Digestione anaerobica e aspetti igienico-sanitari M. Petruccioli Dipartimento per l Innovazione nei sistemi Biologici, Agroalimentari e Forestali (DIBAF), Università della Tuscia, Viterbo. petrucci@unitus.it Bastia Umbra, 6 Aprile 2013
E sempre più importante considerare i sottoprodotti, residui, surplus, rifiuti e reflui come un risorsa che deve essere riutilizzata, valorizzata e gestita in modo ottimale
Digestione anaerobica Processo microbico che avviene naturalmente in ambiente anaerobico (es. rumine, intestino, paludi, stagni, ecc.) E da tempo utilizzato, insieme al trattamento aerobico, nel trattamento dei reflui Entrambi i trattamenti sono storicamente applicati anche per igienizzare i reflui e/o i fanghi di depurazione
Batteri sporigeni ambientali La maggior parte delle specie di Clostridium sono innocue ma se ne conoscono di dannose o patogene es., Clostridium butyricum e C. tyrobutyricum (gonfiore dei formaggi) es., C. tetani (responsabile del tetano) es., C. botulinum e C. perfringens (naturalmente diffusi nel suolo e in molti ambienti, responsabili di tossinfezioni alimentari) Dopo decenni di uso della digestione anaerobica nasce il sospetto: Si possono liberare microrganismi dannosi? Batteri enterici es., Salmonella spp., Escherichia coli, Enterococcus spp.,
Destino dei batteri enterici La letteratura scientifica è concorde nel dire che sia la digestione anaerobica (DA) come i trattamenti aerobici (TA) riducono drasticamente la loro concentrazione anche se si parte da reflui civili (TA), di mattatoi (DA) e zootecnici (DA). salmonelle, E. coli, streptococchi, stafilococchi, erano inattivati in 24 ore di digestione anaerobica in termofilia; in mesofilia erano necessarie vari giorni
Effetto sanitizzante della concentrazione di ammonio
Destino dei Clostridium spp. La loro presenza nel digestato dipende dalla loro concentrazione nella materia prima (es. insilati o reflui) e dalle condizioni del processo Numerosi studi riportano concentrazioni molto basse di clostridi e, inoltre, spesso si tratta di clostridi ambientali non riconducibili a ceppi patogeni Parametri di processo che riducono la concentrazione di clostridi: - termofilia - alta produzione di biogas - processi discontinui - ph più acido (scelta della materia prima) - uso di opportuni inoculi (fanghi da altri impianti)
E stata studiata la flora microbica derivante da bio-digestione di reflui zootecnici (da bestiame e maiali) in processi condotti in mesofilia o termofilia. Sono stati impiegati i più avanzati approcci metodologici che permettono di indagare anche tra i microrganismi cosiddetto noncoltivabili.
Conclusione Non sono stati individuati ceppi riconducibili a ceppi e/o specie patogene appartenenti al Gen. Clostridium in ciascuna delle 4 condizioni studiate.
Quali strategie adottare per azzerare/minimizzare il rischio? Utilizzare materia prime a basso contenuto in clostridi Utilizzare inoculi appropriati in fase di avvio Completare il trattamento del digestato: - frazione solida attraverso compostaggio # riduce la concentrazione della microflora anaerobica # stabilizza la sostanza organica (umificazione) - frazione liquida attraverso trattamento aerobico # riduce la conc. della microflora batterica (per predazione) # riduce il carico inquinante residuo dopo la digestione # ATTENZIONE al contenuto in nitrati
Valori medi delle quantità (mt, milioni di tonnellate) di residui agricoli per uso alimentare non utilizzati in Italia Pianta Residuo Quantità (in secco) (mt) Frazione utilizzata (%) Quantità non utilizzata (mt) Grano tenero Paglia 2.1 40-60 1.1 Grano duro Paglia 2.1 40-60 1.0 Orzo Paglia 1.1 40-60 0.50 Avena Paglia 0.2 40-60 0.09 Mais Paglia 3.1 40-60 1.6 Mais Stocchi 0.6 0 0.6 Riso Paglia 0.6 15-30 0.5 Girasole Stocchi e paglia 0.3 0-10 0.3 Legumi da granella Steli e foglie 0.2 0-20 0.2 Soia da granella Steli e foglie 0.9 0 0.9 Barbabietola da zucchero Foglie e colletto 0.9 10-20 0.8 Patata Steli e foglie 0.3 0-10 0.3 Pomodoro Steli e foglie 0.02 0-10 0.2 Cavolo Steli e foglie 0.3 0-10 0.2 Vite Sarmenti 1.5 5-10 1.4 Olivo (tronchi) Potatura 0.3 100 0 Olivo (rami) Potatura 0.9 5-10 0.8 Melo Potatura 0.1 0-10 0.1 Pero Potatura 0.05 0-10 0.05 Pesco Potatura 0.1 0-10 0.1 Limone Potatura 0.2 0-10 0.2
Esempi di rifiuti vegetali e dell industria alimentare in varie Nazioni Nazione Quantità (tonnellate/anno) e tipo di rifiuto 380000 t/a rifiuti organici dall industria di trasformazione della patata, frutta e verdura Germania 1954000 t/a malto e luppolo spenti (ind. birraria) 3000000 t/a residui grezzi fibrosi (ind. zucchero) 25000 t/a residui dalla produzione dei succhi di mela Belgio 105000 t/a rifiuti di frutta, verdura e giardini 2400000 t/a vinacce, vinaccioli e raspi 700000 t/a sansa di olive 40000 t/a gusci di mandorla Italia 40000 t/a gusci di nocciola 200000 t/a bucce e semi di pomodoro 200000 t/a tegumento dei semi di soia 50000 t/a tegumenti dei semi di girasole Spagna > 250000 t/a sansa di olive 300000 t/a vinacce, vinaccioli e raspi in California 9525 t/a residui dalla produzione dei succhi di mirtillo USA 200000 t/a gusci di mandorla 330000 t/a bucce d arancia in Florida Portogallo 14000 t/a bucce e semi di pomodoro EU 14000000 t/a polpa di barbabietola
Esempi di reflui interessanti da valorizzare - Siero di latte - Borlande di distilleria - Reflui dei mattatoi - Reflui dell industria dell amido - Reflui vinari - Reflui dell industria delle olive da tavola - Acque di vegetazione delle olive
CONCLUSIONI L adozione di procedure che portano a buone efficienze di conversione in biogas è garanzia di adeguata qualità igienico-sanitaria. L alimentazione dell impianto deve essere stabile nel tempo e eventuali variazioni vanno attuate gradualmente. Puntare su biomasse di scarto/rifiuti o reflui che garantiscono una certa continuità. Prediligere processi di co-digestione.
Grazie per l attenzione
Materie prime e fonti: Petrolio ed idrocarburi Prodotti agricoli Acque Problemi correlati al loro impiego: Quantità limitata e domanda commerciale in crescità Costi in aumento Qualità non sempre adeguata (presenza di contaminanti, ecc.) Cattiva gestione (acqua sprecata, eccesso di scarti, surplus agricoli non utilizzati, non utilizzo delle terre marginali, desertificazione, ecc.) Impatto ambientale (contaminazione dell ambiente, riscaldamento globale, ecc.)