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

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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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