IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA PER L APPLICAZIONE DELLA DIRETTIVA NITRATI Venerdì 28 ottobre 2011

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1 IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA PER L APPLICAZIONE DELLA DIRETTIVA NITRATI Venerdì 28 ottobre 2011 Ridurre il contenuto di azoto negli effluenti o migliorarne le proprietà fertilizzanti con i trattamenti Pierluigi Navarotto Università degli Studi di Milano Facoltà di Medicina Veterinaria

2 Il problema dell azoto sempre più attuale 4 ottobre 2011 LA DEROGA : MOTIVO DI SOLLIEVO E DI MAGGIOR IMPEGNO!

3 I possibili approcci a) Eliminazione dell azoto con trattamenti depurativi - Varie tecnologie disponibili (trattamenti biologici) - Numerose ricerche per sviluppare tecniche meno energivore (denitro da nitriti, ecc ) SOLUZIONE LIMITE PER CASI DISPERATI (allevamenti senza terra in zone ad alto carico zootecnico)

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6 b) la valorizzazione dell azoto e certamente la soluzione da privilegiare Finalizzare i trattamenti: - all aumento del valore fertilizzante delle frazioni delocalizzabili - a rendere sostenibile la delocalizzazione (ridurre le quantità da trasportare)

7 TRATTAMENTI DI SEPARAZIONE DELL AZOTO Essenziale considerare le diverse forme di azoto presenti negli effluenti. AZOTO presente come: 1. N particolato (proteine della frazione solida) 2. N organico disciolto e colloidale: proteine e aminoacidi 3. N ammoniacale (solo disciolto): ionico (NH 4+ ) e non ionico (NH 3 ) RIPARTIZIONI TRA: 1) N Particolato (solidi) / N disciolto: dipende da tempi e modalità di stabulazione, stoccaggio. determina l efficienza di rimozione per separazione solido/liquido 2) N ammoniacale / N organico (proteico) determina l efficienza di rimozione dell azoto per via biochimica + 3) N ammoniacale / N organico E N-NH 3 /N-NH 4 determina l efficienza di rimozione dell azoto per strippaggio 4) Carbonio biodegradabile / Azoto = C / N determina la trattabilità ed i costi della rimozione biologica Fonte: CRPA - DIIAR

8 LA DIGESTIONE ANAEROBICA come modifica la ripartizione dell azoto SUINO BOVINO BOVINO + SILOMAIS Fonte: CRPA-DIIAR

9 I trattamenti di separazione delle frazioni solida e liquida Efficienze ottenibili nella rimozione della sostanza secca e dei nutrienti (N e P) insieme alle caratteristiche della frazione solida separata (fonte: CRPA)

10 SEPARAZIONE SOLIDO/LIQUIDO Alternative disponibili (Fonte: Burton, 2007) F = alimento, L = frazione liquida, S = frazione solida F L VII. S I, II, III, VI = vagli, stacci IV: presse a vite; V: filtropressa a nastro; VII: centrifuga

11 La separazione solido/liquido Rimozione di N dipende da: % di N in forma sospesa efficienza di separazione dei solidi del dispositivo tipo di matrice e suo pretrattamento (stoccaggio/digestione) Centrifughe: maggiori efficienze di separazione - trattengono anche le particelle più fini (0,02 mm) Consumo energetico: cresce con l efficienza di separazione ottenibile (su liquami zootecnici: attorno a 5 kwh/t per la centrifuga e 1 kwh/t per le presse a vite)

12 La separazione dell azoto dalla fase liquida Lo strippaggio dell NH3 Possibile (ma non così facile!) raggiungere efficienze di rimozione dell ammoniaca > del 90% Costi determinati da: Dosaggio reagenti (elevati dosaggi di basi per aumentare il ph) Consumi energetici (per riscaldamento ed aerazione) Trattamento e smaltimento residui (se non commerciabili)

13 Prototipo usato per le prove CRPA-VSA Fonte: CRPA-DIIAR

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15 Un esempio: Strippaggio a caldo dell azoto da digestato addensato suino Liquame: 152 t N-tot di cui 106 t N-NH4 Flottatore Chiarificato:106,4 t N-tot di cui 87,8 t N-NH4 Uso agronomico Flottato: 45,6 t N-tot /m 3 di cui 18,2 t N-NH4 /m 3 Digestione anaerobica Chiarificato Deammonificato 35,3 t N-tot di cui 7,9 t N-NH4 Digestato Strippaggio 94% del digestato sul 94% del digestato ε strippaggio = 60% Soluzione Sali d ammonio 10,3 t N-NH4 6,7% di N Fonte: CRPA-DIIAR

16 In conclusione VANTAGGI Il liquame in uscita ha una minor concentrazione di azoto. costi energetici inferiori rispetto agli impianti di concentrazione su membrana o per evaporazione gestione più agevole. CRITICITA Complessità d impianto. Elevati costi energetici. Occorre energia termica gratuita (digestione anaerobica biogas cogenerazione); Necessario il trattamento degli effluenti gassosi Fonte: CRPA-DIIAR

17 La digestione dei soli effluenti zootecnici non consente di raggiungere temperature tali da ottenere efficienze di strippaggio significative; L utilizzo di colture dedicate aumenta la disponibilità termica ma anche le quantità di azoto da gestire in azienda; Occorre valorizzare il solfato di ammonio come fertilizzante Fonte: CRPA-DIIAR

18 L essiccazione del digestato Consente l essiccazione della frazione solida del digestato e la evaporazione di parte della liquida. Assicura l utilizzo di tutta l energia termica disponibile Si ottiene: - un solido essiccato ricco di azoto organico, buon ammendante; - una soluzione di sali di ammonio. Prodotti entrambi delocalizzabili

