ST01 Tecniche di alimentazione

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1 ST01 Tecniche di alimentazione Obiettivo della tecnologia Gli obiettivi di questa tecnica possono essere sintetizzi in: riduzione del contenuto in nutrienti delle deiezioni; riduzione del volume di liquami prodotti; riduzione delle perdite e degli sprechi di alimento e di acqua. Tipologia di trattamento: Riduzione dei volumi e dei quantitativi di azoto prodotti Reflui da trattare: liquido palabile liquame bovino liquame suino Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: Viene classificata come BAT Avvertenze controindicazioni La tecnica deve essere adottata con adeguato supporto tecnico per non influenzare negativamente il risultato produttivo aziendale.

2 1. Caratteristiche operative In termini generali, riducendo di un punto percentuale il contenuto in proteine della razione alimentare, si ottiene una riduzione del 10% dell azoto escreto con le deiezioni. 2. Principio di funzionamento La quantità di azoto che viene escreto dagli animali è in relazione a quello ingerito e alla utilizzazione da parte dell animale. Una razione che consenta di mantenere le produzioni desiderate riducendo al contempo le quantità di azoto fornite, consentirà di contenere l azoto escreto. La riduzione del volume delle deiezioni viene ottenuta mediante la riduzione degli sprechi idrici e mediante la riduzione delle superfici che raccolgono acqua piovana che poi viene convogliata negli stoccaggi. 3. Schema di installazione L applicazione della tecnica è un intervento gestionale che richiede la valutazione con l alimentarista dei possibili interventi di riduzione delle proteine (ed eventualmente del fosforo). Le riduzioni degli sprechi idrici si possono ottenere con una adeguata gestione e manutenzione delle attrezzature. La riduzione delle superfici che raccolgono acque può essere ottenuta limitando l uso da parte degli animali dei paddock esterni, mettendo al contempo in atto sistemi per non convogliare le acque chiare negli stoccaggi. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi I risultati delle tecniche per la riduzione dell azoto con l alimentazione risentono delle modalità di alimentazione attuate. L intervento non è necessariamente oneroso, in quanto prevede la razionalizzazione dell alimentazione. Se si prevede l utilizzo di additivi, è necessario considerare il loro costo, difficilmente quantificabile se non nell applicazione specifica. 5. Considerazioni operative Il raggiungimento di questi obiettivi richiede la revisione delle scelte alimentari aziendali e l adozione di impiantistica in grado di assicurare la completa utilizzazione degli alimenti e dell acqua. L uso in questo senso di sistemi di alimentazione che consentano il dosaggio e la registrazione delle quantità di alimento fornite agli animali (singolarmente o in gruppi) consente di programmare le quantità in relazione agli effettivi fabbisogni e, di conseguenza ridurre gli sprechi.

3 ST02 Riduzione del volume dell effluente prodotto mediante l uso di tecniche stabulative e gestionali Obiettivo della tecnologia Limitare la diluizione dell effluente per migliorare la gestione e agevolare la gestione dell azoto Tipologia di trattamento: Riduzione del volume di effluente Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: è una BAT Avvertenze controindicazioni E necessario effettuare una attenta analisi dell allevamento ai fini di individuare le fasi critiche e intervenire sulle effettive priorità

4 1. Caratteristiche operative La tecnica non influenza direttamente il contenuto di azoto degli effluenti, ma migliora le modalità gestionali. 2. Principio di funzionamento La quantità di liquami prodotti da un allevamento è in relazione con il peso vivo allevato, le categorie di animali presenti, l alimentazione, le acque di diluizione, la quantità di lettiera utilizzata. I vantaggi della riduzione della diluizione dei liquami possono essere sintetizzati in: - minori volumi da trasferire e distribuire in campo; - miglior efficienza dei trattamenti di separazione solido-liquido; - minori volumi delle vasche di stoccaggio. 3. Schema di installazione L adozione di questa tecnica prevede sia interventi strutturali sia interventi gestionali. Le più rilevanti soluzioni strutturali sono: - riduzione delle superfici scoperte - introduzione di sistemi antispreco per l abbeverata - realizzazione di sistemi di stabulazione che non richiedono uso di acqua per la rimozione delle deiezioni - recupero e riutilizzo delle acque di lavaggio degli impianti Dal punto di vista gestionale, il principale aspetto riguarda la manutenzione delle attrezzature per la distribuzione dell acqua e di abbeverata. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Le diverse soluzioni adottate possono portare a riduzione significativa dei volumi di liquami prodotti. A esempio, l eliminazione di un paddock esterno per 100 vacche in lattazione dimensionato con 10 m 2.capo -1 consente di passare da una produzione di liquame di 2800 m 3 a una produzione di 1980 m 3 con una riduzione del 30%. Conseguentemente si riducono i costi di stoccaggio e gestione degli effluenti nella fase di distribuzione. Per gli allevamenti di suini si riporta a titolo di esempio, le differenze che si possono ottenere nei volumi di liquame prodotti in relazione alla tipologia di stabulazione utilizzata. 400' '000 liquame prodotto (m 3 per anno) 300' ' ' ' '000 elevato uso di acqua per la rimozione 50'000 limitato uso di acqua per la rimozione '000 1'500 2'000 2'500 3'000 3'500 4'000 4'500 5'000 peso vivo (t) 5. Considerazioni operative

5 La valutazione degli interventi deve tener conto delle possibilità di intervento effettivamente adottabili nell allevamento e dell efficacia degli interventi in relazione ai consumi idrici complessivi. A questo proposito risulta utile un analisi preliminare anche mediante la registrazione dell utilizzo dell acqua nell allevamento in diversi periodi dell anno in modo da valutare quali sono le attività che contribuiscono maggiormente all incremento di volume dei liquami.

6 ST03 Gestione dell azoto negli stoccaggi Obiettivo della tecnologia Ridurre le perdite di azoto contenuto negli effluenti durante la fase di stoccaggio Tipologia di trattamento: Tecnologia conservativa Reflui da trattare: liquido palabile liquame bovino liquame suino Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: è classificata BAT Avvertenze controindicazioni Alcune soluzioni, come la copertura degli stoccaggi, può creare problemi gestionali se l effluente non è stato preventivamente sottoposto a separazione solido-liquido. La riduzione delle perdite di azoto dagli stoccaggi di materiale palabile è molto limitata in quanto richiederebbe tecniche di raccolta e filtraggio dell aria poco sostenibili.

7 1. Caratteristiche operative La riduzione delle perdite di azoto che è possibile ottenere varia in relazione alla soluzione adottata. La copertura delle vasche con coperture rigide o flessibili riduce le emissioni di ammoniaca da questa fase della gestione del 75-85%. L utilizzo di crostone naturale o materiali galleggianti consente una riduzione dell azoto perso del 35-45%. La riduzione del volume di liquame deriva dall allontamento dell acqua piovana dalla vasca stessa e dipende dalla geometria della vasca. Per vasche a pareti verticali e con altezza utile di 3 m la riduzione del volume è del 10-15%. 2. Principio di funzionamento L emissione di azoto in forma ammoniacale dalle vasche di stoccaggio è proporzionale alla concentrazione di azoto nella massa liquida, dalla temperatura e dalla velocità dell aria sopra il pelo libero. E inoltre influenzata dal ph. La copertura delle vasche consente di ridurre drasticamente le emissioni di ammoniaca grazie alla limitazione del ricambio dell aria. 3. Schema di installazione L utilizzo di coperture rigide realizzate con pannelli di calcestruzzo prefabbricati o con lastre in fibra di vetro deve essere previsto al momento della realizzazione dello stoccaggio in quanto risulta difficile la posa in tempi successivi. La realizzazione di coperture flessibili con struttura a tenda nelle vasche circolari prevede una piantana centrale e travi disposte a raggiera in modo da sostenere un telo in materiale plastico (a esempio polietilene) eventualmente rinforzati da telatura, adeguatamente fissati al bordo della vasca. Vasca con coperture flessibili sostenute da struttura a tenda. Le coperture rigide e flessibili devono essere dotate di opportune aperture per la fuoriuscita dei gas (alcuni dei quali tossici) che si formano durante lo stoccaggio. Questo tipo di copertura è adatto sia al contenimento delle emissioni sia all allontanamento dell acqua piovana. Le coperture galleggianti sono finalizzate al contenimento degli odori e delle emissioni di gas. Alcune soluzioni possono consentire anche il recupero di biogas. La loro caratteristica è di non avere una struttura di supporto ma di appoggiare sulla superficie del liquame, muovendosi con essa. In questo modo si possono utilizzare materiali con bassa resistenza alla trazione o addirittura sfusi. Le soluzioni che utilizzano teli di materiale plastico possono prevedere un sistema per

8 l allontanamento dell acqua piovana, costituito da una pompa che preleva l acqua dal centro del telo e la porta verso l esterno. Questi teli devono essere dotati di aperture per la fuoriuscita dei gas e per l introduzione delle attrezzature. Possono essere ancorati al bordo della vasca o sostenuti da supporti galleggianti. Schema di una vasca con copertura galleggiante e rimozione dell acqua meteorica. E stato proposto anche l utilizzo di materiale galleggiante come paglia, argilla espansa, pellet di materiale plastico, olio. Questi materiali sono sicuramente efficaci nel contenimento delle emissioni, ma pongono alcuni problemi di tipo gestionale e richiedono un rinnovo frequente. In alcuni casi si hanno anche fenomeni di degradazione e putrefazione. Inoltre, non sono adatti a contenitori di superficie elevata perché soggetti a spostamento e accumulo per azione del vento, Infine, non hanno nessun effetto sull allontanamento dell acqua piovana. Alla stessa categoria appartiene anche la formazione della crosta naturale nelle vasche di stoccaggio. Questo fenomeno è più frequente con liquame bovino ricco di materiale fibroso e in cui sono presenti residui di alimento e lettiera. La crosta risulta efficace nel contenimento delle emissioni di ammoniaca e degli odori, ma deve essere garantita la copertura completa della superficie. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi La copertura degli stoccaggi viene considerata troppo onerosa per i soli fini della conservazione dell azoto, ma può essere prevista nei nuovi stoccaggi soprattutto quando si vuole ottenere acneh una efficace riduzione delle emissioni odorose. La copertura degli stoccaggi può essere abbinata a una separazione dei solidi grossolani che consente di eliminare le formazioni di crostoni e riduce significativamente la necessità di miscelazione. 5. Considerazioni operative Le operazioni di miscelazione possono portare a un notevole rilascio in aria di azoto in forma ammoniacale. Pertanto è opportuno effettuare la miscelazione solo quando necessario (prima delle distribuzioni).

9 ST04 -Vagli rotativi Obiettivo della tecnologia Separare i solidi di dimensioni maggiori (grossolani) presenti nei liquami e ottenere una frazione palabile che può essere utilizzata sui terreni, esportata o destinata a compostaggio. Migliora la gestione dei liquami (riduzione di croste e sedimenti) che possono essere utilizzati per il flushing. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: BAT se gestito correttamente Avvertenze controindicazioni Questa attrezzatura non è adatta a liquami con basso contenuto in solidi grossolani. L uso per la rimozione dei solidi da liquami bovini deve essere valutato attentamente per i rischi di intasamento della superficie filtrante.

