Drying solid fractions of animal manure and digestate to produce commercial fertilisers

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1 Progetto Equizoo-CR Iniziativa svolta nell ambito del Programma regionale di ricerca in campo agricolo con il contributo finanziario di: ManuREsource2013 International conference on Manure management and valorization December 5-6, 2013 Bruges, Belgium Drying solid fractions of animal manure and digestate to produce commercial fertilisers Giuseppe Moscatelli, Giuseppe Bonazzi, Sergio Piccinini, Paolo Mantovi Research Centre on Animal Production CRPA, Reggio Emilia, Italy

2 Aim of the work To test the feasibility of a new treatment line for drying solid fractions from slurry or digestate NEW TREATMENT LINE to obtain a product with a lower water content and volume, stabilized, easier to handle and sold in bags as commercial fertiliser

3 The new treatment line Has been developed by VOMM SpA company (Milan, Italy) It is a turbo technology, based on the creation of a thin film of material in high turbulence by means of a turbine rotating inside a static horizontal chamber The chamber is jacketed and a thermal fluid, such as thermal oil, keep the temperature constant inside the machine It is possible to work in a closed circuit, to avoid any atmospheric emission

4 Drying equipment (closed circuit) 7-Air heating 6-Air blower 5-Chiller 1-Doser 4-Scrubber 2-Turbine dryer Developer VOMM SpA Milan (Italy) 3-Cyclone

5 Scheme of the process

6 Drying equipment - dried material Cyclone Turbine dryer

7 Pelletizer - pellets

8 Materials and methods Six types of solid fractions were tested in the pilot plant: 3 from digestate (dairy cattle manure + energy crops), separated by a screw press (22%, 18%, 14% Total Solids) 2 from dairy cattle slurry, separated by a screw press (19%, 16% Total Solids) 1 from dairy cattle slurry, separated by a drum press (18% Total Solids)

9 Materials and methods Drying process parameters set in the experiments: Temperature of thermal oil: 270 C Temperature jacket chamber IN: C Temperature air flow IN: 190 C Temperature air flow OUT: 125 C Volume air flow: 645 Nm 3 /h Load rate material to be dried: 75 kg/h Rotary blade system: 850 rpm Contact time of the material in the rotating turbine: 20 sec Temperature condensate fraction OUT: 30 C

10 Characteristics of solids (IN and OUT)

11 Characteristics of solids (IN and OUT) Total Solids [%] Nitrogen [%] Phosphorus [%] IN OUT IN OUT IN OUT Digestate Digestate Digestate Average Cattle slurry Cattle slurry Cattle slurry Average

12 Characteristics of water condensate

13 Characteristics of water condensate ph TSS Total N Ammonia-N Total P COD [-] [mg/kg] [mg/kg] [% TKN] [mg/kg] [mg O 2 /kg] Digestate Digestate Digestate Average Cattle slurry Cattle slurry Cattle slurry Average

14 UF & RO equipment (lab scale) UF and RO module by GE Water and Process Technologies UF: Membrane at 20 µm Model Purtrex PX st step RO: high pressure (30 bar) Membrane Model WW- 8040HP polymer customized spiral-wound configuration resistent to organic fouling 2 nd step RO: low pressure (15 bar) for high retention capacity

15 UF & RO results ph TSS Ammonia-N Total P COD EC [-] [mg/kg] [mg/kg] [mg/kg] [mg O 2 /kg] [μs/cm] Water condensate IN Retentate OUT Permeate OUT Limit values , 2: before (1) and after (2) acidification 3: Italian legislative decree 152/2006, Section 3, Tab 3, All5 - the large volume of permeate can be discharged into surface water as the limits set by water protection law are respected; - the small volume of the concentrate (retentate) should be added to the new solid fraction that enters in the dryer to increase the N level of the dried materials (minimum level of 3% requested by the national law on fertilisers - DLgs 75/2010)

16 Conclusions and perspectives Drying manure solid fractions in a closed circuit plant, avoiding ammonia and dust emissions by recirculation of the air flow, is technically feasible; The recovery of thermal energy from CHP hot gases in a biogas plant, to heat the turbo dryer, may be of interest; UF and RO can be applied to purify condensate water from the drying process; Utilising manure surplus as a source of N and P and other nutrients to produce fertilisers, helps reducing the environmental pressure in areas with high livestock density This approach could also contribute to create a market of recycled materials in the frame of a sustainable green economy

17 What should be done An evaluation of: the investment and running costs, to verify the economical sustainability of the proposed treatment line (considering the possible value of the pellet); reliability and operational management costs of UF and RO process; the possibility to recycle the retentate from RO in the turbodryer, in order to increase the N content in the pellet

18 Progetto Equizoo-CR Iniziativa svolta nell ambito del Programma regionale di ricerca in campo agricolo con il contributo finanziario di: ManuREsource2013 International conference on Manure management and valorization December 5-6, 2013 Bruges, Belgium Drying solid fractions of animal manure and digestate to produce commercial fertilisers Many thanks for your attention! Paolo Mantovi

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