Risultati delle ricerche sulle tecnologie per il trattamento degli effluenti: la separazione solido liquido

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1 Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Risultati delle ricerche sulle tecnologie per il trattamento degli effluenti: la separazione solido liquido Elio Dinuccio, Fabrizio Gioelli, Paolo Balsari Dipartimento di Scienze Ambientali, Forestali e Alimentari (DISAFA), Università di Torino Validazione di soluzioni territoriali e tecnologiche per la sostenibilità ambientale e la riduzione dei costi di gestione degli effluenti negli allevamenti suini delle regioni del bacino padano-veneto SEESPIG Grant n Filiera del suino SEPARAZIONE SOLIDO LIQUIDO DEI LIQUAMI ZOOTECNICI Frazione solida Elevata concentrazione di ST, sostanza organica, elementi nutritivi (N,P,..) N in forma organica (buon ammendante) Possibile valorizzazione energetica Frazione liquida Minor contenuto in P e N ( applicabile in volumi superiori) Limitata presenza di solidi (somministrazione in copertura) N in forma minerale (immediatamente fruibile per la vegetazione) 1

2 SEPARAZIONE SOLIDO LIQUIDO DEI LIQUAMI ZOOTECNICI Diverse tipologie di tipologie di separatori in commercio L efficienza di separazione può variare notevolmente in relazione a: tipo di liquame e suo pretrattamento (stoccaggio, digestione anaerobica) condizioni operative (portata in ingresso) Pochi dati sperimentali disponibili Progetto SEESPIG Vasca di valutazione delle prestazioni di diversi sistemi per la separazione solido liquido del liquame suino tal quale e codigerito F Prove in scala reale Az. BIOPIG S.S. di Bra (CN) 5 sistemi di separazione: 1) a compressione elicoidale 2) cilindrico rotante 3) decanter 4) combinato: rulli contrapposti + decanter 5) chimico-meccanico 2 portate : nominale (A), ~50% A 2

3 L azienda agricola BIOPIG S.S. di Bra (CN) -) Consistenza allevamento peso vivo totale: 1280t 3800 scrofe suinetti 500 vacche da latte -) Impianto di digestione anaerobica Potenza installata: 0,5 MWel CSTR Temperatura di Digestione : ~40 C Carico giornaliero: - ~ 35 m 3 di biomassa solida (letame, insilato di erba, mais e misto,.) - ~ 100 m 3 di liquame (90% suino 10% bovino) HRT: ~ 40 giorni Quantità di liquame codigerito prodotto: ~ 120 m 3 /giorno Schema di processo dell impianto di biogas dell azienda agricola BIOPIG S.S. di Bra (CN) Biomassa solida Sistema di alimentazione Digestore CHP Utilizzazione agronomica Vasca liquame tal quale Post fermentatore Vasca Frazione Liquida (FL_2) Liquame digerito Frazione Liquida (FL_1) Tubazioni sotterranee Biogas SEPARATORE A RULLI CONTRAPPOSTI Frazione Solida (FS_1) DECANTER Frazione Solida (FS_2) 3

4 Sistemi di separazione esaminati 1) Compressione elicoidale mod. COM 300/600 Chior meccanica S.r.l. Caratteristiche tecniche Potenza installata (kw): 4.0 Portata idraulica massima (m 3 /h): 50 Lunghezza (mm): 2100 Larghezza (mm): 800 Altezza (mm): 700 Larghezza fessure del vaglio (mm): 1.0 Sistemi di separazione esaminati 2) Separatore a rulli contrapposti (Rota mod. SEP 97) Caratteristiche tecniche Potenza installata (kw): 1.5 Portata idraulica massima (m 3 /h): 60 Lunghezza (mm): 2000 Larghezza (mm): 1800 Altezza (mm): 1700 Dimensione maglie (mm): 2.0 4

5 Sistemi di separazione esaminati 3) DECANTER mod. GHT 3XV Gennaretti - Getech S.r.l. Caratteristiche tecniche Potenza installata (kw): 18.5 Portata idraulica massima (m 3 /h): 20 Lunghezza (mm): 2750 Larghezza (mm): 880 Altezza (mm): 1900 Tamburo: - lunghezza (mm): diametro (mm): 357 Coclea: - lunghezza (mm): diametro (mm): 355 Velocità di rotazione - giri tamburo (rpm): giri differenziali coclea (rpm): ) Separazione combinata: rulli contrapposti + decanter F Sistemi di separazione esaminati La frazione liquida ottenuta con dispositivo cilindrico rotante è stata sottoposta ad una ulteriore separazione con separatore centrifugo Separatore a rulli contrapposti (Rota, mod. SEP 97) + DECANTER (Getech S.r.l., mod. GHT 3XV) 5