10 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sui liquami suini sono orientativamente le seguenti: liquame bovino liquame suino liquido palabile liquido palabile % % % % Volume Solidi Azoto Fosforo Il palabile che si ottiene ha un contenuto in solidi del 18-20%. 2. Principio di funzionamento Il liquame viene convogliato all interno di un tamburo cilindrico o tronco-conico la cui superficie è costituita da una rete con maglie di acciaio inossidabile con fori generalmente da 0,8 a 2,0 mm. Il movimento rotativo consente la fuoriuscita della parte liquida dal tamburo verso la zona sottostante dove viene raccolto e inviato all uscita. I solidi che non riescono ad attraversare le maglie vengono progressivamente portati verso l estremità opposta all ingresso fino a fuoriuscire dal tamburo per gravità. ingresso liquame vaglio rotante uscita liquido uscita palabile 3. Schema di installazione Lo schema di installazione è quello riportato per le attrezzature per la separazione dei solidi grossolani nella scheda SO-01 a cui si rimanda. (mettere link) 4. Prestazioni in condizioni operative e costi I separatori rotativi (che possono essere chiamati anche rototovagli o rotostacci) vengono generalmente utilizzati per la rimozione della parte più grossalana dei solidi per evitare intasamenti nelle successive operazioni di pompaggio dei liquami. Non vengono consigliati quando si vuole ottenere una separazione meccanica dei solidi per destinarli al trasporto delle eccedenza al di fuori dell azienda o per il compostaggio. I costi orientativi sono attribuibili per buona parte all ammortamento, ma sono contenuti sotto gli 0,5 euro per metro cubo di liquame trattato.

11 Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative Queste attrezzature vengono spesso utilizzate come primo stadio di separazione negli impianti per la rimozione dell azoto in quanto riducono efficacemente la frazione più grossolana a costi contenuti.

12 ST05 - Vibrovagli Obiettivo della tecnologia Separare i solidi presenti nei liquami e ottenere una frazione palabile che può essere utilizzata sui terreni, esportata o destinata a compostaggio. Migliora la gestione dei liquami (riduzione di croste e sedimenti) che possono essere utilizzati per il flushing. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: BAT se gestito correttamente Avvertenze controindicazioni Per tenori di sostanza secca superiori all 8% si possono verificare fenomeni di intasamento.

13 1. Caratteristiche operative La scarsa diffusione di questa attrezzatura non consente di fornire caratteristiche operative lombarde. I rendimenti di rimozione sono in genere simili a quelli dei vagli rotativi, ma l efficienza varia molto a seconda della dimensione delle maglie utilizzate e si possono ottenere efficienze di separazione dei solidi fino al 70% e simili rendimenti si ottengono per quanto riguarda la separazione della sostanza organica. La separazione dell azoto nella parte palabile varia da valori intorno al 5% con maglie di 0,5 mm al 50% se si utilizzano maglie di 0.1 mm. Il solido separato ha generalmente una percentuale di solidi che al massimo può arrivare al 21% ed è quindi palabile e stoccabile su una platea per il successivo impiego in agricoltura o invio a successivi trattamenti aggiuntivi (compostaggio). Generalmente la potenza installata è intorno ai 2-3 kw. 2. Principio di funzionamento La separazione avviene immettendo il liquame da trattare sopra la tela del vaglio. Il movimento vibratorio del setaccio fa sì che le particelle di sostanza secca si dirigano verso la periferia della tela vagliante mentre il liquido passa attraverso e maglie. Un vibrovaglio può essere composto da uno o più (fino a quattro) stadi di vagliatura posti in serie, comandati da un motore elettrico che garantisce il movimento vibratorio. Un braccio eccentrico (regolabile) dotato di pesi controlla il movimento dei setacci. La regolazione del braccio (cambiamento dei pesi o loro disposizione) permette di variare la frequenza di vibrazione modificando il movimento orizzontale, verticale od oscillante. 3. Schema di installazione Lo schema di installazione è quello riportato per le attrezzature per la separazione dei solidi grossolani nella scheda SO-01 a cui si rimanda. (mettere link) 4. Prestazioni in condizioni operative e costi L efficienza di separazione è grandemente influenzata dal tenore di solidi del liquame in ingresso, dalle dimensioni dei fori del vaglio e dalla portata di liquame in ingresso. Nel grafico sottostante viene riportato l andamento dell efficienza di separazione in base al tenore di solidi del liquame in ingresso. Si possono ottenere efficienze di separazione dei solidi fino al 70% e simili rendimenti si ottengono per quanto riguarda la separazione della sostanza organica. Il solido separato ha generalmente una percentuale di solidi che al massimo può arrivare al 21% ed è quindi palabile e stoccabile su una

14 platea per il successivo impiego in agricoltura o invio a successivi trattamenti aggiuntivi (compostaggio). Nel considerare l operatività della macchina non va sottovalutata la necessità di lavare due volte al giorno le superfici vaglianti in modo da mantenere una perfetta efficienza di separazione. Tale operazione viene generalmente svolta in automatico. I consumi elettrici sono abbastanza contenuti (considerando portate medie). I costi orientativi sono legati al costo di acquisto e alla gestione più onerosa rispetto ai rotovagli anche in termini di manutenzione. Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative Questo tipo di separatore non viene normalmente utilizzato nelle condizioni operative aziendali in quanto è più costoso e richiede più manutenzione a parità di efficienza di separazione. Risulta però interessante il suo utilizzo con liquame che ha già subito un trattamento, come a esempio la digestione anaerobica, dove si vogliano rimuovere con un sistema meccanico i solidi sia grossolani sia fini con un unico dispositivo.

15 ST06 Separatori a rulli controrotanti Obiettivo della tecnologia Separare i solidi presenti nei liquami e ottenere una frazione palabile che può essere utilizzata sui terreni, esportata o destinata a compostaggio. Migliora la gestione dei liquami (riduzione di croste e sedimenti) che possono essere utilizzati per il flushing. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: BAT se gestito correttamente Avvertenze controindicazioni La macchina è indicata particolarmente per liquami con tenore di solido secco medio-elevato (bovini).

16 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sono orientativamente le seguenti: liquame bovino liquame suino liquido palabile liquido palabile % % % % Volume Solidi Azoto Fosforo Il palabile che si ottiene ha un contenuto in solidi del 25-30%. 2. Principio di funzionamento La separazione avviene facendo passare in continuo il liquame attraverso la maglie di un cilindro rotante. Il sistema è dotato di rulli pressori in gomma esterni e contro rulli interni che comprimono il liquame in ingresso e contribuiscono a disidratare la frazione solida che è rimasta sulla superficie esterna del vaglio. Questa viene poi rimossa per gravità dalla superficie con l aiuto di una lama fissa che sfiora la superficie laterale del cilindro. Vaglio rotativo Solido Liquame fresco Chiarificato 3. Schema di installazione Lo schema di installazione è quello riportato per le attrezzature per la separazione dei solidi grossolani nella scheda SO-01 a cui si rimanda. (mettere link) 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Come in altri sistemi di separazione meccanica, l efficienza di separazione è grandemente influenzata dal tenore di solidi del liquame in ingresso, dalle dimensioni dei fori del vaglio e dalla portata di liquame in ingresso. Il solido separato ha una percentuale di solidi che al massimo può arrivare, nel caso di liquami più concentrati come quelli bovini, fino al 30% ed è quindi palabile e stoccabile su una platea per il successivo impiego in agricoltura o invio a successivi trattamenti aggiuntivi (compostaggio). Il funzionamento della macchina risulta ottimizzato se si prevede un lavaggio periodico della superficie filtrante. La maggior parte delle attrezzature eseguono automaticamente il ciclo di lavaggio alla fine di ogni utilizzazione.

17 I costi di gestione sono contenuti (intorno a 0,3 euro per metro cubo di liquame trattato) e la quota più significativa del costo totale risulta l ammortamento del separatore e delle opere accessorie necessarie alla sua installazione. Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative Il separatore a rulli controrotanti trova il suo utilizzo principale nel trattamento dei liquami bovini mentre in quelli di suini non fornisce prestazioni particolarmente elevate. L attrezzatura richiede una manutenzione periodica per evitare malfunzionamenti superiore a quella di altri separatori. Inoltre ha un consumo energetico superiore, a parità di efficienza degli altri separatori meccanici.

18 ST07 Separatori a vite elicoidale Obiettivo della tecnologia Separare i solidi presenti nei liquami e ottenere una frazione palabile che può essere utilizzata sui terreni, esportata o destinata a compostaggio. Migliora la gestione dei liquami (riduzione di croste e sedimenti) che possono essere utilizzati per il flushing. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: BAT se gestito correttamente Avvertenze controindicazioni I rendimenti di rimozione dipendono dal contenuto in solidi del liquame in ingresso

19 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sono orientativamente le seguenti: liquame bovino liquame suino liquido palabile liquido palabile % % % % Volume Solidi Azoto Fosforo Il palabile che si ottiene ha un contenuto in solidi del 25-30%. Le potenze installate sono variabili tra 4 e 12 kw. 2. Principio di funzionamento Il liquame viene compresso da una coclea in un vaglio cilindrico, costituito da barre di acciaio; la frazione liquida passa attraverso le fessure del vaglio e la frazione solida viene compressa dalla coclea verso una la parte terminale da cui fuoriesce. Il grado di compressione viene regolato sulla base delle caratteristiche del liquame in genere tramite un contrappeso. 3. Schema di installazione Lo schema di installazione è quello riportato per le attrezzature per la separazione dei solidi grossolani nella scheda SO-01 a cui si rimanda. (mettere link) 4. Prestazioni in condizioni operative e costi I separatori a vite elicoidale hanno portate elevate (fino a 40 m 3 h -1 ) e, di conseguenza il tempo di funzionamento giornaliero è limitato anche per allevamenti che producono elevate quantità di effluente. Con volumi di m 3 anno -1 il tempo di funzionamento è di 2 ore alla massima portata. La portata diminuisce in relazione al grado di separazione (regolazione della compressione). Come conseguenza la frazione palabile prodotta ha un minore umidità. Peraltro i rendimenti di separazione rimangono sostanzialmente analoghi. Di contro, l efficienza varia sensibilmente in relazione al contenuto in solidi nel liquame in ingresso. I costi di gestione sono limitati date le elevate portate di queste apparecchiature che ne limitano il funzionamento a poche ora al giorno anche in aziende di grandi dimensioni.

20 Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative La quantità di azoto complessivamente disponibile non viene modificata, ma la frazione palabile può essere trasferita al di fuori dell azienda previo stoccaggio aziendale su platea o compostaggio. Nella gestione aziendale, la separazione consente di razionalizzare la gestione distribuendo la frazione palabile nelle zone più distanti mentre la frazione liquida può essere gestita più agevolmente anche con sistemi di trasporto in condotte. La riduzione di volume dei liquidi che si ottiene è in genere modesta. Può diventare significativa (>10%) solo nel caso si utilizzi del liquame bovino con un contenuto di solidi rilevante (>5%). L efficienza di separazione dipende anche dalla dimensione delle maglie che varia da 0.25 a 1.00 mm. Anche le quantità di azoto separate risultano in condizioni operative generalmente non particolarmente rilevanti (15%). Pertanto l attrezzatura può essere utilizzata vantaggiosamente per motivi gestionali, ma difficilmente consente di affrontare situazioni in cui si riscontra un eccedenza dell azoto prodotto se non di entità particolarmente contenute. In ogni caso, la riduzione effettiva dell azoto si ottiene solo con la cessione ad altre aziende della frazione solida separata.