19 Evaporazione del digestato Impianto 1 MWe Co-digestione (20 t/d effluenti zootecnici + 45 t/di maprov; NTK = 125t/y) Emissioni in atmosfera 3,10% Azoto strippato 21,30% ((NH4)2SO4 al 6%N = t/y 443) Digestato da co-digestione fra effluenti e colture dedicate: quantità di digestato pari a t/a 55,30% Azoto nel digestato liquido (t.q. = 485 t/y ~ 5% NTK) 20,30% Azoto nel digestato essiccato (t.q. = 485 t/y ~ 5% NTK) Fonte: CRPA-DIIAR

20 L essiccazione del digestato Occorre energia termica gratuita (digestione anaerobica biogas cogenerazione); L utilizzo di colture dedicate in co-digestione aumenta la disponibilità termica ma al contempo anche le quantità di azoto; Le quantità di acqua evaporabile sono mediamente pari a m 3 /anno per un impianto da 1000 kw (si riduce il volume della frazione liquida del 40% circa) Possibile eliminare completamente la frazione liquida ricorrendo ad un co-compostaggio

21 Sostenibilità economica Legata: alla produzione di energia da F.R. Alla valorizzazione dei fertilizzanti ammendanti di risulta

22 Il trattamento limite la depurazione con scarico in acque superficiali

23 Il trattamento limite Un esempio: - All.to suinicolo: t p.v liquami: m³/d 60 - Impianto biogas 250 KWel. - Investimento: 2,0 Ml. COSTI DI GESTIONE - E. Elettrica per flottazione, decanter, strippaggio, MBR: Costi per reattivi, ecc : Costo per integrazione biomasse: Costi per manutenzioni: TOT:

24 Il trattamento limite Un esempio: - Riporto costi: RICAVI: MWh 1800 x 280: MOL: Ammortamento (15 anni, i= 5%): Utile: N.B.: si considera di delocalizzare a costo zero la frazione solida stabilizzata (3000 t/y) ed il solfato ammonico (600 t/y). Tariffa omnicomprensiva ed energia termica a costo zero possono annullare i costi depurativi

25 Le varie linee di trattamento Lo strippaggio

26 ESEMPIO - All.to suinicolo: t p.v liquami: m³/d 60 - Impianto biogas 250 KWel. - Investimento: 0,3 Ml. - Ammortamento (15 anni, i= 5%): COSTI DI GESTIONE - E. Elettrica: Costi per reattivi, ecc : Manodopera, manutenzioni: TOT: COSTO COMPLESSIVO: Costo unitario fase di strippaggio 1,88 /Kg di N salificato Costo unitario compresa separazione 1,15 /Kg di N delocalizzabile

27 RIPORTO COSTO DA IMPIANTO BIOGAS (utile per MWh prodotto = 80 ) - MWh ceduti alla Rete 1800 x Da utilizzare: RESTANO: Frazione liquida deammonificata: t/y (con il 36% dell azoto pari a Kg ; circa 240 ha di SAU in ZV invece di 515 ha se si utilizzasse il t.q.) Da delocalizzare: - Frazione solida al 20% di ST: t/y (azoto: Kg ) - Solfato ammonico (30%): t/y 614 (azoto: Kg )

28 L essiccazione del digestato e la potenziale evaporazione della frazione liquida. (Impianto Biogas 1 MWel, suini 500 t p.v. 45 t maprov - Digestato 80 t/d)

29 Da utilizzare: - Frazione liquida deammonificata: t/y (servono 3 vasche diam. m 30 h 6,00) con Kg di N tot (310 ha di SAU in ZV invece di ha 690 se si utilizzasse il t.q.) Da delocalizzare: - Frazione solida all 80% di ST: t/y Solfato ammonico (30%): t/y 875 (pari a m³ 725)

30 OPZIONE: ZERO FRAZIONE LIQUIDA con produzione di ammendante compostato misto Frazione solida 730 t/y Solfato ammonico 292 t/y Frazione liquida t/y (si evita lo strippaggio) Coformulante (paglia) 3500 t/y BIOESSICCAZIONE in DIGESTORE ORIZZONTALE CONTROLLATO Ammendante compostato misto t/y

31 COSTI DI COSTRUZIONE - Impianto biogas: Ml. 4,00 - Impianto essiccazione: Ml. 0,35 - Bioessiccatore: Ml. 1,50 COSTI GESTIONE TOT: Ml. 5,85 - Coformulante x 101: Energia elettrica per utenze varie: Manodopera: UTILE BIOGAS (già depurato ammortamento) TOT: MWh x 70: RESTANO: Se si valorizzano le t di ammendante compostato misto a /t 15,00 si aggiungono:

32 Conclusioni I trattamenti, come ovvio, in continuo divenire ed affinamento, sono disponibili. E pressoché obbligato il pre-requisito produzione biogas. La scelta ottimale assolutamente variabile da caso a caso non è cosa da mercato ma deve derivare da seri studi specifici che affrontino sia le problematiche aziendali che quelle territoriali. Indispensabile che la normativa faccia chiarezza sull utilizzo dei sottoprodotti (biogas) e sulla distribuzione degli ammendantifertilizzanti prodotti.

33 Grazie per l attenzione! pierluigi.navarotto@unimi.it Università degli Studi di Milano Facoltà di Medicina Veterinaria Dipartimento di Scienze e Tecnologie Veterinarie per la Sicurezza Alimentare