6 Sistemi di separazione esaminati 5) Stazione mobile di separazione chimicomeccanica Gennaretti - Getech S.r.l. SPGHT 3X A Miscelazione e dosaggio flocculante Decanter Gennaretti GHT 305 VF Scarico frazione liquida F F Scarico frazione solida Tipo di additivo impiegato: soluzione di polyacrylamide (PAM, C-2260) concentrata al 2% Dose impiegata: 50gPAM/kg di solidi totali Le prove effettuate e condizioni operative Sistema di separazione Tipologia di liquame Prova (n) Portata in ingresso al separatore (m 3 /h) *Portata separatore a Rulli contrapposti; **Portata Decanter 6

7 Materiali e metodi SCHEMA DI ESECUZIONE DELLE PROVE BIOGAS Scarico di troppo pieno Frazione liquida DIGESTORE Saracinesca Separatore Frazione solida Vasca di Pompa frazione centrifuga liquida Vasca di equalizzazione Parametri esaminati nel corso di ciascuna prova Quantità di liquame in ingresso al separatore e delle due frazioni (liquida e solida) ottenute Durata (t) Consumi energetici Principali caratteristiche chimico-fisiche (ph, ST, SV, N tot, N amm., P 2 O 5, K 2 O, Cu, Zn) del liquame in ingresso al separatore e delle due frazioni (liquida e solida) ottenute Efficienza di separazione (E f ) M x solido E f = M x liquame. 100 M x liquame = quantità (kg) del parametro (x) considerato, nel liquame trattato dal separatore M x solido = Materiali e metodi quantità (kg) del parametro (x) considerato, nella frazione solida prodotta 7

8 Caratteristiche chimico-fisiche medie dei liquami impiegati nelle prove e relative deviazioni standard (n=15) Tipo di liquame ST (%) N tot (g/kg) N-NH 4 (g/kg) P tot (g/kg) K tot (g/kg) Cu (mg/kg) Zn (mg/kg) Suino tal quale 1,90 (0,23) 1,71 (0,08) 1,36 (0,12) 0,50 (0,05) 0,66 (0,01) 13,3 (1,47) 95,9 (1,95) Codigerito tal quale 3,98 (0,20) 2,22 (0,11) 1,33 (0,10) 0,63 (0,03) 1,39 (0,02) 10,7 (1,09) 58,4 (2,98) Caratteristiche chimico-fisiche medie delle frazioni solide ottenute nel corso delle prove con il liquame suino tal quale (n=6) Sistema di separazione Rulli contrapposti Decanter Chimico meccanico Combinato** ST 152 (9,48) 223 (11,3) 231 (15,1) 204 (8,81) N tot 7,23 (0,90) 8,05 (0,98) 8,21 (1,18) 9,00 (0,79) N-NH 4 3,35 (0,29) 3,35 (0,12) 2,98 (0,17) 2,65 (0,48) P tot 7,56 (0,98) 9,88 (0,85) 10,2 (0,52) 9,27 (0,79) K tot 0,59 (0,02) 0,48 (0,09) 0,32 (0,12) 0,55 (0,01) Cu (g/t) 70,3 (4,98) 78,1 (4,92) 82,0 (5,63) 93,5 (3,84) Zn (g/t) 665 (10,7) 887 (19,4) 770 (24,5) 903 (18,5) **Frazione solida ottenuta dopo ulteriore separazione con Decanter 8

9 Caratteristiche chimico-fisiche medie delle frazioni solide ottenute nel corso delle prove con il liquame suino codigerito (n=6) Sistema di separazione Compressione elicoidale Rulli contrapposti Decanter Chimico meccanico Combinato** ST 232 (4,38) 165 (7,25) 251 (9,65) 238 (5,60) 246 (8,98) N tot 6,83 (0,33) 4,32 (0,41) 6,61 (0,26) 7,11 (1,25) 9,70 (0,57) N-NH 4 1,74 (0,12) 1,18 (0,25) 2,07 (0,10) 1,87 (0,41) 5,40 (0,69) P tot 5,82 (0,25) 2,06 (0,15) 6,55 (0,68) 6,85 (0,92) 11,6 (0,39) K tot 2,36 (0,18) 2,07 (0,01) 1,43 (0,05) 1,33 (0,12) 1,62 (0,01) Cu (g/t) 7,83 (0,33) 11,8 (0,95) 50,1 (1,26) 42,5 (3,89) 20,4 (1,75) **Frazione solida ottenuta dopo ulteriore separazione con Decanter Zn (g/t) 39,6 (2,59 97,5 (6,13) 377 (9,21) 298 (15,1) 216,5 (9,00) Efficienze di separazione medie (%) ottenute con il separatore a compressione elicoidale Liquame Co-digerito (ST m = 3.90%) 9 m 3 /h 16 m 3 /h Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn 9

10 Efficienze di separazione medie (%) ottenute con il separatore a rulli contrapposti Liquame suino tal quale (ST m = 1.90%) Liquame Co-digerito (ST m = 3.90%) 27 m 3 /h 49 m 3 /h m 3 /h 17 m 3 /h Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn Efficienze di separazione medie (%) ottenute nelle prove con il decanter Liquame suino tal quale (ST m = 1.90%) Liquame Co-digerito (ST m = 3.90%) m 3 /h 12 m 3 /h Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn 10