21 ST08 Separatori centrifughi Obiettivo della tecnologia Separazione spinta della frazione solida dei liquami o dei fanghi derivanti da un trattamento. La finalità è in genere quella di rimuovere la parte liquida in modo da migliorare la gestione del palabile. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido dei solidi grossolani e fini Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: BAT se gestito correttamente Avvertenze controindicazioni Questa attrezzatura ha elevati richieste di manutenzione e non è adatta alla separazione di liquame tal quale.

22 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sono orientativamente le seguenti: liquame bovino liquame suino liquido palabile liquido palabile % % % % Volume Solidi Azoto Fosforo Il palabile che si ottiene ha un contenuto in solidi del 20-40%. 2. Principio di funzionamento La separazione avviene all interno del tamburo cilindrico orizzontale della macchina per l azione di una coclea. Il liquame entra nel tamburo attraverso un distributore e viene gradatamente accelerato in modo da impartire al fluido la forza centrifuga necessaria affinché avvenga la separazione tra la fase liquida e quella solida. La coclea ruota nella stessa direzione del tamburo, ma a una velocità differente, in modo tale da indirizzare i solidi verso l estremità conica del tamburo. Distributore liquame Ingresso liquame Frazione liquida Estremità conica Frazione solida 3. Schema di installazione Lo schema di installazione è quello riportato per le attrezzature per la separazione dei solidi grossolani e fini nella scheda SO-02 a cui si rimanda. (mettere link) E possibile prevedere l installazione di un separatore centrifugo come secondo stadio dopo un addensamento e separazione ottenuta a esempio con un flottatore o un sedimentatore. L attrezzatura viene utilizzata anche per addensare i fanghi prodotti da trattamenti biologici. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi I separatori centrifughi possono avere portate elevate (fino a oltre 200 m 3 h -1 ) e, di conseguenza, il tempo di funzionamento giornaliero è limitato anche per allevamenti che producono elevate quantità di effluente. Per la macchina più piccola (5 m 3 h -1 ) con volumi di m 3 anno -1 il tempo di funzionamento è di circa 16 ore alla massima portata. La portata diminuisce in relazione al grado di separazione. Come conseguenza la frazione palabile prodotta ha un minore umidità. Peraltro i rendimenti di separazione rimangono sostanzialmente analoghi. Di contro, l efficienza varia sensibilmente in relazione al contenuto in solidi nel liquame in ingresso. I costi sia di esercizio, sia di gestione sono più elevati rispetto a altri separatori meccanici.

23 Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative L uso di flocculanti può essere previsto per aumentare le efficienze di rimozione, ma anche i costi risultano più elevati. Le centrifughe vengono spesso utilizzate per la disidratazione dei fanghi e per la rimozione del fosforo in impianti per il trattamento biologico dei liquami.

24 ST09 - Nastropresse Obiettivo della tecnologia Rimuovere i solidi fini riducendo il volume di liquami o fanghi. Tipologia di trattamento: Separazione dei solidi fini Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: BAT se gestito correttamente Avvertenze controindicazioni Costi elevati. Capacità di trattamento non elevate.

25 1. Caratteristiche operative Le nastro presse sono in grado di separare il 50-70% dei solidi presenti nel liquame in ingresso. Nella frazione separata si ritrova anche il 25-35% dell azoto e il 60-80% dell azoto. Il prodotto separato è un palabile con un tenore di sostanza secca del 20-30%. 2. Principio di funzionamento E una apparecchiatura che lavora in continuo, costituita da due bande di tela filtrante messe in moto da una seri di rulli. La distanza tra le due serie di rulli, relativamente grande nella zona di alimentazione si va sempre più riducendo, in maniera da obbligare il liquido ad attraversare la tela filtrante. Alla fine del percorso il solido cade, aiutato da una apposita lama che ne facilita il distacco dalla tela. Quindi viene raccolto e successivamente smaltito. I due teli tubolari convergono trascinati dai rulli e comprimono il fango tra essi interposto. Il fango ed il polielettrolita (eventuale) in precedenza addizionato vengono pompati nella zona di carico del nastro pressa. La bandella (2) distribuisce il fango, assicurando uno strato uniforme su tutta la larghezza dei teli. Il fango flocculato perde nella zona (3), zona a gravità, il maggior quantitativo di acqua per semplice drenaggio naturale. Dopo la zona a scivolo, al punto di rinvio (4) il pannello viene ribaltato e rompendosi viene facilitata l espulsione di ulteriore acqua. Nella zona a cuneo (5) il telo inferiore e quello superiore si avvicinano progressivamente e consentono di applicare una leggera pressione al fango, che viene così preparato ad entrare nella zona (7) di pressione alternata costituita da rulli di diametro decrescente, di cui i primi due (6) forati. In questa fase il fango subisce pressioni importanti e crescenti, assieme ad uno scorrimento interno tra i vari strati elementari assicurando la massima espulsione di acqua. All uscita della macchina (8) il fango viene staccato dai teli tramite appositi raschiàteli ed opportunamente evacuato. I teli vengono successivamente lavati ad alta pressione da speciali rampe di ugelli (9). Il centraggio dei teli viene assicurato da appositi gruppi pneumatici provvisti di sensori. La tensionatura teli è applicata dai cilindri pneumatici (12). 3. Schema di installazione Le nastropresse vengono di solito installate a valle di un trattamento preventivo dei liquami, come riportato nello schema di installazione per la separazione dei solidi grossolani e fini nella scheda

26 SO-02 a cui si rimanda. (mettere link). Un frequente utilizzo delle nastro presse riguarda la disidratazione dei fanghi biologici derivanti da un trattamento di rimozione biologica dell azoto vedi scheda SO-04 e ST-19) (mettere link). 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Con nastri di larghezza compresa tra 0,8 m e 2,5 m, si raggiungono lavorazioni di 3 m 3 h m 3 h -1 di fango liquido, e si ottiene un residuo con contenuto in solido variabile dal 20% fino al 70%. Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative È di solito necessario l impiego di polielettrolita. La concentrazione del refluo in ingresso alla nastro pressa deve avere un tenore di solidi non inferiore al 3%. -1 La velocità della tela: m 3 h Flusso specifico (2-8 m 3 m -1 di tela) Per i lavaggi della tela è necessario impiegare acqua a una pressione di kpa.

27 ST10 Separazione per flottazione Obiettivo della tecnologia Rimuovere i solidi fini e quindi il carico organico dai liquami per successivamente avviarli a un trattamento biologico. Si può inoltre compiere una separazione selettiva ricorrendo ad additivi chimici (agenti flocculanti) specifici. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido dei solidi fini Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile * Fosforo da liquido a palabile * Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi * il separato è un addensato non palabile Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: attualmente non rientra tra le BAT Avvertenze controindicazioni Necessità di una separazione di solidi grossolani a monte (vagli rotativi). La frazione separata non è palabile.

28 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sono orientativamente del 30-40% per l azoto e 70-90% per il fosforo. I solidi separati sono il 70-90% di quelli in ingresso. Questi risultati si ottengono con l utilizzo di flocculanti. Il fango flottato che viene allontanato con il raschiatore può avere, a seconda dell efficienza del processo, un tenore di solido secco compreso tra il 3 e l 8%. 2. Principio di funzionamento La flottazione è un processo nel quale la separazione avviene per gravità: le particelle di solido vengono separate per azione di bolle di aria o di gas che vengono insufflati nel liquame. Grazie all azione di particolari agenti chimici (flocculanti) le particelle di solido rimangono attaccate alle bolle d aria che, essendo più leggere del liquame, tendono ad affiorare in superficie trasportando con sé le particelle di solido. Le tipologie di processo di distinguono in base al sistema di produzione delle bolle nel liquame. La tipologia più diffusa è quella DAF (Dissolved Air Flotation). In questo sistema l aria viene immessa nella vasca con una certa pressione. Con il diminuire della pressione fino al valore atmosferico si ha la formazione delle bolle di aria. Le particelle di solido che vengono trascinate dalle bolle arrivano in superficie dove vengono allontanate per mezzo di un raschiatore a catena. Di norma vengono utilizzati agenti flocculanti per aumentare l efficienza di separazione. Nastro sfioratore liquame chiarificato uscita fango Ingresso liquame miscelato a aria e flocculante 3. Schema di installazione Un trattamento di flottazione deve prevedere a monte un trattamento di separazione dei solidi grossolani. L effluente chiarificato dal flottatore può essere avviato a successivi trattamenti o utilizzato agronomicamente. L addensato richiede comunque una stabilizzazione. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Date le caratteristiche del fango flottato, questo processo si configura come particolarmente indicato a essere la prima fase in un impianto che debba digerire anaerobicamente liquami a basso tenore di solido secco come quelli suini. Una fase di flottazione a monte della sezione di digestione anaerobica permette di diminuire i volumi di processo, ottimizzando quindi la gestione dei flussi. I costi del trattamento sono legati significativamente ai costi di gestione e all uso di additivi.

29 Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative Il trattamento di flottazione deve essere sempre inserito in un sistema di gestione che prevede altri trattamenti. Rispetto ad altri sistemi di rimozione dei solidi fini, risulta avere una elevata efficienza con una occupazione limitata di spazio e viene quindi preferito ai bacini di sedimentazione.

30 ST11 Sedimentazione per gravità Obiettivo della tecnologia Separare per decantazione a gravità una sospensione diluita di solidi in un fluido chiarificato e in un fango ad alta concentrazione di solidi. Tipologia di trattamento: Separazione dei solidi fini Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: viene considerata BAT Avvertenze controindicazioni Costi di installazione elevati. È un processo che solitamente costituisce la fase iniziale o finale di processi più complessi. Non è adatto ai liquami tal quali in particolare di bovini a causa della formazione di croste superficiali.

31 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sono orientativamente le seguenti: liquame suino liquido palabile % % Volume Solidi Azoto Fosforo L addensato che si ottiene ha un contenuto in solidi limitato (8-12%) e pertanto non è un palabile. Il fango ottenuto può essere avviato a un processo di disidratazione mediante centrifughe (ST08) o nastropresse (ST09). 2. Principio di funzionamento Separatore Dorr E un sedimentatore di forma circolare. Il liquame viene immesso al centro dell'apparecchiatura in un cassone di forma cilindrica di sezione piccola, confrontata con quella complessiva del sedimentatore. In questo modo l'acqua acquista una velocità elevata diretta verso il basso, trascinando con sé i solidi in essa contenuti. Superato il cassonetto cilindrico l'acqua cambia direzione e riduce drasticamente la sua velocità. In questo modo i solidi di maggiori dimensioni, dotati di una certa inerzia, non cambiano direzione con l'acqua, ma proseguono verso il fondo. Gli altri solidi continuano a sedimentare, agevolati dalla bassa velocità di trascinamento dell'acqua. L'acqua chiarificata raggiunge quindi la periferia del sedimentatore da dove esce per troppo pieno (stramazzo), tramite una apposita canaletta di raccolta. I solidi raccolti sul fondo formano uno strato di fanghi che deve essere gradualmente smaltito. Il sedimentatore è dotato di un sistema di pale raschia-fanghi, collegate ad un carro-ponte che, imperniato al centro dell'apparecchiatura, gira sul bordo della vasca trascinato da un motore elettrico. La particolare angolazione delle pale è tale che ad ogni giro i fanghi vengono spostati verso il centro ove è presente una tramoggia di scarico. Sedimentatore longitudinale Il sedimentatore longitudinale ha una geometria differente rispetto a quello circolare, ma caratteristiche analoghe. L ingresso del liquido avviene in maniera uniforme lungo il lato più corto.

