazione liquida e di quella solida (figura 1) ed è stata realizzata per consentire una corretta determinazione dei parametri di funzionamento del separatore ed un facile prelievo dei campioni da analizzare. Vasca di stoccaggio porcilaie Deviatore pozzetto Pompa centrifuga 7-1 m 3 /h 3 m Serbatoio chiarificato 6 m 3 Separatore 1,5 m 2 m 1,2 m Vasca di equalizzazione 25 m 3 Pompa centrifuga 36 m 3 /h con galleggiante 3 m Pompa centrifuga 4 m 3 /h con galleggiante Serbatoio 1 m 3 2,5 m Spandiletame con rotore anteriore Figura 1. Schema della stazione di prova Il separatore è stato alimentato con liquami sia di suini sia di bovini, i primi provenienti dalla medesima azienda che ha ospitato le prove e alleva suini da ingrasso e da riproduzione, i secondi provenienti dall azienda da latte Brugiafreddo, dotata di zona di 1

3 riposo a cuccette con materassini di gomma e pavimentazione totalmente fessurata sia nella zona di alimentazione sia nelle corsie di servizio. Nell ambito di ciascuna prova di separazione sono state determinate le caratteristiche qualitative e quantitative dei liquami in entrata alla centrifuga e delle due frazioni ottenute in uscita. Per la determinazione qualitativa si sono prelevati campioni delle tre frazioni (liquame in ingresso, frazione liquida, frazione solida), di cui sono stati determinati i seguenti parametri: Solidi Totali (ST), Solidi Volatili (SV), ceneri, ph, azoto totale, azoto ammoniacale, fosforo, rame e zinco. La determinazione quantitativa ha previsto misure volumetriche della frazione liquida e pesate della frazione solida. Durante le prove si è operato con portate differenti a seconda del liquame in ingresso al separatore, agendo sul flusso del tubo di troppo pieno per mezzo di una saracinesca appositamente installata. In particolare, per ogni tipo di liquame si e operato con due differenti portate dei liquami in ingresso. Gli assorbimenti di potenza, di ciascun motore dell intero sistema di separazione (motore principale, pompa di alimentazione) sono stati determinati tramite l uso di una pinza amperometrica rilevando l assorbimento elettrico di ognuna delle fasi. 2. Risultati ottenuti Le principali caratteristiche fisico chimiche dei liquami suini e bovini utilizzati in ingresso al separatore sono indicati nelle tabelle 1 e 2. ST (%) N totale (%) N ammoniacale (%) Namm/Ntot (%) ph P 2 O 5 (%) Cu (%) Zn (%) Tabella 1. Principali caratteristiche dei liquami suini utilizzati nelle prove di separazione 2

4 ST (%) N totale (%) N ammoniacale (%) Namm/Ntot (%) 6 55 ph P 2 O 5 (%) Cu (%) 2 17 Zn (%) Tabella 2. Principali caratteristiche dei liquami bovini utilizzati nelle prove di separazione La valutazione dell efficienza di separazione ha riguardato cinque parametri: ST, N totale, anidride fosforica (P 2 O 5 ), rame e zinco. L analisi dei dati sperimentali ha fatto riscontrare una grande variabilità nell efficienza di separazione dei parametri considerati (tabella 3). Tipo liquami ST (%) N tot (%) P2O5 (%) Cu (%) Zn (%) suino bovino Tabella 3. Efficienze di separazione (valori minimi e massimi) dei Solidi Totali, N totale, P 2 O 5, rame e zinco riscontrate con i due tipi di liquame in ingresso al separatore In generale, è possibile affermare che l efficienza di separazione di tali parametri tende a crescere all aumentare del contenuto in ST del liquame di partenza. Non sono state riscontrate significative variazioni dovute all origine zootecnica del liquame, in quanto questa tendenza si è manifestata con entrambe le tipologie di liquame utilizzato (figura 2 e 3). 3

5 efficienza di abbattimento (%) % 3% 5% 7% 9% ST ST N tot P2O5 Figura 2. Efficienza di abbattimento in ST, Ntot e P 2 O 5 all aumentare del contenuto in Solidi Totali del liquame in ingresso al separatore efficienza di abbattimento (%) % 2% 4% 6% 8% 1% ST Cu Zn Lineare (Cu) Figura 3. Efficienza di abbattimento in Cu e Zn all aumentare del contenuto in Solidi Totali del liquame in ingresso al separatore 2.1 Prove con liquami suini Per quanto riguarda più specificatamente i liquami suini, al decrescere della portata in entrata è corrisposto un aumento nella efficienza di separazione (figura 4, 5 e 6). 4