11 Efficienze di separazione medie (%) ottenute nel corso delle prove di separazione combinata Liquame suino tal quale (ST m = 1.90%) Liquame Co-digerito (ST m = 3.90%) 6 m 3 /h 12 m 3 /h Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn Efficienze di separazione medie (%) ottenute nel corso delle prove di separazione chimico meccanica Liquame suino tal quale (ST m = 1.90%) Liquame Co-digerito (ST m = 3.90%) 6 m 3 /h 12 m 3 /h Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn Massa ST N tot N-NH 4 P tot K tot Cu Zn 11

12 Energia necessaria per trattare 1 m 3 di liquame e per ottenere 1 kg di elemento nutritivo separato Tipo di liquame Suino tal quale Co-digerito Sistema di separazione Liquame ST N tot P tot K tot kwh/m 3 kwh/kg Rulli contrapposti Decanter Rulli contrapposti + Decanter Compressione elicoidale Rulli contrapposti Decanter Rulli contrapposti + Decanter Principali problematiche riscontrate nel corso della sperimentazione Separatore a compressione elicoidale E stato possibile esaminare il suo impiego solo con il liquame suino codigerito il ridotto contenuto in ST (<2%) del liquame suino tal quale di provenienza dall allevamento non ha consentito, indipendentemente dalla portata impiegata, la formazione dell aggregato iniziale di sostanze solide indispensabile per consentire il funzionamento della macchina 12

13 Principali problematiche riscontrate nel corso della sperimentazione Separatore a Rulli contrapposti elevata usura dei cuscinetti dei rulli di compressione della frazione solida nelle condizioni di funzionamento aziendale (circa 8-10 ore/giorno) sono necessari frequenti interventi di lubrificazione dei cuscinetti e loro sostituzione ogni giorni Principali problematiche riscontrate nel corso della sperimentazione Dispositivo Decanter Frequenti intasamenti del sistema di evacuazione della frazione solida occlusione dei fori del tamburo a causa della presenza di frazioni fibrose a lunga catena nel liquame codigerito necessario un intervento di vagliatura del liquame in ingresso 13

14 CONCLUSIONI In tutti i casi esaminati è stato possibile ottenere una frazione solida separata con un elevata concentrazione di sostanza organica ed elementi nutritivi concentrazioni fino a 5-20 volte superiori, rispettivamente nel caso dell N tot e del P tot, rispetto al liquame (suino tal quale, codigerito) di partenza Maggiore valore agronomico/energetico P N K Facilità di trasporto e di trasferimento di nutrienti fuori dall azienda CONCLUSIONI Efficienza di separazione dei parametri considerati (ST, N tot, N-NH 4, P tot, K tot, Cu e Zn) strettamente legata al contenuto in ST del liquame in ingresso oltre che alla tipologia di separatore F Con il liquame co-digerito efficienze di separazione fino a 8-10 volte superiori, rispettivamente nel caso dei ST e dell N tot, rispetto al liquame suino tal quale con fabbisogni energetici unitari più che dimezzati F Con il decanter: - maggiori efficienze di separazione indipendentemente dal tipo di liquame impiegato - maggiori fabbisogni energetici - necessità di costante manutenzione (controlli periodici, accurati lavaggi prima e dopo ogni ciclo di funzionamento) 14

15 CONCLUSIONI Un doppio intervento di separazione (dispositivo a rulli F contrapposti + decanter) ha fornito: efficienze di separazione dei ST e P tot, in media, significativamente (p<0,05) inferiori rispetto a quelle rilevate utilizzando il solo decanter efficienze di separazione medie dell N tot simili a quelle rilevate utilizzando il solo decanter, indipendentemente dal tipo di liquame impiegato Necessaria una corretta regolazione del decanter quando si opera con le frazioni liquide separate CONCLUSIONI F La separazione solido liquido con decanter preceduta da un trattamento con PAM (C-2260) ha consentito ridotti incrementi dell efficienza di separazione dell N tot e del P tot, soprattutto nel caso delle prove condotte con il liquame suino codigerito Scelta della dose e tipo di additivo in relazione alle caratteristiche (es., ph, contenuto in ST) del liquame da trattare e dalla tipologia di separatore utilizzato 15

16 CONCLUSIONI La separazione solido liquido sembra essere una tecnica valida per ottimizzare la gestione dei liquami codigeriti Le tecnologie attualmente disponibili non sono risultate sufficientemente affidabili Frequenti fermo macchina dei separatori, dovuti principalmente al fatto che questi ultimi non sono progettati per il funzionamento in continuo (così come invece necessario presso gli impianti di digestione anaerobica) F sviluppo e messa a punto di sistemi di separazione appositamente studiati per questa tipologia di refluo GRAZIE PER L ATTENZIONE Per ulteriori informazioni: Elio Dinuccio Tel elio.dinuccio@unito.it 16