32 Alcune tipologie di sedimentatori longitudinali sono dotate di un deflettore che, analogamente al cilindro presente nel sedimentatore Dorr, ha la funzione di impartire un elevata velocità di trascinamento diretta verso il basso. Superato il deflettore, il liquido cambia direzione mentre i solidi di maggiori dimensioni proseguono la loro discesa verso il basso e si raccolgono nella tramoggia di scarico dei fanghi. Successivamente si ha la sedimentazione dei solidi di minori dimensioni, dotati di velocità di sedimentazione inferiore. Anche in questo caso il sedimentatore è dotato di un carro-ponte che trascina un sistema di pale raschia-fanghi che convogliano i fanghi verso la tramoggia. Bacini di sedimentazione La sedimentazione può essere ottenuta anche in bacini di sedimentazione costituiti da strutture che fungono anche da stoccaggio per i liquami e per i fanghi che si depositano sul fondo e vengono periodicamente rimossi. In questo caso i volumi dei bacini devono essere tali da contenere al minimo il liquame prodotto in un mese. 3. Schema di installazione I sedimentatori sono utilizzati in genere come stadio di un trattamento più complesso e il loro inserimento dipende, quindi, dallo schema impiantistico generale. I bacini di sedimentazione, invece, possono ricevere i liquami tal quali (solo suini), anche se è preferibile rimuovere i solidi grossolani prima della immissione del liquame nelle vasche. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi L efficienza di separazione che si ottiene con questa tecnica può essere aumentata mediante l utilizzo di flocculanti che favorendo l aggregazione delle particelle solide migliorano e accelerano il processo di sedimentazione. I costi della sedimentazione dipendono dalla soluzione impiantistica utilizzata. I costi sono dovuti principalmente alle strutture. Le attrezzature sono limitate e i consumi energetici limitati. L uso di flocculanti può incidere significativamente sui costi. I costi che vengono qui riportati si riferiscono a bacini di sedimentazione senza l uso di flocculanti.

33 Costi orientativi liquame da trattare (m3 all'anno) ammortamento gestione euro per metro cubo trattato 5. Considerazioni operative La sedimentazione per gravità richiede la realizzazione di vasche di notevoli dimensioni. Spesso, si preferisce usare un sistema di flottazione (ST10) che in uno spazio contenuto consente di ottenere risultati in termini di efficienza di separazione analoghi o superiori.

34 ST12 Stabilizzazione aerobica Obiettivo della tecnologia Ridurre la formazioni di odori mediante una degradazione della sostanza organica mediante ossigenazione Tipologia di trattamento: Trattamento biologico Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: L areazione continua Non è considerata una BAT Avvertenze controindicazioni La stabilizzazione aerobica può comportare un aumento delle emissioni in aria di azoto in forma ammoniacale.

35 1. Caratteristiche operative La stabilizzazione aerobica viene utilizzata per la riduzione degli odori e per rendere più stabili liquami grazie alla mineralizzazione della sostanza organica. Al tempo stesso, si riduce il contenuto di solidi. La conseguenza è che l azoto organico viene mineralizzato alla forma ammoniacale. In genere la quantità di ossigeno utilizzata non consente il successivo passaggio alla forma nitritica e, pertanto, l ammoniaca tende a volatilizzare. Le perdite di azoto per volatilizzazione possono essere superiori al 50% principalmente nella forma ammoniacale. Per tale motivo questa tecnica è sconsigliata. 2. Principio di funzionamento La stabilizzazione anaerobica prevede l insufflazione di aria nella massa di liquame in modo da favorire i processi biologici di degradazione della sostanza organica. I microorganismi aerobici presenti nel liquame attaccano rapidamente una parte della sostanza organica, quella più facilmente degradabile, limitando la formazione di composti maleodoranti. 3. Schema di installazione La vasca di ossigenazione deve avere un tempo di ritenzione che va da pochi giorni (4-5) a circa un mese a seconda dell intensità dell areazione. La quantità di ossigeno necessario al processo dipende dal contenuto in solidi e, quindi, è consigliabile prevedere una separazione solido-liquida del liquame in ingresso. Il processo può avvenire anche senza l insufflazione di ossigeno mediante lo stoccaggio dei liquami in bacini con profondità massima di 1,5 m dove, grazie ai fenomeni di diffusione dell aria nella massa liquida, si instaura il processo di ossidazione. I tempi di ritenzione, in questo caso sono elevati e le superfici necessarie spesso improponibili. La raccolta dell acqua piovana che ne consegue e le emissioni di ammoniaca legate alla superficie esposta ne rendono impraticabile l utilizzo. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Il processo è fortemente condizionato dalla temperatura e dalla quantità di aria insufflata. In condizioni operative si può considerare che una stabilizzazione finalizzata a una riduzione parziale della sostanza organica possa avere un costo intorno a un euro per metro cubo di liquame trattato. Trattamenti più energici possono portare i costi a 2-3 euro per metro cubo. 5. Considerazioni operative Il trattamento aerobico non è accettabile dal punto di vista delle emissioni in aria e, pertanto non ne è consigliato l utilizzo finalizzato alla stabilizzazione degli effluenti.

36 ST13 - Omogeneizzazione Obiettivo della tecnologia Ottenere una composizione uniforme dei liquami Tipologia di trattamento: Omogeneizzazione Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: è considerata positivamente ma deve essere limitata allo stretto necessario per evitare emissioni in aria. Avvertenze controindicazioni La necessità di miscelazione può essere notevolmente ridotta da un preventivo trattamento di separazione dei solidi.

37 1. Caratteristiche operative Il liquame nelle vasche di stoccaggio tende a sedimentare. Pertanto al fine di ottenere un prodotto omogeneo in fase di distribuzione o per garantire lo svuotamento delle fosse, è opportuno prevedere sistemi di miscelazione. La miscelazione è un operazione essenziale per consentire una distribuzione uniforme di liquame in relazione al suo contenuto di nutrienti. 2. Principio di funzionamento La miscelazione può essere effettuata con movimento idraulico del liquame stesso. In questo caso, se si trattano effluenti con residui di lettiera e di alimenti con elevato contenuto di solidi, pur rimanendo nei limiti della pompabilità, è necessario utilizzare attrezzature che siano in grado di sminuzzare le componenti più grossolane. Per questo si utilizzano delle pompe trituratrici, dotate cioè di un dispositivo con lama rotante e controlama fissa che garantisce una frammentazione delle componenti fibrose, evitando l intasamento della pompa centrifuga. La potenza necessaria in questi casi è elevata, raggiungendo anche i kw di potenza richiesta, e pertanto vengono in genere azionati dalla presa di potenza della trattrice che deve avere una potenza motore di circa un terzo superiore a quella richiesta. La miscelazione può essere effettuata meccanicamente con attrezzature che, pur di vario tipo, si basano tutte sul principio della movimentazione della massa mediante pale a elica ruotanti, montate all estremità di un braccio contenente l albero per la trasmissione del moto o applicate direttamente a un motore. Le diverse soluzioni consentono la miscelazione di vasche di diverso tipo, sia interrate che fuori terra e l azionamento tramite motore elettrico o mediante la presa di potenza della trattrice. 3. Schema di installazione Le attrezzature per la miscelazione posso essere mobili, in genere azionate dalla presa di potenza della trattrice, o fisse, azionate da un motore elettrico. 4. Prestazioni in condizioni operative e costi I tempi necessari per la miscelazione e i consumi energetici dipendono grandemente dalla tipologia di attrezzatura utilizzata e dalla forma e dimensione delle strutture di stoccaggio. In generale i costi per eseguire questo trattamento sono dell ordine dei centesimi di euro per metro cubo di liquame trattato. 5. Considerazioni operative E opportuno effettuare la miscelazione solo in concomitanza con le operazioni di distribuzione. La miscelazione agevola la movimentazione del liquame, favorisce lo svuotamento delle vasche e crea le condizioni favorevoli per un corretto campionamento dei liquami.

38 ST14 Trattamento anaerobico psicrofilo con recupero di biogas Obiettivo della tecnologia Processo anaerobico semplificato utilizzato per la stabilizzazione dei liquami zootecnici con il recupero di una limitata quantità di biogas e la conseguente produzione di energia elettrica. Tipologia di trattamento: Trattamento anaerobico per la valorizzazione energetica della sostanza organica contenuta nei reflui zootecnici. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: E una BAT. Avvertenze controindicazioni Data l assenza di sistemi di miscelazione è un trattamento indicato per i reflui molto diluiti (suini) che abbiano però subito un preliminare trattamento di separazione dei solidi grossolani (vagli rotativi) al fine di evitare fenomeni di sedimentazione e/o galleggiamento all interno del reattore.

39 1. Caratteristiche operative Il tipo di trattamento non prevede miscelazione o riscaldamento della massa di liquame e pertanto le produzioni di biogas che si ottengono sono limitate. Si possono considerare orientativamente potenze elettriche installate di kw per 100 t di peso vivo. 2. Principio di funzionamento Il processo di digestione anaerobica in psicrofilia avviene ad opera di batteri (psicrofili, appunto) attivi in un range di temperature compreso tra 5 e 25 C. Nella versione più semplificata del processo, i liquami, prevalentemente suini dato il loro basso tenore di solido secco, vengono pompati nel reattore non riscaldato e dotato di una copertura fissa che permette il recupero del gas sviluppatosi ad opera dell azione batterica. Nella maggioranza dei casi, soprattutto per gli allevamenti suini, il reattore sopra menzionato è il classico reattore con flusso a pistone (plug flow). Il suddetto digestore è solitamente realizzato secondo il rapporto 5:1 (lunghezza: larghezza). Si ovvia, infatti, alla mancanza di un agitazione meccanica imponendo al liquame un flusso (a pistone appunto) unidirezionale dal punto di ingresso nel reattore verso il punto di uscita. Si ammette che le particelle di sostanza organica contenute nel liquame entrino ed escano con la stessa sequenza dal reattore in completa assenza di miscelazione longitudinale cosicché il tempo teorico di ritenzione idraulica coincide con il tempo di passaggio e perciò la concentrazione di substrato è funzione del tempo e contemporaneamente dello spazio percorso nel reattore. Date le basse temperature di esercizio, sono necessari tempi di permanenza piuttosto lunghi (> 60 gg.) per ottenere produzioni di biogas accettabili. Una possibile variante del processo prevede l installazione di un sistema di riscaldamento che mantenga la temperatura costante all interno del reattore e non comporti quindi le ampie fluttuazioni della produzione di biogas dovute alle condizioni climatiche esterne. In questo caso i tempi di permanenza del liquame all interno del digestore si accorciano fino a 30 gg.