6 kg separato/kg t q (%) liquame suino 1,7% ST 44 m3/h 24 m3/h 15,7 1,5 1,9 7,42,83 1,57 ST N tot P2O5 Figura 4. Abbattimento in termini di ST, azoto totale e fosforo totale operando con liquame suino al 1.7% in Solidi Totali e con differenti portate dei liquami in ingresso 1 liquame suino 3,4% ST kg separato/kg t q (%) m3/h 19 m3/h 51,2 18,3 19,8 1,9 12,7 3,97 ST N tot P2O5 Figura 5. Abbattimento in termini di ST, azoto totale e fosforo totale operando con liquame suino al 3.4% in Solidi Totali e con differenti portate dei liquami in ingresso 5

7 liquame suino 4.6% ST 1 kg separato/kg t q (%) ,1 57,5 16 m3/h 11 m3/h 15,9 13,9 69,5 73,7 ST N tot P2O5 Figura 6. Abbattimento in termini di ST, azoto totale e fosforo totale operando con liquame suino al 4.6% in Solidi Totali e con differenti portate dei liquami in ingresso Tali incrementi di efficienza legati alla riduzione della portata sono risultati, per quanto riguarda ST, Ntot e P 2 O 5, di ridotta entità quando si è operato con liquami molto diluiti (1.7%) e poco diluiti (4.6%) e più considerevoli con liquami al 3.4% in ST. L efficienza di separazione dell azoto totale è risultata molto variabile passando da valori inferiori all 1% (liquame molto diluito) fino a raggiungere il 16% circa con liquame a più alto contenuto in ST (4.6%). Molto elevata è risultata l efficienza di abbattimento del fosforo che ha raggiunto valori superiori al 73% (liquame al 4.6% in ST). La buona capacità della macchina di separare i Solidi Totali (efficienza di separazione compresa tra il 7% e il 57%) ha permesso di ottenere una frazione liquida con buone caratteristiche per essere utilizzata nella fertirrigazione (max contenuto in ST= 2.8%) soprattutto quando si è operato con liquami molto diluiti (tabella 4). Tipo liquame ST frazione liquida Efficienza di separazione ST suino al 1.7% suino al 3.4% suino al 4.6% Tabella 4. Concentrazione in ST della frazione liquida separata ed efficienza di separazione dei ST 6

8 Per quanto riguarda rame e zinco, l efficienza di abbattimento di tali parametri risulta essere piuttosto soddisfacente e in crescita all aumentare del contenuto in ST dei liquami in ingresso. In particolare, si sono registrate efficienze molto elevate per quanto riguarda il rame (71%) e buone nel caso dello zinco (tabella 5). Per quanto riguarda il rame, esiste la tendenza a migliorare l efficienza di separazione operando con una portata minore rispetto a quella massima utilizzata per le prove. Tale tendenza ha avuto un aumento inverso per lo zinco, dove, per lo più, le efficienze di separazione maggiori si sono avute operando a portate più elevate (figura 7). Tipo liquame Efficienza di separazione Cu Efficienza di separazione Zn suino al 1.7% suino al 3.4% suino al 4.6% Tabella 5. Efficienza di separazione nelle prove con liquami suini per quanto riguarda rame e zinco liquame suino 4.6% ST kg separato/kg t q (%) ,4 41,9 41,7 19,5 16 m3/h 11 m3/h Cu Zn Figura 7. Abbattimento in termini di rame e zinco operando con liquame suino al 4.6% in Solidi Totali e con differenti portate dei liquami in ingresso Per quanto riguarda la valutazione quantitativa, il separatore oggetto delle prove ha permesso di ottenere una quantità di solido separato compresa tra 7 e 1 kg per m 3 di liquame avviato alla separazione (figura 8) e caratterizzata da un contenuto in secco compreso tra il 24.4% e il 29.3% (tabella 6). 7

9 Kg fraz. solida/m3 liquame in ingresso , , ,85 % 1% 2% 3% 4% 5% Figura 8. Quantitativo (kg) di frazione separata ottenuta per ogni m3 di liquame suino avviato al trattamento di separazione Tipo liquame ST frazione solida suino al 1.7% suino al 3.4% suino al 4.6% Tabella 6. Concentrazione in ST della frazione solida separata 2.2 Prove con liquami bovini Le prove con liquami bovini hanno evidenziato una tendenza inversa rispetto a quella riscontrata con i liquami suini, in quanto l efficienza di separazione è andata migliorando quando si è operato con le portate maggiori dei liquami in ingresso (figura 9 e 1). 8

10 liquame bovino 5.7% ST 6 kg separato/kg t q (%) ,6 27,6 35 m3/h 21 m3/h 13,9 1,4 48,5 32,8 ST N tot P2O5 Figura 9. Abbattimento in termini di ST, azoto totale e fosforo totale con liquame bovino al 5.7% in Solidi Totali e con differenti portate dei liquami in ingresso liquame bovino 8.5% ST 12 kg separato/kg t q (%) ,8 65,7 18 m3/h 15 m3/h 36,5 28,5 69,1 73,7 ST N tot P2O5 Figura 1. Abbattimento in termini di ST, azoto totale e fosforo totale con liquame bovino al 8.5% in ST e con differenti portate dei liquami in ingresso L efficienza di separazione dell azoto ha fatto registrare variazioni comprese tra il 1.4 e il 36.5%. La separazione del fosforo (P 2O 5) con questo tipo di liquame è risultata sempre elevata non scendendo mai al di sotto del 33% di efficienza e raggiungendo picchi superiori al 73% (tabella 6). 9