40 3. Schema di installazione biogas separatore solidi grossolani liquido dall allevamento palabile 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Questa tipologia di processo ha rese di conversione in biogas della sostanza organica molto basse. La percentuale di sostanza secca del refluo in ingresso non deve superare il 6%. I costi di realizzazione degli impianti sono contenuti e orientativamente stimabili in euro per ogni kw elettrico installato. La gestione dell impianto non richiede manodopera specializzata e la manutenzione è limitata sostanzialmente al cogeneratore. 5. Considerazioni operative Questa tipologia di impianto può essere utilizzata dove l energia prodotta può essere destinata all autoconsumo e dove la stabilizzazione del liquame e la riduzione degli odori siano un obiettivo per la gestione aziendale.

41 ST15 Trattamento anaerobico mesofilo con recupero di biogas Obiettivo della tecnologia Processo anaerobico utilizzato per convertire in energia elettrica e termica (cogenerazione) la sostanza organica contenuta nei liquami zootecnici. Lo scopo del processo è la riduzione di massa, la mineralizzazione delle componenti organiche maggiormente degradabili e la stabilizzazione. Tipologia di trattamento: Trattamento anaerobico per la valorizzazione energetica della sostanza organica contenuta nei reflui zootecnici. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: E una BAT. Avvertenze controindicazioni Per impianti di taglia piccola i costi fissi di investimento non sono trascurabili. È necessaria un accurata valutazione del refluo in ingresso (% SS) e dei tempi di permanenza, al fine di massimizzare le rese in biogas ed evitare fenomeni di intasamento del reattore.

42 1. Caratteristiche operative Le efficienze di produzione biogas che si possono ottenere sono orientativamente di 500 m 3 di biogas all anno per ogni tonnellata di peso vivo presente in allevamento, con una conseguente produzione di kwh elettrici a seconda dell efficienze del sistema di cogenerazione. Il processo viene condotto a una temperatura intorno ai C. 2. Principio di funzionamento Il processo di digestione anaerobica in mesofilia avviene ad opera di batteri attivi in un range di temperature compreso tra 35 e C. Il reattore impiegato nel caso di impianti semplificati privi di miscelazione è del tipo plug-flow ovvero con flusso a pistone. Il digestore è solitamente realizzato in calcestruzzo, coibentato sul fondo e sulle pareti laterali per minimizzare la dispersione termica. Il sistema di riscaldamento può essere interno oppure esterno con scambiatori di calore posti all esterno del fermentatore. Il refluo da trattare entra nella fase di digestione provenendo direttamente dalle stalle o da una prevasca di accumulo che funge da polmone. All interno del digestore si susseguono le quattro fasi del processo anaerobico. Il biogas che si forma all interno del reattore sale verso l alto e si accumula nella zona superiore del reattore, sopra il pelo libero della miscela. Da qui viene prelevato e, dopo essere stato desolforato biologicamente o chimicamente, esso viene alimentato al cogeneratore che produce energia elettrica e termica. L energia elettrica viene ceduta alla rete mentre l energia termica, detratta della quantità necessaria a mantenere il processo di fermentazione nelle sue condizioni ottimali, rimane a disposizione per eventuali utilizzi all interno dell azienda o per il teleriscaldamento. Il tempo di permanenza minimo consigliabile per i reflui zootecnici è di gg. 3. Schema di installazione L impianto viene alimentato dai liquami previa separazione dei solidi grossolani al fine di evitare problemi di sedimentazione e formazione di croste superficiali. La massa di liquame è riscaldata dall acqua calda prodotta dal cogeneratore.

43 biogas separatore solidi grossolani liquido allo stoccaggio dall allevamento palabile energia termica energia elettrica gruppo di cogenerazione 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Il processo mesofilo condotto in reattori semplificati privi di sistema di miscelazione riesce garantire rese in termini di produzione di biogas che sono superiori a quelle del processo psicrofilo di circa 25-30%. A seconda dei volumi di refluo da trattare (n di digestori) e della potenza installata del cogeneratore impiegato, il costo dell impianto varia tra i e i /m Considerazioni operative Questa soluzione impiantistica viene spesso utilizzata per la digestione anaerobica dei fanghi derivanti da una separazione effettuata con un flottatore o un sedimentatore, in impianti per la rimozione combinata di azoto e fosforo. Questo impianto non è adatto alla digestione anaerobica di biomasse con elevato tenore di solidi totali. Quindi non è possibile l aggiunta di materie vegetali per incrementare la produzione di biogas.

44 ST16 Trattamento anaerobico mesofilo/termofilo con biomassa aggiunta per la produzione di energia Obiettivo della tecnologia Processo anaerobico utilizzato per convertire in energia elettrica e termica (cogenerazione) la sostanza organica contenuta nei liquami zootecnici e delle biomasse. Lo scopo del processo è la riduzione di massa, la mineralizzazione delle componenti organiche maggiormente degradabili e la stabilizzazione nonché la valorizzazione energetica di biomasse organiche. Nel caso che il processo sia condotto in condizioni termofile, si ha, rispettando alcuni presupposti operativi, anche una igienizzazione dei substrati. Tipologia di trattamento: Trattamento anaerobico per la valorizzazione energetica della sostanza organica contenuta nei reflui zootecnici e nelle biomasse di origine vegetale e non. Reflui da trattare: liquido palabile liquame bovino liquame suino Grado di sviluppo della tecnologia Grado di diffusione sperimentale commerciale basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: E una BAT. Avvertenze controindicazioni L impiego di biomasse di diversa natura complica la gestione del processo a livello biologico e aumenta i consumi energetici dell impianto. Nel caso di processo termofilo, la reazione anaerobica è molto più sensibile alle minime variazioni della temperatura di processo, quindi necessita di maggiore attenzione.

45 1. Caratteristiche operative Le efficienze di produzione biogas che si possono ottenere sono orientativamente le seguenti: Substrato Caratteristiche fisiche e rese in biogas dei liquami zootecnici SS [%] di cui SV [%] resa in biogas [l N /kg SV] % CH 4 resa in CH 4 [l N /kg SV] N P 2 O 5 kg/ t ST Liquame bovino ,5 1,7 6,3 Liquame suino ,3 1,6 5,9 Stallatico ,2 8,8 Pollina secca senza paglia ,4 14,3 13,5 Il processo viene condotto a una temperatura intorno ai C nel caso del processo mesofilo, mentre viene condotto intorno ai 55 C nel caso di quello termofilo. K 2 O 2. Principio di funzionamento Il processo di digestione anaerobica in mesofilia avviene ad opera di batteri attivi in un range di temperature compreso tra 35 e C; il processo termofilo avviene ad opera di microrganismi attivi per temperature intorno ai 55 C. Il reattore impiegato nella maggioranza degli impianti realizzati è il classico reattore completamente miscelato (CSTR) cilindrico ad asse verticale dotato di sistemi di miscelazione, membrana di accumulo biogas integrata sul digestore o esterna. Il digestore è solitamente realizzato in cls, coibentato sul fondo e sulle pareti laterali per minimizzare la dispersione termica. Il sistema di riscaldamento può essere interno (con i tubi fissati alle pareti interne del digestore, oppure con i tubi direttamente annegati nel getto delle pareti) oppure esterno con scambiatori di calore posti all esterno del fermentatore. Il refluo da trattare entrano nella fase di digestione provenendo direttamente dalle stalle o da una prevasca di accumulo che funge da polmone. Le biomasse possono essere alimentate direttamente al digestore tramite appositi sistemi di caricamento (tramogge) dotati o no di sistemi di miscelazione e riduzione della pezzatura dei materiali.

46 In alcune configurazioni impiantistiche più complesse il caricamento delle biomasse e del liquame avviene in una prevasca preriscaldata (15-25 C) che dovrebbe svolgere la funzione di idrolizzatore/pre-acidificatore al fine di migliorare l efficienza di conversione in biogas delle successive fasi del processo anaerobico. Spesso in queste prevasche sono previsti anche sistemi di miscelazione/omogeneizzazione che devono sfibrare la biomasse in modo da renderla maggiormente digeribile. All interno del digestore si susseguono le quattro (o tre nel caso di idrolisi separata) fasi del processo anaerobico. Il biogas che si forma all interno del reattore sale verso l alto e si accumula nella zona superiore del reattore, sopra il pelo libero della miscela. Da qui viene prelevato e, dopo essere stato desolforato biologicamente o chimicamente, esso viene alimentato al cogeneratore che produce energia elettrica e termica. L energia elettrica viene ceduta alla rete mentre l energia termica, detratta della quantità necessaria a mantenere il processo di fermentazione nelle sue condizioni ottimali, rimane a disposizione per eventuali utilizzi all interno dell azienda o per il teleriscaldamento. Il tempo di permanenza minimo consigliabile per i reflui zootecnici è di 45 gg. Per quanto riguarda le biomasse, soprattutto quelle di origine vegetale, i tempi di permanenza per avere il massimo grado di conversione della sostanza organica dovrebbero aggirarsi intorno ai gg. In caso si compia una idrolisi e/o si conduca il processo in condizioni termofile, i tempi di permanenza all interno del reattore possono ridursi, anche sensibilmente. 3. Schema di installazione

47 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Il processo mesofilo permette un abbattimento medio della sostanza organica in ingresso intorno al 55-65%. A seconda dei volumi di refluo da trattare (n di digestori) e della potenza installata del cogeneratore impiegato, il costo dell impianto varia tra i e i /m 3. L impiego di macchinari necessari al caricamento e alla preparazione delle biomasse per la digestione, fa lievitare i consumi energetici dell impianto che, se per un impianto alimentato solo a liquami, possono ragionevolmente prevedersi intorno al 4-5% dell energia prodotta, per gli impianti alimentati anche a biomasse possono salire fino al 10%. 5. Considerazioni operative I principali parametri che permettono di dimensionare, valutare e gestire il processo di digestione anaerobica si possono suddividere in due categorie: parametri operativi del reattore: o tempo medio di residenza idraulico (HRT), [giorni]; o carico organico riferito al volume del reattore (OLR) [kg substrato/m 3 reattore giorno]; o rapporto C/N o produzione specifica di gas (SGP) [m 3 biogas/kg substrato alimentato]; o velocità di produzione del biogas (GPR) [m 3 biogas/m 3 reattore giorno]; o efficienza di abbattimento della sostanza organica [%] o efficienza di miscelazione parametri di stabilità dei processi biologici: obiettivo è il mantenimento di condizioni operative ottimali e stabili. Per la digestione anaerobica la fase controllante l intero processo, cioè la metanogenesi, risulta particolarmente sensibile alle variazioni ambientali del mezzo di reazione. Di particolare importanza risultano parametri quali il ph, la concentrazione di acidi grassi volatili (VFA), l alcalinità, il rapporto tra acidi grassi volatili ed alcalinità, la produzione e composizione percentuale del biogas, la temperatura.

48 ST17 - Compostaggio Obiettivo della tecnologia Il trattamento è mirato principalmente alla stabilizzazione degli effluenti ottenendo un prodotto con proprietà ammendanti e fertilizzanti, in grado di apportare sostanza organica stabile al terreno. Tipologia di trattamento: Separazione solido liquido Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: Affinché questa tecnica sia considerata BAT occorre che il trattamento di aerazione sia ben controllato, eventualmente con il ricorso ad assistenza specialistica esterna, e che l'ammoniaca persa per volatilizzazione sia catturata effettuando il processo in locali chiusi e convogliando l'aria ricca di ammoniaca verso sistemi di lavaggio e cattura (scrubbers) o verso biofiltri. Avvertenze controindicazioni Le elevate emissioni in aria e la forte riduzione della sostanza organica devono essere valutate attentamente anche in fase di autorizzazione della realizzazione.

49 1. Caratteristiche operative I materiali che vengono avviati al compostaggio possono essere effluenti palabili come polline disidratate di avicoli in gabbia, a lettiere di avicoli a terra, a frazioni solide separate di liquami suinicoli o a frazioni di per sé non palabili ma che vengono rese tali attraverso l'addizione di paglia o di altri materiali addensanti. Le condizioni aerobiche del compostaggio portano a perdite di azoto in forma ammoniacale che vanno dal 10 al 55%. Tali emissioni devono essere opportunamente captate e l ammoniaca recuperata con sistemi di lavaggio e cattura. 2. Principio di funzionamento Il compost è un materiale a ph neutro o leggermente basico, con capacità complessanti e chelanti, ricco di cationi metallici e ioni idrogeno, ed in grado, proprio per queste caratteristiche, di aumentare la capacità assorbente e di scambio del terreno agendo da trasportatore di elementi nutritivi somministrati alle piante. Il compostaggio è un processo che s instaura naturalmente quando un substrato organico non sterile, si trova in particolari condizioni d umidità, temperatura e tensione di ossigeno. I materiali che possono essere usati per la produzione di compost sono principalmente paglie e materiali ligninici, eventualmente addizionati di deiezioni animali, rifiuti solidi urbani, fanghi di risulta dalla depurazione delle acque e materiali di scarto provenienti da industrie agroalimentari. Durante la fase di stabilizzazione e maturazione si effettuano processi di umificazione e di trasformazione della sostanza organica, che si arricchisce progressivamente in gruppi fenolici o si complessa in una matrice fenolica. Durante il processo i microrganismi trasformano i materiali organici del substrato di partenza in compost attraverso un complesso meccanismo di reazioni di degradazione e modificazioni delle varie componenti della matrice, accompagnate da sintesi e riassemblaggio di nuove molecole. Questa trasformazione cambia radicalmente la natura del materiale di partenza che, da miscela eterogenea di particelle costituite da sostanze di composizione diversa, diviene più uniforme e meno attivo dal punto di vista biologico. La trasformazione della sostanza organica in compost è un processo metabolico che avviene in aerobiosi. Per ottenere quindi un prodotto finito con le caratteristiche di ammendante, è necessario aerare il compost durante tutto il processo. L apporto di aria fornisce alla microflora attiva l ossigeno necessario per l attività metabolica, riduce l umidità aumentando l evaporazione e riduce la temperatura. Generalmente un rivoltamento nel cumulo porta infatti, ad una caduta della temperatura, seguita immediatamente da un aumento della stessa, risultato di una ripresa dell attività di decomposizione. 3. Schema di installazione Le diverse tipologie di impianti di compostaggio si differenziano principalmente per le modalità con cui viene assicurata l areazione della massa. Le tipologie che si possono adottare sono riconducibili a: - aereazione passiva (richiede materiale poroso e cumuli con una elevata superficie esposta); - rivoltamento meccanico (si possono prevedere dei cumuli che vengono rivoltati periodicamente con adeguate attrezzature); - aereazione forzata (cumuli statici attraverso i quali viene fatta passare l aria); - reattori di compostaggio (elementi chiusi dove la massa viene rivoltata e viene insufflata aria).

50 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Le prestazioni degli impianti di compostaggio sono molto influenzate dalla tipologia dell impianto e dalla modalità di gestione che viene adottata. I costi orientativi, tenendo conto della necessità di svolgere il processo in locali chiusi con filtraggio dell aria esausta, sono dell ordine dei 9-18 euro per m 3 di materiale avviato al trattamento. 5. Considerazioni operative Il compostaggio è sicuramente una tecnica interessante, ma la necessità di trattare l aria esausta e recuperare l ammoniaca rendono la soluzione per il trattamento degli effluenti difficilmente sostenibile dal punto di vista economico. Inoltre, la produzione di odori deve essere attentamente valutata per evitare problemi con il vicinato. La gestione richiede la presenza di personale tecnicamente preparato.

51 ST18 Trattamento biologico discontinuo (SBR) Obiettivo della tecnologia Abbattimento dell azoto tramite un processo biologico che converte l azoto alla sua forma molecolare per poi liberarlo in atmosfera. La tecnologia discontinua, rispetto a quella tradizionale punta a una riduzione dei volumi dell impianto tramite un ottimizzazione delle sequenze operative. Tipologia di trattamento: Trattamento biologico a biomassa sospesa. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: E una BAT se gestita correttamente, eventualmente con assistenza tecnica esterna, in modo da minimizzare le emissioni di ammoniaca e ossidi di azoto. Avvertenze controindicazioni Maggiori costi di automazione (è necessaria un automazione più spinta al fine di gestire efficacemente le sequenze operative del processo). I costi operativi non sono trascurabili. Come nel caso della depurazione biologica convenzionale, anche il processo discontinuo non prevede il recupero dei nutrienti.

52 1. Caratteristiche operative Il trattamento si avvantaggia di una separazione dei solidi grossolani a monte dell impianto. Nel caso non venga effettata la separazione è possibile ottenere una rimozione del 50-70% dell azoto e una riduzione del 5-10% dei solidi. Con la separazione preventiva dei solidi, nel caso in cui il separato venga esportato al di fuori dell azienda è possibile ottenere una riduzione dell azoto del 70-90%. La strategia operativa di un reattore a flusso discontinuo (SBR) è, genericamente, la seguente: Alimentazione/immissione liquame: istantanea Reazione aerata/miscelata: 23 h Sedimentazione: 0,75 h Scarico: 0,25 h Dopo il 21 giorno la sequenza si modifica in: Alimentazione aerata: 6 h Reazione aerata: 17 h Sedimentazione: 0,75 h Scarico: 0,25 h 2. Principio di funzionamento I reattori SBR (Sequencing Batch Reactors) sono sistemi di trattamento biologico a flusso discontinuo, costituiti da uno o due bacini, generalmente, in cui hanno luogo i processi di ossidazione biologica e di sedimentazione. Le fasi del processo sono condotte in tempi diversi, variando ciclicamente le condizioni operative dell impianto. Il liquame in ingresso entra nel reattore durante la fase di riempimento. Le reazioni prendono inizio durante l immissione aerata e quelle anossiche e anaerobiche durante l immissione miscelata. La durata delle fasi del processo dipende dalla portata in ingresso, dalle caratteristiche del substrato e dalla tipologia di immissione. I processi biologici iniziati durante la fase di immissione/riempimento vengono completati durante quella di reazione miscelata e aerata. Concludono il ciclo le fasi di sedimentazione, scarico e stasi/pausa. 3. Schema di installazione Le tipologie impiantistiche per questo trattamento possono essere diversificate in relazione all obiettivo che si intende raggiungere.

53 La soluzione più semplificata consiste nell alternare periodi di aereazione con periodi di stasi in una vasca dove viene convogliato il liquame tal quale. La produzione di fanghi è limitata perché il processo non è particolarmente spinto e fuoriescono con l effluente. N 2 dall allevamento vasca di nitrificazionedenitrificazione allo stoccaggio soffiante sommersa con funzionamento discontinuo Una variante di questa soluzione prevede la separazione dei solidi grossolani prima dell ingresso della vasca di trattamento, in modo da limitare il carico organico e rendere il trattamento più efficiente a parità di aria insufflata. La soluzione più articolata, prevede, oltre al separatore dei solidi grossolani, una fase di sedimentazione dell effluente in modo da consentire un ricircolo dei fanghi biologici con il conseguente aumento della loro concentrazione nella vasca di trattamento. Questo consente di ottenere le efficienze più elevate a fronte di una notevole complicazione impiantistica e maggior difficoltà di gestione. N 2 dall allevamento separatore vasca di nitrificazionedenitrificazione sedimentatore allo stoccaggio chiarificato palabile soffiante sommersa con funzionamento discontinuo ricircolo fanghi Allo stoccaggio o disidratazione fanghi di supero 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Se consideriamo il costo di un impianto completo, comprensivo delle opere in cemento armato per la realizzazione delle vasche di reazione, il costo per m 3 di liquame trattato si aggira intorno ai 1,5-3 a seconda della complessità dell impianto. Per quanto riguarda i costi di gestione dell impianto, compresi i costi energetici e le manutenzioni essi ammontano a circa 1-2 /m 3 Nel complesso si possono considerare costi complessivi che vanno da 3,4-3,6.m -3 di liquame trattato nel caso di soluzioni semplificate a 4,1-4,7.m -3 per le tipologie impiantistiche più complesse. 5. Considerazioni operative Gli impianti SBR lavorano solitamente con concentrazioni di substrato maggiori degli impianti tradizionali. Il processo è quindi caratterizzato da maggiori velocità di reazione. L efficacia del trattamento e il contenimento delle emissioni in aria dipendono da una corretta gestione e monitoraggio dei parametri di funzionamento dell impianto. Utile a questo proposito prevedere un servizio di assistenza specializzata esterno.

54 ST19 Trattamento biologico con rimozione dell azoto e del fosforo di tipo tradizionale Obiettivo della tecnologia Abbattimento dell azoto tramite un processo biologico che converte l azoto alla sua forma molecolare per poi liberarlo in atmosfera. Tipologia di trattamento: Trattamento biologico a biomassa sospesa. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: E una BAT. Avvertenze controindicazioni Il processo di nitrificazione-denitrificazione tradizionale è particolarmente costoso a causa della richiesta di energia e ossigeno per la nitrificazione. L azoto non viene recuperato ma trasformato in forma molecolare.

55 Caratteristiche operative La rimozione dell azoto dai liquami è pari al 70-95%; quella del fosforo del 15-90% a seconda della destinazione del materiale palabile. L impianto a flusso continuo è caratterizzato dall utilizzo di vasche continuamente alimentate per lo svolgimento delle reazioni biologiche. Lo schema depurativo adottato in ambito zootecnico è la configurazione con predenitrificazione e controllo del fosforo in fase terziaria. Come anche nei trattamenti biologici a flusso discontinuo (SBR) è necessaria una fase primaria di separazione solido-liquido che riduca i solidi grossolani e, in parte, i carichi da trattare. Il liquame chiarificato viene alimentato alla vasca di denitrificazione, da questa passa alla fase ossidativa per la nitrificazione. Questo schema prevede quindi un consistente ricircolo di miscela aerata contenente nitrati alla vasca di denitrificazione, ciò comporta un rilevante consumo energetico. Per valutare la portata di ricircolo si può fare riferimento ai dati relativi alla velocità di degradazione dei nitrati e alla concentrazione in vasca di aerazione. 1. Principio di funzionamento Durante la fase di aerazione l azoto ammoniacale viene ossidato a nitrito, poi a nitrato (nitrificazione). Nitrosomonas Nitrobacter Questa fase è seguita da un apporto in carbonio, poi da una fase di anossia in cui le forme di azoto ossidate sono ridotte in azoto molecolare (denitrificazione). 2. Schema di installazione

56 3. Prestazioni in condizioni operative e costi Se consideriamo il costo di un impianto completo, comprensivo delle opere in cemento armato per la realizzazione delle vasche di reazione, e i costi energetici, le manutenzioni, i substrati necessari per il corretto funzionamento del processo, i costi complessivi variano orintatitavamente tra 5,5 e 6,6.m Considerazioni operative Sistema consolidato, il trattamento biologico convenzionale a flusso continuo ha forti limitazioni dovute agli elevati costi e alla complessità gestionale.