11 Tipo liquame Efficienza di separazione in P 2 O 5 (%) Bovino al 5.7% Bovino al 8.5% Tabella 7. Efficienza di separazione del fosforo riscontrata durante le prove con liquame bovino Anche l efficienza di separazione dei Solidi totali è risultata molto buona, con un range di variazione compreso tra il 28% e il 78% (tabella 8). Tipo liquame ST frazione solida (%) Efficienza di separazione ST (%) Bovino al 5.7% Bovino al 8.5% Tabella 8. Concentrazione in ST della frazione solida separata ed efficienza di separazione dei ST operando con liquame bovino Per quanto riguarda rame e zinco, le prove con liquami bovini hanno evidenziato un abbattimento variabile del rame compreso tra il 1% e il 31%, e buoni abbattimenti per quanto concerne lo zinco, con valori prossimi al 45%. Anche tali efficienze tendono ad aumentare col crescere del contenuto dei ST dei liquami in ingresso e con l aumento delle portate in ingresso degli stessi (figura 11 e 12). liquame bovino 5,7% ST kg separato/kg t q (%) ,5 9,76 35 m3/h 21 m3/h 22,7 12,9 Cu Zn Figura 11. Abbattimento in termini di rame e zinco con liquame bovino al 5.7% in ST e con differenti portate dei liquami in ingresso 1

12 liquame bovino 8.5% ST kg separato/kg t q (%) ,6 24,1 18 m3/h 15 m3/h 44,9 41,6 Cu Zn Figura 12. Abbattimento in termini di rame e zinco con liquame bovino al 8.5% in ST e con differenti portate dei liquami in ingresso Per quanto riguarda la valutazione quantitativa, il separatore oggetto delle prove ha permesso di ottenere una quantità di solido separato compresa tra 8 e 25 kg per m 3 di liquame avviato alla separazione e caratterizzata da un contenuto in secco compreso tra il 23% e il 26% (tabella 8). 2.3 Fabbisogni energetici Il separatore a compressione elicoidale oggetto delle prove ha fatto registrare assorbimenti di potenza compresi tra 11.8 e 12.9 kw a seconda della tipologia di liquame impiegato (tabella 9). ST liquame in ingresso (%) Assorbimento potenza (kw) Tabella 9. Assorbimento di potenza registrato durante la separazione delle varie tipologie di liquame in ingresso 11

13 Tale ridotta variazione degli assorbimenti di potenza ha fatto sì che i fabbisogni energetici per la separazione di 1 m 3 di liquame non risultassero significativamente differenti al variare del tipo di liquame utilizzato (suino e bovino) (figura 13). A seguito delle notevoli diversità di efficienza di separazione riscontrate, considerevolmente differente è risultato il consumo di energia per separare un kg di azoto (da 1 ad oltre 5 kwh per kg di azoto separato con valori massimi riscontati con liquame suino). kg Ntot separato m3 liquame bovini suini kwh Figura 13. Fabbisogni energetici per la separazione di 1 kg di azoto dal liquame in entrata e per il trattamento di 1 m3 di liquame (suino e bovino) 12

14 3. Considerazioni sui risultati ottenuti I risultati ottenuti, in termini generali, hanno evidenziato una considerevole correlazione tra efficienza di separazione di ST, N totale, P 2 O 5, Cu e Zn e contenuto di Solidi Totali del liquame in entrata al separatore (all aumentare di questi ultimi si incrementa l efficienza di separazione). Si è anche evidenziata una certa tendenza al miglioramento dell efficienza di separazione al diminuire della portata in ingresso quando si è operato su liquami diluiti come quelli di suini; tale tendenza si è però invertita operando con liquami bovini caratterizzati da una maggiore concentrazione di ST. In sintesi, con liquami diluiti sembra conveniente operare con portate ridotte, mentre quando si impiegano liquami più densi come quelli bovini è opportuno incrementare le portate in ingresso al separatore. Considerevoli sono anche risultate le variazioni dell efficienza di abbattimento dell azoto totale, principalmente dipendenti, anch esse, dal contenuto di secco del liquame in entrata al separatore. L abbattimento in termini di anidride fosforica (P 2 O 5 ) si è dimostrato molto buono raggiungendo valori anche prossimi al 75%. I microelementi vengono separati in misure soddisfacente dal separatore in oggetto, che riesce a dimezzarne il contenuto nella frazione liquida ottenuta quando si utilizzano liquami con un elevato contenuto in ST. Nella norma sono risultati i fabbisogni di energia elettrica, se confrontati con altre tipologie di separatori. Il responsabile della ricerca Prof. Paolo Balsari L esecutore della ricerca Dott.ssa Eliana Santoro 13

15 1