57 ST20 Bioreattori a membrana (MBR) Obiettivo della tecnologia Ottimizzare la separazione solido-liquido ai fini della separazione dei solidi sospesi in sostituzione della sedimentazione secondaria dei tradizionali impianti a fanghi attivi. Aumentare l efficienza dei trattamenti di affinamento degli effluenti in virtù dell incremento di efficienza di nitrificazione anche in condizioni non ottimali per il processo. Tipologia di trattamento: Trattamento biologico a biomassa adesa. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia sperimentale commerciale Grado di diffusione basso alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: Attualmente non è contemplato nelle BAT ma può essere considerato tale in analogia con altri trattamenti. Avvertenze controindicazioni Costi operativi (energetici) elevati. Il maggiore fattore di costo gestionale è legato alla diminuzione della permeabilità della membrana a causa di fenomeni di intasamento. Per risolvere il problema è necessario intervenire con: lavaggi fisici e chimici; insufflazione d aria; modifica dei parametri di filtrazione. I costi elevati sono quindi prevalentemente energetici.

58 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione dell azoto che si possono ottenere sono orientativamente dell 80-98%. Attualmente si utilizzano membrane di microfiltrazione o ultrafiltrazione con porosità comprese tra 0,05 e 0,5 μm. Per quanto riguarda il sistema di filtrazione, vi sono due modalità operative: 1. Cross-flow, ovvero il flusso è tangenziale alla membrana e solo il permeato/chiarificato attraversa la membrana perpendicolarmente alla superficie 2. Dead-end, ovvero tutto il flusso attraversa la membrana in direzione perpendicolare alla superficie. 2. Principio di funzionamento In base alla posizione delle unità filtranti, i reattori MBR possono essere classificati in tre differenti tipologie: I. Modulo di filtrazione sommerso all interno della vasca di processo (soluzione interna sommersa); II. Modulo di filtrazione sommerso in vasca diversa dal reattore di processo (soluzione esterna sommersa) III. Modulo di filtrazione come al punto precedente e non sommerso (configurazione esterna). 3. Schema di installazione 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Le prestazioni operative sono essenzialmente relative al reparto filtrazione. Si possono distinguere due modalità operative: a flusso costante e a pressione di transmembrana (TMP) costante. Nella maggioranza degli impianti si utilizza la modalità a flusso costante perché di più semplice applicazione; oltre a questo, TMP costanti si traducono in flussi elevati nella fase iniziale e questo favorisce un intasamento più rapido della membrana. Nei sistemi a membrana sommersa, il flusso costante viene garantito con una depressione dal lato permeato fino a un valore prestabilito della TMP. Si rimane intorno ai 0,25 0,3 bar. La scarsa casistica operativa su effluenti zootecnici non consente di fornire una indicazione dei costi di questa tecnologia. 5. Considerazioni operative Generalmente il costo delle membrane immerse è inferiore a quello delle membrane esterne. I costi energetici possono, in alcuni casi, superare quelli delle membrane.

59 ST21 Precipitazione della struvite (MAP) Obiettivo della tecnologia Abbattimento dell azoto tramite un processo chimico che produce un composto cristallino, costituito da ioni Magnesio, Ammonio e Fosfato (da qui l acronimo MAP), che può essere utilizzato come fertilizzante fosfatico e/o azotato a lento rilascio. Tipologia di trattamento: Trattamento chimico-fisico di precipitazione. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia Grado di diffusione sperimentale basso commerciale alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: Questa tecnica non viene contemplata nelle BAT. Avvertenze controindicazioni Costi operativi (reagenti chimici) elevati. La tecnologia, applicata sui reflui zootecnici si dimostra molto più efficace in termini di abbattimento del fosforo che dell azoto. È incerta poi la possibilità di commercializzare la struvite come ammendante fosfatico e/o azotato in quanto, ad oggi, non è riconosciuta dalla normativa nazionale vigente in materia.

60 1. Caratteristiche operative Alcune esperienze hanno evidenziato che è possibile ottenere una efficienza separazione dell 80% dell azoto e dell 85% del fosforo. 2. Principio di funzionamento La struvite come materiale cristallino è un fosfato esaidrato di ammonio e fosforo. Magnesio, ammonio e fosforo sono presenti nella composizione della struvite in eguali concentrazioni molari. La cristallizzazione della struvite avviene in accordo alla seguente reazione: I principali parametri che influenzano la cristallizzazione della struvite sono rappresentati dal ph, dal grado di saturazione, dalla temperatura e dalla presenza di altri ioni in soluzione, in particolare, ioni di calcio. Da prove effettuate su scala pilota e reale, risulta che il ph ottimale per la cristallizzazione del fosfato esaidrato è compreso tra 8 e 9. Ciò significa che nel caso di effluenti da impianto di digestione anaerobica (digestato) è necessario innalzare il ph del substrato, che normalmente è invece intorno a 7. Altro parametro fondamentale per la precipitazione della struvite è la concentrazione di Magnesio e Fosforo rispetto all azoto. Le condizioni idonee di concentrazione prevedono che il rapporto tra i tre elementi sia 1:1:1. 3. Schema di installazione 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Nella maggior parte delle sperimentazioni e degli studi effettuati si è verificata la necessità che il quantitativo di magnesio presente del refluo sia in eccesso rispetto al valore stechiometrico. Di fatto il rapporto molare tra Mg 2+ e P che garantisce la formazione di struvite e permette al tempo stesso rendimenti di rimozione (del fosforo) fino al 90% è stato determinato in 1:3:1. La rimozione dell azoto, in presenza delle condizioni operative idonee, non supera il 70%. I costi orientativi che vengono riportati nelle limitate applicazioni sono dell ordine dei m -3 di liquame trattato.

61 5. Considerazioni operative La tecnologia è matura dal punto di vista del processo, ma sembra improponibile per quanto riguarda l applicazione in campo zootecnico per gli elevati costi degli additivi e del processo.

62 ST22 Concentrazione dell azoto (Strippaggio) Obiettivo della tecnologia Abbattimento dell azoto attraverso un processo chimico di desorbimento che produce ammoniaca in fase gassosa. L ammoniaca prodotta viene mandata in una colonna di lavaggio (scrubber) dalla quale esce in forma di sale (solfato di ammonio) in forma liquida o solida (cristalli). L obiettivo è abbattere l azoto ottenendo un materiale (solfato d ammonio) utilizzabile per la produzione di fertilizzanti. Nell applicazione ai reflui di allevamento e a quelli provenienti dalla digestione anaerobica è una tecnologia che necessita ulteriori approfondimenti circa le reali efficienze e i reali costi di gestione. Tipologia di trattamento: Trattamento chimico-fisico di desorbimento dell azoto in forma ammoniacale. Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia Grado di diffusione sperimentale basso commerciale alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: Attualmente questa tecnica non è contemplata nelle BAT. Avvertenze controindicazioni Costi di investimento e operativi (reagenti chimici, separazione) elevati. La tecnologia benché consolidata a livello industriale è relativamente nuova per quanto riguarda l applicazione sui reflui zootecnici/digestato. Non è chiara l entità e la tipologia delle eventuali emissioni gassose dovute al processo. Il trattamento di separazione solido liquido deve essere molto spinto al fine di garantire un refluo quasi totalmente privo di particelle solide. L utilizzo del solfato d ammonio che si ottiene dal procedimento non è ancora adeguatamente normato.

63 1. Caratteristiche operative Le esperienze finora condotte hanno evidenziato che è possibile ottenere rendimenti di rimozione dell azoto del 60-80% in condizioni operative. Il concentrato che si ottiene è ancora un fluido. 2. Principio di funzionamento Il processo può essere condotto utilizzando aria o vapore. È necessario che l azoto sia presente nel refluo sotto forma ammoniacale ed è per questo che la tecnologia è particolarmente indicata al trattamento del digestato proveniente da impianti di digestione anaerobica. L azoto presente sotto forma ammoniacale passa dalla fase liquida alla fase gassosa e, nello step successivo, il gas così ottenuto viene lavato con una soluzione acida (acido solforico) che porta alla formazione di solfato di ammonio. L ammoniaca è un gas molto solubile in acqua e in questa forma strippabile. In soluzione acquosa essa è in equilibrio con la sua forma ionica (NH 4 + ) secondo la seguente equazione di dissociazione: La costante di equilibrio che regola questa equazione è funzione della temperatura e del ph come mostrato dal grafico sottostante. Dalla figura si evince che valori elevati di ph e di T spostano l equilibrio verso l ammoniaca. Per valori di ph e T bassi, invece, accade il contrario. Poiché il ph e la temperatura del refluo, che ha subito una preventiva operazione di separazione solido-liquido, sono normalmente intorno a valori, rispettivamente di 8-9 e C, normalmente la reazione di dissociazione riportata sopra sarebbe spostata dalla parte dello ione ammonio. Per rendere quindi possibile lo strippaggio, è necessario elevare i valori di ph (10,5 11,5) e di temperatura. Ecco perché prima dell ingresso del refluo nella colonna di strippaggio il ph viene elevato con l aggiunta di una base (calce). L ammoniaca ottenuta così nella colonna di strippaggio viene captata dalla testa della colonna e fatta passare in un altra dove subisce un lavaggio con soluzione acida, generalmente a base di acido solforico. Il risultato è la formazione di un sale, il solfato di ammonio che può essere separato per essere utilizzato come fertilizzante. Nel caso si voglia ottenere il solfato di ammonio in forma solida è necessario portarlo alla concentrazione di cristallizazione con l immediata conseguenza di un aumento della complessità del processo e della sua gestione. 3. Schema di installazione

64 4. Prestazioni in condizioni operative e costi In condizioni ottimali, ovvero ph >10 e T> 40 C si possono ottenere rendimenti di rimozione dell azoto superiori al 90%, ma in condizioni operative si considera ragionevole una rimozione dell 80%. Un eccessivo aumento della temperatura di processo ha sicuramente effetti sui costi gestionali e, al tempo stesso, può generare schiume all interno delle colonne. Nell intervallo di temperatura che va dai 40 ai 50 C si può ottenere una soluzione al 36-38% di solfato di ammonio. Data la limitata esperienza sulla tecnica è difficile fornire i costi operativi. Le prime valutazioni in proposito indicano costi dell ordine dei 9-12.m -3 di liquame trattato. 5. Considerazioni operative Notevole impiego di reagenti: Per 1,5 m 3 /h di refluo da trattare sono necessari: ca. 35 l/h di NaOH (Soda caustica) ca. 19 l/h di H 2 SO 4 (Acido solforico) Consumi energetici per riscaldamento e aerazione: La combinazione con un impianto biogas permette di sfruttare per le esigenze di processo parte dell energia termica prodotta dal cogeneratore. Viene richiesta una separazione spinta dei solidi prima dell ingresso nell impianto.

65 ST23 Processi biologici innovativi Obiettivo della tecnologia Processi di rimozione dell azoto che si differenziano da quelli convenzionali nei quali la nitrificazione biologica avviene a opera di microrganismi autotrofi (ovvero che si nutrono esclusivamente di composti inorganici) o misti che ossidano l ammonio a nitrato (via nitrito). Tipologia di trattamento: Trattamenti biologici Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia Grado di diffusione sperimentale basso commerciale alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: non contemplate Avvertenze controindicazioni Questi processi hanno dimostrato una loro efficacia a livello sperimentale, ma necessitano di verifiche a pieno campo.

66 1. Caratteristiche operative Queste soluzioni tecnologiche sono allo stadio sperimentale. Per alcune di esse sono stati realizzati i primi impianti a scala reale, ma non vengono utilizzati effluenti di allevamento. Anche se alcuni dei processi proposti sono estremamente interessanti e molto promettenti, allo stato attuale non si possono ipotizzare le caratteristiche operative. In ogni caso, l obiettivo di questi processi è quello di rimuovere l azoto e, in alcuni casi, il fosforo dal liquame in ingresso. 2. Principio di funzionamento Processo SHARON Il processo SHARON (Single reactor system for High Ammonia Removal Over Nitrite) converte l ammonio a nitrito. Un effetto fondamentale lo ha la temperatura di processo in quanto, in un processo di questo tipo, si sfrutta il fatto che a temperature abbastanza elevate (30 40 C) i microrganismi nitrito-ossidanti hanno tassi di crescita inferiori rispetto ai microrganismo ammonioossidanti. Poiché il processo opera con tempi di ritenzione del fango molto brevi, è necessario un volume di reazione molto più ridotto rispetto alla normale nitro-denitro. A questo si aggiunge il fatto che il processo permette, sempre in confronto ai trattamenti convenzionali, permette un risparmio del 25% dell energia necessaria all ossigenazione della massa e del 40% di fonte di carbonio esterna per la crescita dei batteri denitrificanti. Processo ANAMMOX Il processo ANAMMOX (ANaerobic AMMonium OXidation) converte l ammonio direttamente ad azoto molecolare. Rispetto alla nitro-denitro tradizionale, questa denitrificazione autotrofa porta notevoli vantaggi dal punto di vista della riduzione delle emissioni di CO2 (fino al 90%); si ha una notevole riduzione degli spazi necessari alla realizzazione dell impianto; i consumi di energia si riducono di circa il 60%; non si ha necessità di fonti esterne di carbonio; la produzione di fanghi di supero è minima. Lo svantaggio del processo sta nella lenta crescita della popolazione di microrganismi ANAMMOX, che causa tempi di start-up estremamente lunghi per gli impianti. Processo SHARON-ANAMMOX Il principio alla base della combinazione tra i due processi risiede nel fatto che con questo sistema, lo ione ammonio viene ossidato a nitrito nella misura del 50%. La miscela di nitriti e ammonio è ideale come input per un reattore ANAMMOX, dove questi elementi vengono convertiti anaerobicamente in azoto molecolare e acqua. Processo Heminiff Nel processo HEMINIFF (HEMI Nitrification on Fixed Film), l ossidazione parziale a nitrito ha luogo in reattori a letto fisso sommerso oppure a letto mobile. Rispetto al processo SHARON ottengo, grazie all utilizzo di corpi di riempimento una più elevata concentrazione di biomassa, con la possibilità, quindi, di lavorare con carichi organici. Il processo Heminiff deve essere associato a una successiva fase di denitrificazione. Processo DEPHANOX Il processo DEPHANOX ha come obiettivo l ottimizzazione della rimozione dell azoto e del fosforo. In questo processo, il refluo in ingresso alimenta la vasca anaerobica in cui ha inizio il processo biologico di rimozione del fosforo: la sostanza organica prontamente biodegradabile viene accumulata sotto forma di polidrossialcanoati a spese del polifosfato contenuto nelle cellule dei batteri fosforo-accumulanti. Il fango anaerobico giunge in un primo sedimentatore ove avviene la separazione della frazione solubile da quella particellata, composta per lo più da sostanza organica, mentre quella disciolta da una porzione di azoto (per lo più sotto forma ammoniacale) e da sostanza organica disciolta non biodegradabile a basso peso molecolare. L'effluente chiarificato, ricco di azoto ammoniacale, viene

67 alimentato al biofiltro. Nel biofiltro vengono mantenute condizioni aerobiche in modo da permettere l'ossidazione dell'ammoniaca a nitrato. Processo OLAND Anche il processo OLAND (Oxygen-Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification) come la maggior parte di quelli presentati in queste pagine si basano sul concetto dell impianto a un singolo stadio, nel quale lo ione ammonio è ossidato direttamente ad azoto molecolare che si disperde in atmosfera. In questo processo viene fornito l ossigeno strettamente necessario affinché la nitrificazione proceda fino alla produzione di nitriti; a causa della mancanza di accettori di elettroni, i nitriti stessi vengono poi consumati per ossidare lo ione ammonio. 3. Schema di installazione I processi descritti prevedono un pretrattamento del liquame in ingresso mediante una separazione dei solidi grossolani e fini con la conseguente produzione di materiale palabile e di fanghi, che comunque devono essere opportunamente gestiti e che contengono una frazione non irrilevante dell azoto in ingresso (30-40%). 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Lo stadio di sviluppo delle tecnologie non consente di fornire informazioni riguardo a prestazioni e costi. 5. Considerazioni operative Lo stadio di sviluppo delle tecnologie non è ancora giunto a quello operativo su effluenti di allevamento.

68 ST24 Microfiltrazione, Ultrafiltrazione, Nanofiltrazione, Osmosi inversa ed Elettrodialisi Obiettivo della tecnologia Rimozione dell azoto e del fosforo mediante separazione chimico-fisica Tipologia di trattamento: Separazione chimico-fisica Reflui da trattare: liquido liquame bovino liquame suino palabile Grado di sviluppo della tecnologia Grado di diffusione sperimentale basso commerciale alto Effetto del trattamento Riduzione Azoto Azoto da liquido a palabile Fosforo da liquido a palabile Stabilizzazione Riduzione odori Riduzione volumi Classificazione rispetto alle migliori tecniche disponibili: Attualmente non rientra nelle BAT. Avvertenze controindicazioni Costi elevati. Difficile applicabilità a reflui zootecnici tal quali a meno di pre-trattamenti di separazione dei solidi grossolani che fanno crescere i costi di investimento e gestione.

69 1. Caratteristiche operative Le efficienze di separazione che si possono ottenere sono molto elevate: >98% per i solidi; > 96,5% per l azoto e >99% per il fosforo. Il concentrato che si ottiene è ancora un fluido. 2. Principio di funzionamento Il principio di funzionamento di questi trattamenti si basa sull utilizzo di membrane che permettono di ottenere un filtrato (acqua contenente in soluzione sostanze a basso peso molecolare) e un concentrato contenente i solidi sospesi, le sostanze a elevato peso molecolare e, in generale, i contaminanti eventuali. Nel caso di microfiltrazione (MF), nanofiltrazione (NF), ultrafiltrazione (UF) e osmosi inversa (OI) la separazione si produce applicando una differenza di pressione tra flusso alimentato e flusso di permeato. Per l elettrodialisi (ED) la forza motrice del processo è la differenza di potenziale elettrico. La MF e l UF trattengono particelle, rispettivamente, tra 0,1 e 5 µm e 0,001 e 0,05 µm. La NF trattiene particelle con un peso molecolare > Da e lavora a pressioni basse (tra i 0,35 1,7 Mpa). Nell osmosi inversa si ha un processo di diffusione attraverso una membrana semi-permeabile che lascia passare esclusivamente il solvente mentre trattiene le sostanze disciolte in esso. L OI trattiene teoricamente tutti i Sali e le molecole organiche disciolte con un peso molecolare intorno ai 100 Da. Per ottenere questo risultato va applicata alla soluzione più concentrata una pressione superiore a quella osmotica. L osmosi inversa lavora a pressioni che possono arrivare fino a 100 bar. Nel processo ED i soluti ionici presenti nella soluzione da depurare attraversano selettivamente le membrane, sotto l azione di un campo elettrico. L applicazione dell ED al trattamento dei reflui ha incontrato due forti limitazioni: la prima è legata al rapido e intenso sporcamento delle membrane da parte delle sostanze organiche di tipo colloidale ancora presenti dopo il trattamento biologico convenzionale; la seconda dipende dalle caratteristiche del processo di ED che consente la rimozione di soluti ionici ma non delle molecole organiche neutre o del colore, come invece possono essere separate nei processi a membrana in pressione. 3. Schema di installazione I sistemi a membrane danno i migliori risultati se applicati a valle di un processo anaerobico e, comunque, se precedute da un efficace pre-trattamento di separazione dei solidi grossolani.

70 4. Prestazioni in condizioni operative e costi Nella frazione solida in uscita dall osmosi inversa sono contenuti tutti i composti di potassio e di azoto. Considerando una portata annua di circa m 3 all anno si ottengono consumi elettrici medi intorno ai 20 kwh/m 3 di liquame trattato. Mediamente, considerando un processo a membrane, si possono avere, per ciascuna fase di trattamento, dei costi di gestione (comprensivi anche dell investimento) intorno ai 6 12.m -3. Un trattamento completo che preveda MF e OI con eventuale trattamento a monte per la separazione dei solidi grossolani può arrivare a un costo di investimento di m -3 di refluo avviato annualmente al trattamento. I trattamenti a membrane hanno dimostrato di avere ancora dei problemi dal punto di vista della pulizia delle membrane (costi di gestione elevati); l impianto va quindi integrato con processi efficaci nel pretrattamento per produrre un influente che non comprometta la funzionalità della membrana e la qualità del permeato finale.

71 Nel caso dell OI è necessario incrementare le ritenzione dell azoto totale e prevenire la volatilizzazione dell ammoniaca. Le perdite per volatilizzazione possono essere elevate durante la concentrazione del refluo. Si possono ottenere perdite anche del 25% dell azoto ammoniacale in seguito alla concentrazione con l OI a C di un liquame fresco pre-concentrato con l elettrodialisi. 5. Considerazioni operative Un incremento della temperatura del liquame in ingresso alla Microfiltrazione, almeno oltre i 50 C, origina un aumento del flusso; da questo valore soglia in poi l aumento della temperatura di 10 C determina un aumento del flusso. Ciò causa un aumento degli odori, una riduzione da 5 a 2,5 del Fattore di concentrazione se l aumento del flusso è del 25%, e un peggioramento del permeato. Anche nell OI un aumento della pressione operativa da 30 a 60 bar provoca un calo di qualità del permeato per quanto riguarda il COD, l azoto totale a ammoniacale e il potassio. Modificando il ph del microfiltrato sull OI aggiungendo una piccola dose di acido solfidrico non si producono grandi cambiamenti sulla pressione osmotica (forza trainante dell OI). Si migliora la rimozione dell azoto ammoniacale e del fosforo, non influenza la rimozione dei solidi che vengono comunque eliminati del tutto dal permeato, ma peggiora i valori del COD e del potassio.